CN112703381A - 自动采样系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在成形后并在预定方向上移动时对橡胶条采样的自动采样系统(100)和自动采样方法。

Description

自动采样系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及一种橡胶条的采样，从而检查橡胶条的性能。更具体地，本发明涉及橡胶的自动采样，以防止在橡胶条成形之后橡胶性能的意外变化。

背景技术

在橡胶混合物的生产领域中，已知构成外部和/或内部的连续和/或不连续的混炼机的炼胶生产线来进行橡胶混炼工艺。在混炼机中(连续的和不连续的)，可以修改原料(例如化学品)的分散和混合比例。因此，期望测试橡胶的物理性能以确保其在轮胎制造线下游的质量、再现性和加工性(例如，通过执行不同的方法，包括挤出方法)。测试可以包括那些用来确定材料的流变、视觉和其他性能的测试，这样的性能被技术人员理解为表征橡胶混合物的混合状态。橡胶性能的意外变化可能需要停止炼胶生产线，并且也可能牵涉到炼胶生产线的上游和/或下游的工艺。因此，为了在橡胶混合制造环境中保持质量控制和生产率控制，定期测试橡胶混合物样本。

在已知的采样方法中，可以从未硫化的橡胶中采集样本，所述未硫化的橡胶是由挤出机或多辊压延机制成的片或条的形式。现有技术已经提出了几种解决方案以获得这些样本，包括JP 2007-171117(其公开了橡胶片的通道，该通道从挤出机中在砧座与位于砧座中的往复式刀具之间，所述刀具具有孔口和留空，在所述孔口中通过将刀具降低到片上来采集橡胶的样本，所述留空获得样本，以将其朝向样本测量设备运输)；文献JPH05306975(其公开了一种样本形成装置的切割设备，该切割设备通过在形成橡胶条之后立即在连续地输送橡胶条的同时在橡胶条上打孔来形成样本)。在这些配置中，有必要减慢、几乎完全停止橡胶条的输送。

在图1和图2中所示的另一个已知系统中，提供了自动采样系统(或“系统”)10。该系统不涉及在采样周期期间停止橡胶条的输送。系统10包括砧座12和旋转冲压机(或“冲压机”)16，所述砧座12可旋转地附接至固定支撑件14，所述旋转冲压机(或“冲压机”)16可旋转地附接至驱动轴18(参见图1中的箭头A)。砧座12包括预定直径的圆筒，并且具有圆周表面12a，该圆周表面12a在橡胶条20沿着砧座与冲压机16之间的路径移动时接合橡胶条20(参见图1中的箭头B)。

冲压机16包括在采样端22a与相对的安装端22b之间延伸的预定长度的圆柱形壳体22。在壳体22的采样端22a处设置有已知的具有环形刀片24a的圆柱形模切器(或“刀具”)24。环形刀片24a具有预定的直径，以在橡胶条20在砧座12与冲压机16之间输送期间对橡胶条20打孔并采集橡胶条的样本。

冲压机16还包括位于冲压机内部的往复式推出器(或“推出器”)26。推出器26在释放表面26a(参见图2)和相对的附接表面26b之间具有预定的长度。释放表面26a是用于释放由模切器24获得的每个橡胶样本的平坦表面。附接表面26b包括具有已知紧固装置(例如，螺丝接合、焊接、粘合和等同装置)的紧固件28。推出器26还包括细长的凹部26c，在该凹部26c中布置钩子28，使得钩子可以接合每个橡胶样本，同时通过模切器24对橡胶条采样。

冲压机16还包括致动器30，该致动器30构成具有杆32a的活塞32以及活塞在其中滑动的腔室34。致动器30选自可商购的致动器。活塞32的杆32a包括已知的紧固设备，该紧固设备对应于紧固装置28，从而使得活塞和推出器26能够连接。活塞32由来自导管(未示出)的加压流体(例如，压缩空气)致动。结果，活塞32的运动实现了推出器26在待用位置(在所述待用位置处，紧固装置28从推出器的释放表面26a延伸，使得在通过模切器24对橡胶条采样的同时所述释放表面26a准备好接合样本)与释放位置(在所述释放位置处，紧固装置28不再接合从橡胶条20采集的样本，并且由推出器26释放样本)之间的相应运动。

