CN103707547B - 一种在线校准压片机压轮及填充机构位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种在线校正压片机压轮及填充机构位置的方法属于片剂药品生产技术领域，其特征在于为压片机的填充机构、主压轮机构、下预压轮机构构造一个基于一个控制多个把水平运动转化为各机构执行元件垂直位移的执行通道的闭环控制机构，分别依次控制影响片重的填充凸轮、影响硬度的下主压轮、影响成型位置的上主压轮、影响产品外观质量的下预压轮这四个方面的执行元件的位移量，以实现全自动化的压片机生产。本发明具有全自动、控制速度快、精度高的优点。

Description

一种在线校准压片机压轮及填充机构位置的方法

技术领域

本发明属于片剂药品生产技术领域

背景技术

压片机是将符合一定要求的干性颗粒状或粉末状物料通过上下运动和圆周旋转的模具在压轮的作用下压制成片剂的机器。具有操作简单，便于清理，适合药剂广的特点，广泛运用于制药行业。在实际生产中，某些药品种需要较大的成型压力加之高速旋转产生的震动，可能会使压轮机构以及填充机构位置发生位移。这使设备显示的当前压轮机构以及填充机构位置与实际位置不一致，导致在同一物料，同一工艺参数下生产的药品出现较大偏差，甚至不合格。因此有必要对机构位置进行校准，以保证同一药品工艺参数具有可复现性。传统的校准方法，需要用在停止生产，清洁设备后，由专业技术人员用专业测量仪器来进行。对于药厂不仅可操作性不强，而且影响生产。

发明内容

本发明目的在于校准各压轮以及填充机构位置，为生产提供可靠的工艺指导，以保证同一药品工艺参数具有可复现性，提高生产效率，保证生产质量。

1、本发明的特征在于，是在一个在线校正压片机中压轮及填充机构位置的闭环自动控制系统下依次按照以下步骤实现的：

步骤(1)构造一个压片机中压轮及填充机构位置的闭环自动控制系统，包括：压片机、控制器、执行机构和传感器测量机构，其中：

控制器，是一个计算机，设有：

以下控制命令输出端口：

填充机构中：填充电机控制电压的输出端口，

主压轮机构中：平移电机控制电压的输出端口，

片厚电机控制电压输出端口，

下预压轮机构中：下预压电机控制电压的输出端口，

以及以下反馈信号输入端口：

填充机构中的填充凸轮垂直位移的传感电压信号输入端口，

主压轮机构中的上、下主压轮托架同时垂直位移的传感电压信号输入端口，

下主压轮托架垂直位移的传感电压信号输入端口，

下预压轮机构中的下预压轮垂直位移的信号输入端口，同时

设定以下参数值：

当控制器输出单位脉冲时，

填充凸轮的垂直位移量，单位mm，

上、下主压轮托架同时垂直位移的位移量，单位mm，

下主压轮垂直位移量，单位mm，

下预压轮垂直位移量，单位mm，

控制器对于填充电机、平移电机、片厚电机以及下预压电机的控制步长，

单位:位移量/变化1个脉冲，

输入填充机构、主压轮机构以及下预压轮机构中涉及闭环控制的参数：

填充凸轮垂直位移阈值，为设定值，

上、下主压轮托架同时垂直位移的阈值，也称期望行程，期望行程与位移的误差<±0.5％，在数值上等于连接杆垂直位移的阈值，为设定值，对应其磁性位移传感器在全行程中反馈的脉冲数，也等于控制器的输出脉冲数，

