CN102166493B - 自动配料机、粉末涂料自动调配系统及其调配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动配料机、粉末涂料自动调配系统及其调配方法，属于粉末涂料调配系统技术领域。包括物料罐及设于物料罐中心轴上的异步电机，其特征在于物料罐由同中心轴的外罐体及内罐体组成，中心轴的轴壁上连接有需要个数的隔板，隔板的另一端与外罐体相连接，隔板将物料罐平均分隔成独立的腔室，腔室包括用于承装颜料和助剂的内腔室及用于承装树脂和填料的外腔室，物料罐底部设有与各腔室相连通的排料机，排料机连接有气动阀门。本发明结构设计合理，能自动合理的选择材料，自动按比例配料，并且能自动完成调色。

Description

自动配料机、粉末涂料自动调配系统及其调配方法

技术领域

本发明涉及一种自动配料机、粉末涂料自动调配系统及其调配方法，属于粉末涂料调配系统技术领域。

背景技术

粉末涂料在我国经过20年的迅猛发展，产量早已跃居世界第一，技术也已经越来越成熟和稳定。但随着粉末涂料竞争越来越激烈，市场新的要求已却也逐步形成，其特点是花色品种增多，供货时间越来越短，粉末企业每天要完成十几种型号和颜色，利润逐渐减少而技术员的人工成本却逐年升高，所以提高技术人员的工作效率是降低成本的最佳途径。

粉末涂料生产中所采用的工艺流程基本上是公司技术人工来完成，工作量大，材料浪费严重，配方优化缺乏科学的依据等现象非常普遍，而技术人员的技术水平和知识容量的限制，涂料配方形成时不能根据需要而很好的选材，不能根据要求优化配方，找到合适的性价比，造成不必要的浪费和重复工作。

粉末涂料的开始生产到最终的完成，一般经过以下几个过程：

1、根据样板的性状和客户要求，选择合适的材料，确定初始配方，一般借鉴前边做过的配方经验较多；

2、调色和性状的初检、调整、确定；

3、投入生产，最后为检验、入库。

所以对于粉末涂料的生产调色和配料是必须的两个过程。更重要的是无论生产量是多少，要完成这两个过程的时间都是一样的。所以提高这两个过程的效率，是解决粉末涂料生产效率的关键。

发明内容

本发明的目的在于解决已有技术存在的不足之处，提供一种结构设计合理，能自动合理的选择材料，自动按比例配料，并且能自动完成调色的自动配料机、粉末涂料自动调配系统及其调配方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

自动配料机，包括物料罐1及设于物料罐1中心轴8上的异步电机2，其特殊之处在于物料罐1由同中心轴8的外罐体3及内罐体4组成，中心轴8的轴壁上连接有需要个数的隔板7，隔板7的另一端与外罐体3相连接，隔板7将物料罐1平均分隔成独立的腔室，腔室包括用于承装颜料和助剂的内腔室9及用于承装树脂和填料的外腔室10，物料罐1底部设有与各腔室相连通的排料机5，排料机5连接有气动阀门6；

所述隔板7的数量为4-12个，腔室的数量为4-12个；

所述外腔室10的容积为1.0-2.0立方米，内腔室9容积为0.1-0.9立方米。

自动混合传输系统包括混料缸14、导轨16，混料缸14设于导轨16之上，导轨16上靠近自动配料机18还设有升降机17，升降机17用于升降混料缸14。

本发明的粉末涂料自动调配系统，包括自动配料系统和自动混合传输系统，包括用于分类储存材料及产品技术指标、进行数据分析和材料选择、计算颜料量的数据中心13，自动配料系统由需要颜色个数的自动配料机18组成，数据中心13用于对原材料进行分析和选择后形成初试配方，然后进行结果对比，算出距离目标色的颜料量；数据中心13通过PLC控制中心11连接控制自动配料系统及自动混合传输系统。

粉末涂料自动调配系统的调配方法包括以下步骤：

1、存储原材料信息

将各种原材料的性能参数按照行业优、良、一般分类输入到数据中心13，建立数据连接，分类查找；

2、对自动配料机进行编码

对每个自动配料机分别进行编码，每个自动配料机的内腔室9及外腔室10也分别进行编码，确定一个腔室只有一个编码对应，数据中心13根据这些编码对每个腔室中的物料进行定位；