然而，在粘性样本保持粘附至推出器26的释放表面26a的情况下，系统10不保证样品的释放。另外，当返回至待用位置时，在模切器24与推出器26之间穿过的颗粒会导致推出器卡住或致动器弯曲。因此，推出器26的引导会导致在活塞32的杆32a的高度处密封件过早磨损的问题。从粘性混合物或细条中采集样本是特别成问题的：如果橡胶件卡在紧固装置与推出器之间，则推出器的运动可能会在延伸位置中被阻止。

因此，当前系统无法确保连续移动橡胶条的连续采样的足够的成功率。另外，当前系统无法保证对从连续移动橡胶条中采集的样本进行分析的足够高效的样本传输。

发明内容

本发明涉及一种自动采样系统，用于在橡胶条已成形后并在预定方向上移动时从橡胶条中采集样本。该系统包括砧座，该砧座具有预定直径的圆筒，并且具有在橡胶条运动期间接合橡胶条的圆周表面，该砧座固定为使得其可以围绕旋转轴线旋转。该系统还包括冲压机，该冲压机具有从采样端延伸至相对的安装端的预定长度的圆柱形壳体。冲压机包括：

-模切器，其设置在采样端处，用于在橡胶条移动时对橡胶条打孔并获得橡胶条的样本，所述模切器具有预定直径的环形刀片；

-紧固支撑元件，其设置在安装端处，用于实现冲压机相对于驱动轴(冲压机可旋转地附接至该驱动轴)的安装，冲压机在与橡胶条的运动相同的方向上转动；

-推出器，其布置在壳体内，所述推出器沿着推出器、壳体和模切器中的共同的纵向轴线移动，所述推出器包括具有在释放端与相对的附接端之间延伸的预定长度的结构，所述释放端具有半球形表面，其特征在于促进样本释放的锥形表面，并且附接端包括附接件；以及

-杆式缸，其具有带杆的活塞以及活塞在其中滑动的腔室，所述杆式缸包括用于连接活塞和推出器的紧固设备，使得在供应加压流体时，活塞在腔室中的运动影响推出器在待用位置与释放位置之间的相应运动。

在一些实施方案中，推出器还包括在结构中的凹部，并且其中固定的钩子布置为使得当推出器处于待用位置时，钩子从半球形表面延伸，并且使得当推出器处于释放位置时，每个样本从推出器释放。

在一些实施方案中，钩子包括具有倾斜表面的臂，该倾斜表面接合凹部的相应倾斜表面，以使得推出器能够相对于所附接的钩子进一步运动。在一些实施方案中，其中臂具有接合端，在接合端处设置有捕获件，该捕获件包括一个或多个凹槽，使得在通过气缸-冲压机对橡胶条采样的同时钩子可以接合从橡胶条采集的样本。

在一些实施方案中，冲压机进一步包括具有开口的引导环，该引导环沿着壳体、模切器和推出器中的共同的纵向轴线布置在壳体的采样端处，以使得能够在待用位置与释放位置之间引导推出器。