下预压轮垂直位移阈值，为设定值，处理方法与所述上下主压轮托架相同，

填充凸轮自下向上作垂直运动时的起点是填充凸轮上表面的最低位置，

上、下主压轮机构中，所述连接杆自下向上作垂直运动时的起点，设在所述连接杆下端的最低位置，终点在所述连接杆自下向上作垂直运动时上端部的最高位置，

下预压轮圆心的最低位置作为所述下预压轮自下向上作垂直运动时的起点，所述下预压轮垂直位移阈值对应于终点位置，取下预压轮圆心的最高位置，

下主压轮圆心的最低位置为所述下主压轮自下向上作垂直运动时的起点，所述下主压轮垂直位移阈值对应于终点位置，取下主压轮圆心的最高位置，

当填充凸轮处于起点位置时填充电机的转速为零，

当所述连接杆下端处于起点位置时平移电机转速为零，

当所述下主压轮圆心处于起点位置时，片厚电机的转速为零，

当所述下预压轮圆心处于起点位置时下预压电机的转速为零，

执行机构包括：填充机构的执行机构，上下主压轮托架同步垂直运动的执行机构，下主压轮的执行机构和下预压轮的执行机构，是一种把所述个执行机构中的执行电机在水平方向的转动分别转化为对应的填充机构，整体运动的上主压轮托架和下主压轮托架，下主压轮和下预压轮的垂直运动的一种传动机构，都由相互串接的执行电机和涡轮——蜗杆组成，

传感器测量机构，是一个磁性位移传感器，由磁探测头和磁检测片组成：

在填充机构中：磁探测头固定在同轴连接在所述填充凸轮下方调节杆的圆柱表面的任何位置上，与所述填充凸轮上表面的垂直距离是固定的，磁检测片位于所述调节杆的的外套筒内侧，磁检测片的下端与磁探测头对准，磁检测片的的高度等于填充凸轮垂直位移阈值，调节杆带动磁探测头相对于固定的所述外套筒作垂直方向的相对滑动，

在主压轮机构中，磁探测头安装在所述连接杆下端的起点上，磁检测片安装在固定的连接杆外套筒内侧，该磁探测片下端的起点对应所述连接杆的起点，磁探测片的高度与连接杆垂直运动的位移阈值相等，在平移电机控制下，连接杆相对于连接杆外套筒作垂直方向运动，

在下主压轮机构中，磁探测片安装在所述下主压轮托架与连接杆的外套筒连接的一端，磁检测头安装固定在机架上，该磁探测片下端的起点对应所述下主压轮托架的起点，磁探测片的高度与下主压轮托架垂直运动的位移阈值相等，在片厚电机控制下，下主压轮托架相对于上主压轮作垂直方向运动，

在下预压轮机构中，磁探测头固定在垂直于下预压轮输出蜗杆下端的最低位置上,磁探测片固定在下预压座体内侧面上，磁探测头的位置对应于磁探测片的最下端位置，磁探测片的高度与下预压轮垂直位移的阈值相等，随着蜗杆在所述下预压座体内上下滑动，磁探测头也相对于磁探测片作上下位移，

步骤(2)，在空载下校准各磁性位移传感器在垂直位移时磁探测头的起点位置及终点位置，

磁探测头位于起点时控制器输出为零，执行电机转速为零，磁性位移传感器的输出脉冲也为零，

磁探测头垂直运动自下而上至终点时：

在填充机构中，填充凸轮的期望行程等于填充凸轮垂直位移阈值，所述期望行程与控制器输出的脉冲数相对应，所述位移阈值与对应的磁性位移传感器在全行程中反馈的脉冲数相对应，