3、确定各种原料的用量

物料经过挤出、压片、研磨、喷涂、烘烤形成试制样板，把试制样板和标准样板比对，测量出各种涂膜性能信息和颜色信息录入数据中心13，数据中心13根据试制样板和标准样板的光泽和颜色进行对比，计算出要达到目标色所需的各种材料用量，形成二次调整配方，通过自动配料机完成二次打样；

系统精度要求4次，达到目标色，色差E小于等于0.6；

4、自动配料机及混料缸的定位

数据中心13按配方指令向PLC控制中心11发出物料定位指令，PLC控制中心11控制相应的自动配料机的相应腔室，自动配料机的相应腔室旋转到排料位置后，反馈信号给数据中心13，PLC控制中心11发出混料缸14定位指令，混料缸14接收到指令后，自动定位到相应自动配料机下，并复位和称量触点15连接，去皮归零，做好称量准备，反馈信号给数据中心13；

去皮归零，是指升降机升起之后，混料缸自身有重量，这个重量我们称之为“皮”，称量物料时，必须把这个重量去掉。

5、排料机向混料缸排料

数据中心13接到两个反馈的信号后，通过PLC控制中心11向排料机5发出信号，此时，气动阀门6打开，排料机5开始工作，当所剩物料是所称物料的10％的时候，排料机5减速，以减少物料冲击造成的称量误差，当所称物料到达混料缸14后，重量数据通过称量触点反馈到数据中心13，当所称物料达到的误差范围之内，数据中心13发出指令，关闭气动阀门6，排料机5停止运转，数据中心13向混料缸14发出归位指令，脱离称量触点15，回到导轨16上，准备到下一称量地点，称量物料一个运行单元结束，进行第二种物料的称量；

6、调色

(1)、从标准样板上用色差仪测量出的颜色吸收曲线；

(2)、通过计算机找出与之匹配的颜色模型，即曲线形状基本一致；

(3)、利用曲线拟合系统计算出两条曲线平行时的差距，利用Y＝ax²-bx+c算出此种颜料所需的用量；a、b、c为颜料特征常数，x为单位体积颜料量，Y为反射比差值。

(4)、重复上面的公式计算出其他颜料的用量；

(5)、完成后，将数据传递至数据中心13，数据中心13将指令传输到自动配料机。

(6)、用推导的各种颜料的理论用量计算配方，与实际生产的试样和标样对比，进行修正，反复至少3次，达到色差在0.6以内的行业标准。

7、检验、入库。

本发明结构设计合理，能实现粉末涂料的技术生产一体化，效率高，完成从材料技术数据采集、涂料性能数据的采集、材料的辅助选择、配方生成优化、辅助配色、自动配料等，以及建立强大的粉末涂料资源数据库对生产进行合理配置和资源共享，本发明适合粉末涂料的生产和调色，并为技术人员提供了一些基础信息等功能。