在一些实施方案中，紧固支撑元件包括两个或多个导管，所述导管与用加压流体供应杆式缸的相应的导管流体连通。

本发明还涉及一种用于对在预定方向上移动的橡胶条进行采样的自动化方法。该方法包括以下阶段：

-方法的第一阶段，其包括以下步骤：

o将橡胶条成形为预定厚度的步骤；

o将橡胶条成形后，将橡胶条引导至所公开的自动采样系统的步骤，使橡胶条在砧座与冲压机之间穿过；

o在推出器处于待用位置的情况下，使冲压机在与橡胶条的运动相同的方向上旋转的步骤；

-方法的第二阶段，其包括以下步骤：

o在推出器保持在待用位置并且钩子接合橡胶条，同时冲压机连续旋转的情况下，通过模切器对橡胶条进行采样的步骤；以及

o用模切器采集样本的步骤；

-方法的第三阶段，其包括以下步骤：

o在推出器保持在待用位置，并且钩子确保在冲压机朝向向下位置旋转时采集的样本的情况下，接合在第二阶段中采集的样本的步骤；

-方法的第四阶段，其包括以下步骤：

o向杆式缸供应加压流体的步骤，以实现推出器从待用位置到释放位置的相应运动，该步骤与冲压机连续旋转至向下位置同时进行；以及

o将样本从半球形表面朝向回收装置移动的步骤。

在一些实施方案中，方法进一步包括对系统进行训练的步骤，以辨别对橡胶条采样的最佳尺寸和最佳频率中的至少一个。

在一些实施方案中，方法还包括对通过自学习装置生成的样本进行分类。

通过以下详细描述，本发明的其他方面将变得显而易见。

附图说明

当阅读以下详细描述以及附图时，本发明的性质和各种优点将变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件，其中：

图1表示已知的自动采样系统的正截面图，图2表示已知的自动采样系统的局部截面图。

图3表示本发明的自动采样系统的侧视截面图。

图4表示图3的系统的冲压机的截面图。

图5表示图3的冲压机的推出器的立体图。

图6表示图4的冲压机的模切器和引导环抵接图3的系统的砧座的局部示意图。

图7和图8表示图4的冲压机的钩子的实施方案的局部截面图。

图9表示与加压流体供应导管连通的图3的系统的侧视截面图。

图10表示由本发明的系统执行的方法的实施方案。

具体实施方式

现在参考图3至图10，其中相同的附图标记表示相同的元件，示出自动采样系统(或“系统”)100的实施方案。在由系统100实现的采样方法中，通过对未硫化橡胶进行打孔来获得样本，所述未硫化橡胶是由挤出机或多辊压延机(未示出)成形的橡胶片或条1000(参见图10)的形式。橡胶条1000成形为具有顶表面1000a、相对的底表面1000b以及在两个表面之间的预定厚度(参见图10)。系统100在橡胶条1000在炼胶生产线中成形之后并在预定方向上(参见图10中的箭头C)行进时立即从橡胶条1000中采集样本。如本文中所使用的，术语“片”、“条”、“层”及其已知的等同物是可互换的。

参考图3至图6，系统100包括砧座102，该砧座102具有预定直径的圆筒，并且具有在橡胶条运动期间接合橡胶条的上表面1000a的圆周表面102a(参见图10)。砧座102可旋转地固定(例如，相对于固定的支撑件104)，使得所述砧座可以围绕旋转轴线X旋转。

系统100还包括旋转冲压机(或“冲压机”)106，该旋转冲压机(或“冲压机”)106具有圆柱形壳体(或“壳体”)106a，该壳体具有在采样端106a’与相对的安装端106a”之间延伸的预定长度。在壳体106a的采样端106a′处设置模切器(或“刀具”)108，用于在橡胶条在砧座102与冲压机106之间移动时对橡胶条1000打孔并用于获得橡胶条的样本。

模切器108包括具有预定直径的环形刀片108a，所述预定直径可以根据所需的样本尺寸进行修改。紧固支撑元件110设置在安装端106a”处，以实现冲压机106相对于驱动轴112(冲压机可旋转地附接至该驱动轴112)的可靠安装(参见图10)。冲压机106围绕驱动轴112的旋转轴线在与橡胶条1000的运动相同的方向上旋转。因此，冲压机106能够顺时针(参见图10中的箭头D)或逆时针旋转。

往复式推出器(或“推出器”)114沿着推出器、壳体和模切器108中的共同的纵向轴线Y布置在壳体106a内部。推出器114在壳体106a内(且在取样周期期间在模切器108内)沿着共同的纵向轴线Y移动(参见图4)。推出器114包括具有在释放端114a’与相对的附接端114a”之间延伸的预定长度的结构114a。附接端114a”包括具有已知紧固装置(例如，螺丝接合、焊接、胶合和等同装置)的紧固件116。释放端114a’包括半球形表面S，其特征在于具有与模切器108采集的每个样本接触的锥形表面区域(参见图5)。半球形表面S通过在其自身上折回而促进每个样本的释放，这解决了在释放样本时的粘附问题。