期望行程与位移的误差＜±0.5％；

步骤(3)依次按以下步骤对压片机中压轮和填充机构的位置进行闭环自动校正：

步骤(3.1)向控制器输入依据待压制药片的厚度和硬度而得到的各执行元件的额定位移量，

对于填充机构是指：控制器通过执行机构使作为执行元件的填充凸轮自起点到达所述额定位移量所对应的位置的脉冲数，

对于主压轮机构是指：控制器经填充电机的执行机构使作为执行元件的连接杆到达对应的额定位移量的对应的位置的脉冲数，所述额定位移量用脉冲数表示，

控制器通过平移电机的执行机构使作为执行元件的上主压轮自起点到达相应额定位移量的对应位置的脉冲数，

控制器通过平移电机的执行机构使作为执行元件的下主压轮自起点到达对应额定位移量所对应位置的脉冲数

控制器通过片厚电机的执行机构使作为执行元件的下主压轮自起点到达对应额定位移量所处位置的脉冲数，

控制器通过下预压电机的执行机构使作为执行元件的下预压电机自起点到达对应额定位移量所处位置的脉冲数，

当片重和硬度确定时，在正常运行条件下：

上主压轮圆周上最低点到中冲盘上表面的垂直距离为h1，是一个定值，

下主压轮圆周上最高点到中冲盘上表面的距离为h2，是一个定值，

上主压轮圆周上最低点到下主压轮圆周上最高点的直线距离为h1+h2，不随连接杆的垂直运动而改变，

同时向控制器输入在所述各个磁性位移传感器中磁探测头垂直移动单位距离时，磁性位移传感器输出的脉冲数，

步骤(3.2)加料器向填充机构送入药粉，系统开始运行。系统正常运行时，填充凸轮、连接杆以及下预压轮的位置保持不变，控制器运行在设定误差范围内，

步骤(3.3)控制器按以下步骤对压轮和填充机构的位置进行在线校正：

步骤(3.3.1)当填充凸轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示片重不合格，控制器根据设定的填充凸轮的位置和反馈的填充凸轮的位置之差的方向和差值，计算出需要的控制步长个数，对填充凸轮位置进行给定值闭环调节，一直到满足位置误差要求为止，记录下新的填充凸轮位置，

步骤(3.3.2)当下主压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示硬度不合格，控制器根据设定的下主压轮的位置和反馈的下主压轮的位置之差的方向和差值计算出所需要的控制步长数，对下主压轮位置进行给定值闭环调节，一直到满足位置误差需求位置，同时计算新的h2值和h1+h2值，

步骤(3.3.3)当上主压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示药片成型位置发生变化，控制器根据设定的连接杆的位置和反馈的连接杆位置误差，通过控制步长的个数对连接杆位置进行闭环调节，一直到满足位置误差要求为止，计算新的h1值和h2值，

步骤(3.3.4)当下预压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表明药片成型外观效果变差，控制器根据设定的下预压轮的位置和反馈的下预压轮的位置之差的方向和差值，计算出需要的控制步长个数，对下预压轮进行位置闭环调节，一直到满足要求位置为止，记录新的下预压轮位置。

本发明能对压片机压轮和填充机构的位置进行实时调整，而且操作简单效率高。

附图说明

图1：本发明的计算机流程框图。

图2：压片机纵剖面示意图。

图3：填充机构示意图。

图4：上下主压轮机构示意图。

图5：下预压轮机构示意图。

附图标志如下：

1.上冲盘 2.中冲盘

3.下冲盘 4.下冲模

5.上冲模 6.中冲模

7.加料器 8.药粉

9填充机构：

91填充电机 92.减速机

93.94第1齿轮和第2齿轮

95.调节座体 96.调节杆

97.填充凸轮

10主压轮机构

101.平移电机 102.平移减速机

103.磁性位移传感器 104.限位装置

105.片厚减速机 106.片厚电机

107.连接杆 108.上主压轮

109.下主压轮 110.主压轮托架

111.下主压轮托架 112.中冲盘上表面

11下预压机构

1101.下预压电机 1102.磁性位移传感器

1103.开关制动器 1104.涡轮箱

1105.下预压座体 1106.下预压轮轴

1107.下预压轮

具体实施方式

图1所示，压片机主要由冲盘(1,2,3)，冲模(4,5,6)，加料(7,9)，压轮(10,11,12,13)四大主要部分组成。设备运行时，冲盘由右至左旋转，并同时带动冲模绕冲盘中心公转。同时，冲模在导轨的引导下完成提升，下拉等动作，以配合整个压片过程。首先，下冲模下拉，上冲模上移，防止和加料器相撞。加料器通过内部叶轮机构将药粉加至中冲模里。然后由填充机构将多余的药粉从中冲模里推出，完成对药粉的定量。然后上冲模下拉，经由上、下与拉伦挤压预成型，并排除药粉中的大部分空气，防止药片胀裂。当冲模经由主压轮时，会受到较大的挤压力，将已预成型的药片夯实。最后上冲模、下冲模上移，并由下冲模将药片从中冲模中顶出至中冲盘上表面，再由出片机构将药片收集，整个压片过程完成。在实际生产中，当药片重量发生变化时，如药片重量增加，则需要减少药粉填充量，将填充机构向上移动，下冲顶部距离中冲盘上表面距离减小，因此在定量填充时退出的药粉增加，从而减小片重。实际上，在整个压片过程中就是通过调整填充机构的位置来保证片重在合格范围内。因此填充机构位置是压片机重要参数之一。填充机构结构示意图，如图3所示。填充电机正反向旋转，通过第一、第二两个齿轮，再经过调节座体中的丝杠和斜面机构将电机旋转运动变为填充凸轮在垂直方向上的水平位移。本文所说的填充机构位置，指的就是填充凸轮上表面与中冲盘上表面的距离。