附图说明

图1：本发明自动配料机的结构示意图；

图2：本发明自动混合传输系统的示意图；

图3：数据中心13通过PLC控制中心11连接控制自动配料机示意图；

图4：数据中心13通过PLC控制中心11连接控制自动配料系统示意图；

图5：旋转导轨结构示意图；

图6：柠檬黄和酞青蓝在涂料中5％的浓度的反射比曲线图；

图7：柠檬黄和酞青蓝在涂料中浓度变化的反射比曲线趋势图；

图8：绿色的吸收曲线模型。

具体实施方式

以下参考附图给出本发明的具体实施方式，对本发明做进一步的说明。

本发明实施例粉末涂料自动调配系统的三个核心为：

自动合理选择材料、自动按比例配料、自动完成调色。

自动合理选择材料就是把技术人员从众多的材料、供应商、型号中解脱出来，把所需要的材料一起展现出来，供技术人员分析选择。

自动按比例配料是鉴于现在手工配料时间长，精度差，容易配错，成本高等特点开发出的智能化设备。由设备自动完成代替部分人工操作，提高效率和精度。

自动完成调色由原来的完全依靠经验来完成，到依靠颜色光谱曲线来完成，提高调色的准确度和调色速度。

(一)、自动合理选择材料原理

粉末涂料的材料我们按其的性能表现程度分为三类：优、良、一般

粉末涂料所要求的性能有高流平、高铅笔硬度、高柔韧性、耐冲击等。

1、要求把每种材料在入厂检验时把这些性能要求按优、良、一般分类输入到数据库。

2、建立数据连接、分类查找。例如：查找高流平表现”良”的材料，就可查到一种或几种供选择。

本发明粉末涂料自动调配系统在合理选择材料中主要实现了建立材料性能数据库和数据连接、分类查找模块。

(二)、自动按比例配料，实现预混系统的自动化

预混系统的自动化，即本发明的粉末涂料自动调配系统，包括自动配料系统和自动混合传输系统，包括用于分类储存材料及产品技术指标、进行数据分析和材料选择、计算颜料量的数据中心13，自动配料系统由需要颜色个数的自动配料机组成，数据中心13对原材料进行分析和选择后形成初试配方，然后进行结果对比，算出距离目标色的颜料量；数据中心13通过PLC控制中心11连接控制自动配料系统及位于自动配料机下方的自动混合传输系统。

自动配料系统就是按配方的物料比例配合到一起；

自动混合传输系统就是能把物料自动混合好，并且把混合好的物料自动分配到各个指定单元上。

1、自动配料机主要三部分组成

1)、旋转控制部分，2)、物料容器，3)、排料机及气动阀门。

自动配料机的物料容器部分物料罐1由同中心轴8的外罐体3及内罐体4组成，中心轴8的轴壁上连接有需要个数的隔板7，隔板7的另一端与外罐体3相连接，隔板7将物料罐1平均分隔成独立的腔室，包括中间六个小容器和外围六个大容器，物料罐1底部设有与各腔室相连通的排料机5，排料机5连接有气动阀门6；。大容器约为1.7m^3，，小容器体积大约为0.6m³。大容器即外腔室10在使用中主要承装树脂和填料等用量多的物料。小容器即内腔室9主要承装颜料和助剂等。物料罐1中心轴8上设异步电机2。

2、自动配料过程(见图3)

1)、数据中心13按配方指令发出物料定位指令，即第n个自动配料机第m容器，容器是指自动配料机的外腔室10或者是内腔室9，同时数据中心13也发出指令给混料缸14定位。自动配料系统的第n个自动配料机第m容器旋转到排料位置后，反馈信号给数据中心13。混料缸14也自动定位到第n个自动配料机下，并复位和称量触电连接，并且起皮归零，做好称量准备，反馈信号给数据中心13。

2)、数据中心13接到2个发聩的信号后，通过PLC控制中心11向排料机发出信号，气动阀门6打开，排料机5开始工作。。

3)、当所剩物料是所称物料的10％的时候，排料机减速，以减少物料冲击造成的称量误差。

4)、物料到达混料缸14，重量数据通过称量触电反馈到数据中心13。

5)、当所称物料达到的误差范围之内，数据中心13发出指令，关闭气动阀门6，排料机5停止运转。

6)、数据中心13向混料缸14发出归位指令，脱离称量触电，回到导轨上，准备到下一个称量地点。

7)、称量物料一个运行单元结束。

3、自动称量物料的自动分配，见图4

粉末涂料一般配方中的材料不会超过11种，并且比较固定。这就为自动分配物料功能形成可能。

本系统共设有4个自动配料机，包括大容器24个、小容器24个，和一个手动配料平台。

1)准备工作

首先对大、小容器进行编码：0101、0102、0103、………

                          0201、0202、0203、………

即：第n个自动配料机为0N，第n个自动配料机上第m个罐为0M，那么它的编码为0N0M。每一个大或小容器确定只有一个编码对应，数据中心13根据这些编码对每个容器中的物料进行定位。例如：第3个自动配料机中第4个容器中放的是环氧604。那么当数据中心13识别到配方中有环氧604时，就能和编码0304关联，识别出此种物料在第3个自动配料机中第4个容器中存放。