再次参考图3至图6并且还参考图7至图9，推出器114在结构114a中具有细长的凹部(或“凹部”)114b。钩子126位于凹部114b中，并且钩子包括弹簧钢类型材料的臂128。钩子126附接至壳体106a，使得钩子可以在通过模切器108对所述橡胶条采样的同时接合从橡胶条中采集的每个样本。钩子126的臂128包括倾斜表面128a，当推出器114处于释放位置时(如下所述)，所述倾斜表面128a与凹部114b的相应倾斜表面114b’接合。在倾斜表面之间存在空间，以使得推出器114能够相对于所附接的钩子额外运动。

臂128具有形成捕获件128c的接合端128b。捕获件128c可以包括一个或多个另外的花键，该花键包括使样本的捕获最优化的一个或多个花键128d。应当理解的是，可以根据推出器106的特性(例如，其长度、凹部114b的深度等)并且根据橡胶的特性(例如，其粘度、其厚度)来修改捕获件128c。系统100可以包括钩子126的数个实施方案(例如，在套件中)，以执行各种采样周期。

再次参考图3至图9，冲压机106还包括杆式缸118，该杆式缸118构成具有杆120a的活塞120以及活塞在其中滑动的腔室122。杆式缸118选自可商购的缸。活塞120的杆120a包括已知的紧固设备，该紧固设备对应于推出器114的紧固装置116，从而使得活塞和推出器能够连接。

由于供应加压流体(例如，压缩空气)，活塞120在腔室122中以往复式运动进行移动。紧固支撑元件110包括两个或多个导管(未示出)，所述导管与在采样周期期间供应杆式缸118的相应的导管124流体连通(参见图3以及图9)。活塞120的运动实现了推出器114沿着共同的纵向轴线Y的相应运动。结果，推出器114在待用位置(在待用位置处，钩子126从推出器114的半球形表面S延伸，使得在通过模切器108对橡胶条采样的同时所述钩子126准备好接合样本)与释放位置(在所述释放位置处，钩子126不再接合从橡胶条采集的样本，并且通过推出器114将样本释放至回收装置)之间移动。

在推出器114的待用位置(分别在图3、图6和图9中以及在图10的第一、第二和第三阶段1、2和3中示出)中，钩子126从推出器的半球形表面S延伸，使得钩子126准备好接合橡胶条1000的底表面1000b，同时通过模切器108对所述橡胶条1000采样(参见图10的阶段2)。在推出器114的释放位置(在图4、图7和图8以及图10的阶段4中示出)中，推出器的运动使得凹部114b的倾斜表面114b’沿着臂128的相应倾斜表面128a。结果，臂128的捕获件128c从橡胶条1000的底表面1000b提升，并且将样品保持在推出器114的半球形表面S上。

再次参考图4和图6至图8，冲压机106还包括引导环130，该引导环130具有在采样周期期间被推出器114穿过的开口。引导环130沿着壳体、引导环、模切器108和推出器114中的共同纵向轴线布置在壳体106a的采样端106a’处。引导环130使得能够在待用位置(在所述待用位置处，推出器保持在壳体106中)与释放位置(在所述释放位置处，推出器114在采样周期期间穿过开口130a和模切器108的内部)之间引导推出器114。引导环130还防止颗粒阻塞推出器114并防止颗粒堆积在冲压机106的壳体106a中。

参考图10，公开了方法的实施方案，该方法采用以上参考图2至图9描述的系统100。

在执行本发明的方法的实施方案中，在方法的第一阶段(参见图10的阶段1)中，该方法包括以下步骤：使具有在橡胶条的上表面1000a与底表面1000b之间预定厚度的橡胶条1000成形(例如，从已知的挤出机或已知的压延机中)(未示出)。在成形之后，将橡胶条1000供给至系统100，使得所述橡胶条1000在砧座102与冲压机106之间穿过(参见箭头C)。在推出器114处于待用位置的情况下，冲压机106在与橡胶带1000相同的方向上旋转。