在生产中，除药片重量外还有一重要参数就是药片硬度。本压片机系统是通过调节，下预压轮(上预压轮固定)，上主压轮，下主压轮位置来实现。主要结构示意图如图4所示。由此套主压轮结构可以看出，上、下主压轮托架一端通过轴与连接杆连接，另一端通过轴与机架连接。当平移电机推动连接杆竖直移动时，连接杆会同时带动上、下主压轮托架移动。同时带动上、下主压轮位移，由于位移量不太，上、主压轮可近似为竖直方向上的直线位移。虽然，h1和h2相对中冲盘上表面平面距离各自发生变化，但由于上、下主压轮同时移动，其h1+h2不变。因此在药片片重不变的情况下，压轮产生压力也不变。当单独调节片厚电机时，下主压轮托架会随之在竖直方向上移动。当下主压轮上移，h2减小时，在片重不变的情况下，压轮所产生得压力将增大，最终药片硬度也会增加。反之药片硬度将减小。

此外，如图1所示，本系统还具有一套预压装置，其中上预压轮位置是固定的，下预压轮位置可以调整。其结构如图5所示

由图5可以看出，下预压电机带动涡轮箱，通过下预压座体进而带动下预压轮在竖直方向上移动。

综上所述，药片重量和硬度是制药生产中最重要两个参数。填充机构填充凸轮的位置会直接影响药粉填充量，最终影响片重。此时，若只增加或减小填充量，不改变下主压轮位置，硬度也会相应增加减小。若不改变填充位置，只改变下主压轮位置，硬度也会做相应变化。尽管，上主压轮和下预压轮位置不直接影响片重和硬度，但是上主压轮的位置会决定药片在中模里的成型位置，上主压轮上移，成型位置上移，反之则下移。对于某些药片成型位置虽然不会影响片重和硬度，但是会影响成品外观。同样，下预压轮会影响药片的成型效果。因此，上主压轮位置，下主压轮位置，下预压轮位置，填充机构位置都是整个生产过程中非常重要而且会经常调整的参数。

本系统冲盘最高转速可达112转/分，最大产量100万片/小时，主压轮能承受最大压力为10吨。在长期压片生产中，机构因长期受到冲击力其位置也会发生变化，因此需要重新校准各机构位置。本发明与传统人工校准的方法相区别，采用计算机控制系统，利用各机构的原点测量，自动控制各机构运行至原点，并赋予初值。然后通过计算开始校准点到原点的距离，从而计算出校准点准确位置。本系统采用非接触式位移传感器(磁栅尺)，具有安装简单，精度高，耐油污粉尘的特点。

Claims (1)