2)开始按配方自动配料

配方为：物料1    20kg  位置0103

        物料2    15kg  位置0106

        物料3    10kg  位置0305

A、数据中心13确认混料缸14的位置，如在指定位置反馈信号为0，否为1。因混料缸14不在指定位置，反馈型号为1，数据中心13计算出要到达指定位置的最短通道，向导轨发出指令，混料缸14会沿着导轨运动到指定位置。即到达第1自动配料机称量位置。同时给第1自动配料机发出指令旋转第3容器到称量位置。

B、当两个指令完成，反馈信号给数据中心13，数据中心13发出指令，来完成自动配料单元过程。

C、称量完成后，数据中心13得到反馈信号。开始称量第二种物料。

D、数据中心13向混料缸14发出位置确认指令，反馈为0，不必运动。同时，数据中心13向第1自动配料机发出指令旋转第6容器到达称量位置，到达后反馈信号给数据中心13，开始来完成自动配料单元过程。

E、称量完成后，数据中心13得到反馈信号。开始称量第三种物料。

F、数据中心13向混料缸14发出位置确认指令，反馈为1，混料缸14不在指定位置。数据中心13计算出要到达指定位置的最短通道，向导轨发出指令，混料缸14会沿着导轨运动到指定位置。即到达第3自动配料机称量位置。同时给第3自动配料机发出指令旋转第5容器到称量位置。

G、称量完成后，数据中心13得到反馈信号。

4、自动混合传输系统

自动混合传输系统包括混料缸14、导轨16，混料缸14设于导轨16之上，导轨16上靠近自动配料机18还设有升降机17，升降机17用于升降混料缸14。

混料缸在升降机上升到和自动混合机对接，之后，升降机和混料缸脱离，升降机再下降、复位。这时，自动混合机开始混合，完毕后，升降机再上升，把混料缸接下来，运走。

自动混合传输系统的完成过程：

1)、数据中心13向自动混合机18发出状态判定信号，正在使用中，返回信号为1，否则为0；

2)、因混料缸14不在指定位置，反馈型号为1，数据中心13计算出要到达自动混合机位置的最短通道，向导轨16发出指令，混料缸14会沿着导轨运动到指定位置。即到达不在使用状态的自动混合机。

3)、混合完成后，数据中心13发出指令，混料缸14从自动混合机上脱离。

4)、数据中心13计算出到达某个挤出机上方的最佳途径，发出指令，混料缸14到达指定位置。

粉末涂料生产包括3部分，预混部分、挤出部分和研磨部分，上述挤出机属于预混部分的下一步挤出部分的主要设备。

(三)、自动调色技术原理

能否匹配一个标样，操纵一个颜色体系或建立一个颜色管理体系，关键在于能否正确理解着色过程与所得颜色之间的关系。粉末涂料的着色主要是颜料间的物理混合方式，即把颜料在熔融树脂中高度分散，形成对底材的覆盖和对光波的全反射或全吸收。对光波不同波段的吸收和反射就形成了不同的颜色。

就粉末涂料而言，颜色的梯次变化是和颜料的浓度、体系的分散程度和颜料的吸收比有关。体系的分散程度是和体系的粘度和设备的剪切能力息息相关。每一个设备的剪切能力存在困难都存在差别，这为实现一个统一的配色系统几乎无法完成。但对于单个机器来讲，混炼效果是一定的，剪切能力也就一定了，实现自动配色也就可行了。在使用某种颜料之前，在设备上进行分散度测试，数据输入计算机系统，这样就能实现在每一台机器上的自动配色。

我们在使用颜料前，都要做一个颜料遮盖力样板，来确定它在体系中的分散状况。那么，颜色技术员在实际生产中，往往只是来调节配方中各种颜料的浓度(包括体积百分含量和质量百分含量)来改变样板的颜色变化梯度，只要我们找出这种变化的函数关系，就能实现计算机自动调色了。