在方法的第二阶段(参见图10中的阶段2)期间，根据冲压机106的旋转，该方法包括采样步骤。该步骤包括提升橡胶条1000的步骤，使得该橡胶条1000的底表面1000b接合在冲压机108中。在该步骤中，在推出器114保持在待用位置的情况下，钩子126接合橡胶条1000，同时冲压机106连续旋转。另外，通过与橡胶条1000的底表面1000b接合，模切器108使橡胶条1000压靠砧座102的圆周表面102a。在该压力的作用下，橡胶条1000被推入模切器108中，使得样本保持为被模切器捕获。

在方法的第三阶段(参见图10的阶段3)期间，该方法包括接合在先前步骤中获得的样本500的步骤。在该步骤中，推出器114保持在待用位置。在该步骤中，钩子126稳固样本500，同时冲压机106转至向下位置(由图10中的阶段4表示)。

在方法的第四阶段(参见图10中的阶段4)期间，将加压流体(例如，压缩空气)供应至杆式缸118，使得活塞120移动到加压室122中。在冲压机106朝向向下位置的连续旋转的同时执行的该运动还影响推出器114的相应运动。在该步骤中，引导环130将推出器114从壳体106a内部的待用位置引导至模切器108内部的释放位置(参见图10中的箭头E)。结果，钩子126的臂128的倾斜表面128a接合凹部114b的倾斜表面114b’，并且钩子126不再接合样本500。

在向下位置中，推出器114将样品500从半球形表面S释放至回收装置(例如，传送带或输送机)(未示出)。回收装置将所有样本运输至实验室进行所需的分析。

橡胶条1000保持运动直到采样方法的周期结束。在每个周期内，冲压机106可以根据为该周期计划的样本数量旋转数次。

采样方法的周期可以通过PLC控制来实现，并且可以包括操作信息的预编程。例如，配置文件可以与每个成形的橡胶条相关联，其特征在于，在编程的采样周期期间将要采集的样本数量，将要采集的样本大小、采样频率以及用于分析的表示样本传送的数据的接收和发送。PLC控制所要求的样本清单，并且将该清单与采集的样本进行比较。

对于所有实施方案，可以将监控系统放在适当的位置。如果对样本的分析显示出橡胶性能的意外变化，则监控系统可以停止橡胶条1000在其中成形的炼胶生产线和/或系统100。监控系统的至少一部分可以设置在诸如移动网络设备的便携式设备中(例如，蜂窝电话、手提电脑、便携式网络连接设备、便携式网络连接的可穿戴设备和/或任何组合和/或等同物)。

在本发明的实施方案中，系统100可以接收语音命令或其他音频数据，该数据表示对分析中的样本和/或样本的当前状态的请求。该请求可以包括对采样周期的当前状态的请求。可以听觉地、视觉地、触觉地(例如，利用触觉界面)和/或虚拟地表示产生的响应。

在实施方案中，方法可以包括对系统100进行训练的步骤，以辨别橡胶条的最佳尺寸和/或最佳采样频率。训练步骤包括通过自学习装置对生成的样本进行分类。该分类可以包括但不限于从中获得样本的条的参数(例如，其厚度、长度、橡胶配方等)，样本的参数(例如，其厚度、直径、获得的样本的数量等)以及采样周期的持续时间。

术语“至少一个”和“一个或多个”可互换使用。表示为“在a与b之间”的范围包括“a”和“b”值两者。

尽管已经示出和描述了所公开的设备的具体实施方案，应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、增加和修改。因此，除了所附权利要求书中所述的内容外，不应限制所描述的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种自动采样系统(100)，用于在橡胶条(1000)已成形后并在预定方向上移动时从橡胶条(1000)中采集样本，所述系统(100)包括：