1.一种在线校正压片机中压轮及填充机构的位置的方法，其特征在于，是在一个在线校正压片机中压轮及填充机构位置的闭环自动控制系统下依次按照以下步骤实现的：

步骤(1)构造一个压片机中压轮及填充机构位置的闭环自动控制系统，包括：压片机、控制器、执行机构和传感器测量机构，其中：

控制器，是一个计算机，设有：

以下控制命令输出端口：

填充机构中的填充电机控制电压的输出端口，

主压轮机构中的平移电机控制电压的输出端口，

片厚电机控制电压输出端口，

下预压轮机构中的下预压电机控制电压的输出端口，

以及以下反馈信号输入端口：

填充机构中的填充凸轮垂直位移的传感电压信号输入端口，

主压轮机构中的上、下主压轮托架同时垂直位移的传感电压信号输入端口，

下主压轮托架垂直位移的传感电压信号输入端口，

下预压轮机构中的下预压轮垂直位移的信号输入端口，同时

设定以下参数值：

当控制器输出单位脉冲时，

填充凸轮的垂直位移量，单位mm，

上、下主压轮托架同时垂直位移的位移量，单位mm，

下主压轮垂直位移量，单位mm，

下预压轮垂直位移量，单位mm，

控制器对于填充电机、平移电机、片厚电机以及下预压电机的控制步长，单位:位移量/变化1个脉冲，

输入填充机构、主压轮机构以及下预压轮机构中涉及闭环控制的参数：

填充凸轮垂直位移阈值，为设定值，

上、下主压轮托架同时垂直位移的阈值，也称期望行程，期望行程与位移的误差<±0.5％，在数值上等于连接杆垂直位移的阈值，为设定值，对应其磁性位移传感器在全行程中反馈的脉冲数，也等于控制器的输出脉冲数，

下预压轮垂直位移阈值，为设定值，所对应的磁性位移传感器在全行程中反馈的脉冲数等于控制器的输出脉冲数，

填充凸轮自下向上作垂直运动时的起点是指作垂直运动时所述填充凸轮上表面最低处的垂直坐标，

上、下主压轮机构中，所述连接杆自下向上作垂直运动时的起点，设在所述连接杆下端的最低位置，终点在所述连接杆自下向上作垂直运动时上端部的最高位置，

下预压轮圆心的最低位置作为所述下预压轮自下向上作垂直运动时的起点，所述下预压轮垂直位移阈值对应于终点位置，取下预压轮圆心的最高位置，

下主压轮圆心的最低位置为所述下主压轮自下向上作垂直运动时的起点，所述下主压轮垂直位移阈值对应于终点位置，取下主压轮圆心的最高位置，

当填充凸轮处于起点位置时填充电机的转速为零，

当所述连接杆下端处于起点位置时平移电机转速为零，

当所述下主压轮圆心处于起点位置时，片厚电机的转速为零，

当所述下预压轮圆心处于起点位置时下预压电机的转速为零，

执行机构包括：填充机构的执行机构、上下主压轮托架同步垂直运动的执行机构，下主压轮的执行机构和下预压轮的执行机构，是一种把所述执行机构中的执行电机在水平方向的转动分别转化为对应的填充机构、整体运动的上主压轮托架和下主压轮托架，下主压轮和下预压轮的垂直运动的一种传动机构，都由相互串接的执行电机和蜗轮——蜗杆组成，

传感器测量机构，是一个磁性位移传感器，由磁探测头和磁检测片组成：

在填充机构中：磁探测头固定在同轴连接在所述填充凸轮下方调节杆的圆柱表面的任何位置上，与所述填充凸轮上表面的垂直距离是固定的，磁检测片位于所述调节杆的的外套筒内侧，磁检测片的下端与磁探测头对准，磁检测片的的高度等于填充凸轮垂直位移阈值，调节杆带动磁探测头相对于固定的所述外套筒作垂直方向的相对滑动，

在主压轮机构中，磁探测头安装在所述连接杆下端的起点上，磁检测片安装在固定的连接杆外套筒内侧，该磁检测片下端的起点对应所述连接杆的起点，磁检测片的高度与连接杆垂直运动的位移阈值相等，在平移电机控制下，连接杆相对于连接杆外套筒作垂直方向运动，

在下主压轮机构中，磁检测片安装在所述下主压轮托架与连接杆的外套筒连接的一端，磁探测头安装固定在机架上，该磁检测片下端的起点对应所述下主压轮托架的起点，磁检测片的高度与下主压轮托架垂直运动的位移阈值相等，在片厚电机控制下，下主压轮托架相对于上主压轮作垂直方向运动，