1、建立颜料数据库

可见光的光谱是400um～700um，颜料之所以显现不同颜色，是因为在可见光谱中形成不同的反射比曲线；

例如：柠檬黄和酞青蓝在涂料中5％的浓度的反射比曲线见图6

随着颜料在涂料中的浓度的增加，曲线变化趋势为：见图7

由图可见，随着颜料浓度的增加，影响颜料吸收比的应满足下面公式：

Y＝ax²-bx+c  a、b、c为每种颜料的常数；

不同挤出机的分散效果不同，但只是使颜料的吸收曲线平移，而随浓度变化还是满足此公式的。

所以要在计算机中建立各种或常用的颜料基础数据库。

2、建立配方颜色数据模型

建立各种基础颜色的吸收曲线模型。例如绿色的基础曲线，见图8

不难看出，此绿色曲线是黄色和蓝色曲线交织产生的绿色，不同深浅度的绿色只是吸收比曲线不同，曲线形状基本一致。也满足Y＝ax²-bx+c公式。

3、建立曲线拟合公式

建立拟合曲线系统是利用高等数学在曲线中找出在曲线中与之相切角度为零数值又最小的点的计算公式。

并能计算出与之在相同X轴上目标色的焦点相差的值。

自动调色技术过程

1)、从标准样板上用色差仪测量出的颜色吸收曲线。

2)、通过计算机找出与之匹配的颜色模型，就是曲线形状基本一致。

3)、利用曲线拟合系统计算出两条曲线平行时的差距，利用Y＝ax²-bx+c算出此种颜料所需的用量。

4)、重复上面的公式计算出另一个颜料的用量。

5)、完成后，指令传输个数据中心13到自动配料机。

说明：用推导的各种颜料的理论用量计算配方，与实际生产的试样和标样对比，进行修正。反复至少3次，能达到色差在0.6以内的行业标准。

粉末涂料自动调配系统在配色中主要实现了建立单色和多色的数学模型和数据的对应查找模块。

本发明主要能实现粉末涂料的技术生产一体化，提高效率。系统包括材料选择数据模块、自动配料控制模块、辅助调色模块和其他辅助管理模块。粉末涂料自动调配系统主要能完成从材料技术数据采集、涂料性能数据的采集、材料的辅助选择、配方生成优化、辅助配色、自动配料等，以及建立强大的粉末涂料资源数据库对生产进行合理配置和资源共享。

粉末涂料自动调配系统通过材料技术数据采集和产品技术数据采集完成原始资源的指标的录入，系统对这些技术指标进行分类储存，生产技术人员会根据产品要求进行合理选材，系统根据选用的材料生成几种原始配方并且查对出之前是否有相应的生产配方。生产技术人员在系统的辅助下对配方进行优化并把配方数据传输到自动配料系统，进行生产试制。

自动配料系统是通过粉末涂料自动调配系统连接PLC控制中心11控制多个自动称量装置，实现系统自动按配方比例配出物料并自动混合。生产技术人员把物料经过挤出、压片、研磨、喷涂、烘烤形成试制样板。把试制样板和标准样板比对，测量出各种涂膜性能信息和颜色信息录入粉末涂料自动调配系统，系统会根据试制样板和标准样板的光泽和颜色进行比对，计算出要达到目标色所需的各种材料用量，形成二次调整配方，通过自动配料机完成第二次打样。系统精度要求4次，达到目标色，色差控制在E≤0.6左右。

Claims (4)

1.自动配料机，包括物料罐(1)及设于物料罐(1)中心轴(8)上的异步电机(2)，其特征在于物料罐(1)由同中心轴(8)的外罐体(3)及内罐体(4)组成，中心轴(8)的轴壁上连接有需要个数的隔板(7)，隔板(7)的另一端与外罐体(3)相连接，隔板(7)将物料罐(1)平均分隔成独立的腔室，腔室包括用于承装颜料和助剂的内腔室(9)及用于承装树脂和填料的外腔室(10)，物料罐(1)底部设有与各腔室相连通的排料机(5)，排料机(5)连接有气动阀门(6)； 