砧座(102)，其包括预定直径的圆筒，并且具有在橡胶条运动期间接合橡胶条的圆周表面(102a)，所述砧座固定为使得其能够围绕旋转轴线(X)旋转；以及

冲压机(106)，其具有圆柱形壳体(106a)，所述圆柱形壳体(106a)具有在采样端(106a’)与相对的安装端(106a”)之间延伸的预定长度，所述冲压机包括：

模切器(108)，其设置在采样端处，用于在橡胶条运动期间对橡胶条打孔并获得橡胶条的样本(500)，所述冲压机具有预定直径的环形刀片(108a)；

紧固支撑元件(110)，其设置在安装端处，以执行冲压机(106)相对于驱动轴(112)的安装，冲压机能够旋转地附接至所述驱动轴(112)，所述冲压机在与橡胶条的运动相同的方向上旋转；

推出器(114)，其布置在壳体(106a)内，所述推出器沿着所述推出器、所述壳体和所述模切器中的共同的纵向轴线(Y)移动，所述推出器包括具有在释放端(114a’)与相对的附接端(114a”)之间延伸的预定长度的结构(114a)，所述释放端具有半球形表面(S)，其特征在于促进样本释放的锥形表面区域，并且附接端包括紧固件(116)；以及

杆式缸(118)，其构成具有杆(120a)的活塞(120)以及活塞在其中滑动的腔室(122)，所述杆式缸包括用于连接活塞和推出器(114)的紧固设备，使得在供应加压流体时活塞在腔室中的运动影响推出器在待用位置与释放位置之间的相应运动。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述推出器进一步包括在结构(114a)中的凹部(114b)，其中钩子(126)布置为使得当推出器处于待用位置时，所述钩子从半球形表面(S)延伸，并且使得当推出器处于释放位置时，通过推出器释放每个样本(500)。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述钩子包括具有倾斜表面(128a)的臂(128)，所述倾斜表面(128a)接合凹部(114b)的相应倾斜表面(114b’)，以使得推出器(114)能够相对于所附接的钩子互补运动。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述臂具有接合端(128b)，在所述接合端(128b)处设置有捕获件(128c)，所述捕获件(128c)包括用于钩子的一个或多个凹槽(128d)，用于在通过模切器(108)对橡胶条采样的同时接合从橡胶条采集的样本。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述冲压机进一步包括具有开口(130a)的引导环(130)，所述引导环沿着所述壳体、所述模切器和所述推出器中的共同的纵向轴线布置在壳体(106a)的采样端处，以在待用位置与释放位置之间引导推出器。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述紧固支撑元件包括两个或多个导管，所述两个或多个导管与用加压流体供应杆式缸的相应的导管(124)流体连通。

7.一种用于对在预定方向上移动的橡胶条(1000)进行采样的自动化方法，所述方法包括以下步骤：

所述方法的第一阶段，其包括以下步骤：

将橡胶条成形为预定厚度的步骤；

在成形后，将橡胶条引导至权利要求1至6中的任一项所述的自动采样系统的步骤，使橡胶条在砧座(102)与冲压机(106)之间穿过；

在推出器处于待用位置的情况下，使冲压机在与橡胶条的运动相同的方向上旋转的步骤；

所述方法的第二阶段，其包括以下步骤：

在推出器保持在待用位置并且钩子(126)接合橡胶条，同时冲压机连续旋转的情况下，通过模切器(108)对橡胶条进行采样的步骤；以及

用模切器采集样本(500)的步骤；

所述方法的第三阶段，其包括以下步骤：

在推出器保持在待用位置，并且钩子确保在冲压机朝向向下位置旋转时采集的样本的情况下，接合在第二阶段中采集的样本的步骤；

所述方法的第四阶段，其包括以下步骤：

向杆式缸(118)供应加压流体的步骤，以实现推出器(114)从待用位置到释放位置的相应运动，此步骤与冲压机连续旋转至向下位置同时进行；以及

将样本从半球形表面(S)释放至回收装置的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括对系统(100)进行训练的步骤，以辨别对橡胶条采样的最佳尺寸和最佳频率中的至少一个。

9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括通过自学习装置对生成的样本进行分类。

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