在下预压轮机构中，磁探测头固定在垂直于下预压轮输出蜗杆下端的最低位置上,磁检测片固定在下预压座体内侧面上，磁探测头的位置对应于磁检测片的最下端位置，磁检测片的高度与下预压轮垂直位移的阈值相等，随着蜗杆在所述下预压座体内上下滑动，磁探测头也相对于磁检测片作上下位移，

步骤(2)，在空载下校准各磁性位移传感器在垂直位移时磁探测头的起点位置及终点位置，

磁探测头位于起点时控制器输出为零，执行电机转速为零，磁性位移传感器的输出脉冲也为零，

磁探测头垂直运动自下而上至终点时：

在填充机构中，填充凸轮的期望行程等于填充凸轮垂直位移阈值，所述期望行程与控制器输出的脉冲数相对应，所述位移阈值与对应的磁性位移传感器在全行程中反馈的脉冲数相对应，

期望行程与位移的误差＜±0.5％；

若误差不满足要求，则说明对应的机械传动部件精度达不到要求，要进行调整，一直到误差达到要求为止；

步骤(3)依次按以下步骤对压片机中压轮和填充机构的位置进行闭环自动校正：

步骤(3.1)向控制器输入依据待压制药片的厚度和硬度而得到的各执行元件的额定位移量，

对于填充机构是指：控制器通过执行机构使作为执行元件的填充凸轮自起点到达所述额定位移量所对应的位置的脉冲数，

对于主压轮机构是指：控制器经平移电机的执行机构使作为执行元件的连接杆到达对应的额定位移量的对应的位置的脉冲数，所述额定位移量用脉冲数表示，

控制器通过平移电机的执行机构使作为执行元件的上主压轮自起点到达相应额定位移量的对应位置的脉冲数，

控制器通过平移电机的执行机构使作为执行元件的下主压轮自起点到达对应额定位移量所对应位置的脉冲数，

控制器通过片厚电机的执行机构使作为执行元件的下主压轮自起点到达对应额定位移量所处位置的脉冲数，

控制器通过下预压电机的执行机构使作为执行元件的下预压电机自起点到达对应额定位移量所处位置的脉冲数，

当片重和硬度确定时，在正常运行条件下：

上主压轮圆周上最低点到中冲盘上表面的垂直距离为h1，是一个定值，

下主压轮圆周上最高点到中冲盘上表面的距离为h2，是一个定值，

上主压轮圆周上最低点到下主压轮圆周上最高点的直线距离为h1+h2，不随连接杆的垂直运动而改变，

同时向控制器输入在所述各个磁性位移传感器中磁探测头垂直移动单位距离时，磁性位移传感器输出的脉冲数，

步骤(3.2)加料器向填充机构送入药粉，系统开始运行，系统正常运行时，填充凸轮、连接杆以及下预压轮的位置保持不变，控制器运行在设定误差范围内，

步骤(3.3)控制器按以下步骤对压轮和填充机构的位置进行在线校正：

步骤(3.3.1)当填充凸轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示片重不合格，控制器根据设定的填充凸轮的位置和反馈的填充凸轮的位置之差的方向和差值，计算出需要的控制步长个数，对填充凸轮位置进行给定值闭环调节，一直到满足位置误差要求为止，记录下新的填充凸轮位置，

步骤(3.3.2)当下主压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示硬度不合格，控制器根据设定的下主压轮的位置和反馈的下主压轮的位置之差的方向和差值计算出所需要的控制步长数，对下主压轮位置进行给定值闭环调节，一直到满足位置误差需求位置，同时计算新的h2值和h1+h2值，

步骤(3.3.3)当上主压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表示药片成型位置发生变化，控制器根据设定的连接杆的位置和反馈的连接杆位置误差，通过控制步长的个数对连接杆位置进行闭环调节，一直到满足位置误差要求为止，计算新的h1值和h2值，

步骤(3.3.4)当下预压轮运行的位置误差超出设定的位置误差范围时表明药片成型外观效果变差，控制器根据设定的下预压轮的位置和反馈的下预压轮的位置之差的方向和差值，计算出需要的控制步长个数，对下预压轮进行位置闭环调节，一直到满足要求位置为止，记录新的下预压轮位置。