所述隔板(7)的数量为4-12个，腔室的数量为4-12个。 

2.按照权利要求1所述的自动配料机，其特征在于所述外腔室(10)的容积为1.0-2.0立方米，内腔室(9)容积为0.1-0.9立方米。 

3.粉末涂料自动调配系统，其特征在于包括自动配料系统和自动混合传输系统，包括用于分类储存材料及产品技术指标、进行数据分析和材料选择、计算颜料量的数据中心(13)，自动配料系统由需要颜色个数的自动配料机组成，数据中心(13)用于对原材料进行分析和选择后形成初试配方，然后进行结果对比，算出距离目标色的颜料量；数据中心(13)通过PLC控制中心(11)连接控制自动配料系统及自动混合传输系统； 

所述自动配料机，包括物料罐(1)及设于物料罐(1)中心轴(8)上的异步电机(2)，其特征在于物料罐(1)由同中心轴(8)的外罐体(3)及内罐体(4)组成，中心轴(8)的轴壁上连接有需要个数的隔板(7)，隔板(7)的另一端与外罐体(3)相连接，隔板(7)将物料罐(1)平均分隔成独立的腔室，腔室包括用于承装颜料和助剂的内腔室(9)及用于承装树脂和填料的外腔室(10)，物料罐(1)底部设有与各腔室相连通的排料机(5)，排料机(5)连接有气动阀门(6)；隔板(7)的数量为4—12个，腔室的数量为4-12个。 

4.如权利要求3所述的粉末涂料自动调配系统的调配方法，其特征在于包括以下步骤： 

1)、存储原材料信息 

将各种原材料的性能参数按照优、良、一般分类输入到数据中心(13)，建立数据连接，分类查找； 

2)、对自动配料机进行编码 

对每个自动配料机分别进行编码，每个自动配料机的内腔室(9)及外腔室(10)也分别进行编码，确定一个腔室只有一个编码对应，数据中心(13)根据这些编码对每个腔室中的物料进行定位； 

3)、确定各种原料的用量 

物料经过挤出、压片、研磨、喷涂、烘烤形成试制样板，把试制样板和标准样板比对，测量出各种涂膜性能信息和颜色信息录入数据中心(13)，数据中心(13)根据试制样板和标准样板的光泽和颜色进行对比，计算出要达到目标色所需的各种材料用量，形成二次调整配方，通过自动配料机完成二次打样； 

4)、自动配料机及混料缸的定位 

数据中心(13)按配方指令向PLC控制中心(11)发出物料定位指令，PLC控制中心(11)控制相应的自动配料机的相应腔室，自动配料机的相应腔室旋转到排料位置后，反馈信号给数据中心(13)，PLC控制中心(11)发出混料缸(14)定位指令，混料缸(14)接收到指令后，自动定位到相应自动配料机下，并复位和称量触点(15)连接，起皮归零，做好称量准备，反馈信号给数据中心(13)； 

5)、排料机向混料缸排料 

数据中心(13)接到两个反馈的信号后，通过PLC控制中心(11)向排料机(5)发出信号，此时，气动阀门(6)打开，排料机(5)开始工作，当所剩物料是所称物料的10％的时候，排料机(5)减速，以减少物料冲击造成的称量误差，当所称物料到达混料缸(14)后，重量数据通过称量触点反馈到数据中心(13)，当所称物料达到的误差范围之内，数据中心(13)发出指令，关闭气动阀门(6)，排料机(5)停止运转，数据中心(13)向混料缸(14)发出归位指令，脱离称量触点(15)，回到导轨上，准备到下一称量地点，称量物料一个运行单元结束，进行第二种物料的称量； 

6)、调色 

(1)、从标准样板上用色差仪测量出的颜色吸收曲线； 

(2)、通过计算机找出与之匹配的颜色模型，即曲线形状基本一致； 

(3)、利用曲线拟合计算出两条曲线平行时的差距，利用Y=ax²-bx+c算出此种颜料所需的用量；a、b、c为颜料特征常数，x为单位体积颜料量，Y为反射比差值； 

(4)、重复上面的公式计算出其他颜料的用量； 

(5)、完成后，将数据传递至数据中心(13)，数据中心(13)将指令传输到自动配料机； 

(6)、用推导的各种颜料的理论用量计算配方，与实际生产的试样和标样对比，进行修正，反复至少3次，达到色差在0.6以内的行业标准； 

7)、检验、入库。 

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