JP2022116112A - 状態監視システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】状態監視システムであって、記録部15は、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れ得る事象と、当該事象に応じて判定部14が行う比較判定後処理の内容とが関連付けられた情報を記録しており、判定部14は、記録部15に記録されている、温度センサ3の出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化を示す情報と、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた、温度センサ3の出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化である特定の事象とを比較し、比較結果に応じた比較判定後処理を行う。
【選択図】図1
Description
この観察方法は、処理過程に実際に発生している現象を画像データで確認し、問題がある場合には原因の推定ができるという点で優れており、特に製品開発に寄与することができる。
また、画像データは定量化が困難であり、画像データから状況を理解するには、熟練した技術者の経験と知識が必要となる。
さらに、製品の品質管理をするためには、撮影された画像データを人的に監視する必要があるが、瞬時に被処理物の状態を判断し対処することは困難である。さらに、画像データを定量化するには高度な画像処理技術が必要であり、品質管理のため画像データを用いて自動で被処理物の状態を監視することは困難である。その結果、被処理物の状態に応じた何らかの処理をリアルタイムで行うことは困難であった。
センサ部と解析部とを備え、
前記センサ部は、前記被処理物の温度を特定可能な温度センサと、前記温度センサの出力値を前記解析部に送信する第1の送受信部とを備え、
前記解析部は、第2の送受信部と、記録部と、判定部とを有し、
前記第2の送受信部は、前記第1の送受信部が送信する前記温度センサの出力値を受信し、
前記記録部は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れ得る事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う比較判定後処理の内容とが関連付けられた情報を記録しており、
前記判定部は、前記撹拌・脱泡処理中に、前記撹拌・脱泡処理前から前記記録部に記録されている、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化を示す前記情報と、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化である特定の事象とを比較し、比較結果に応じた前記比較判定後処理を行う点にある。
加えて、判定部は、その比較結果に応じた比較判定後処理を行う。つまり、判定部は、被処理物の状態に応じた処理をリアルタイムで行うことができる。
従って、撹拌・脱泡処理時の被処理物の状態を容易にリアルタイムで定量的に監視し、その被処理物の状態に応じた処理を行うことができる状態監視システムを提供できる。
前記第2の送受信部が受信した、前記撹拌・脱泡処理中での前記温度センサの出力値を記録する出力値記録処理と、
前記出力値記録処理によって記録した前記温度センサの出力値に現れる特定の事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う前記比較判定後処理の内容とを、互いに関連付けられた状態で、前記情報として前記記録部に記録する情報記録処理と、を行う学習機能を有する点にある。
前記解析部が前記情報記録処理において記録する前記特定の事象は、前記出力部に表示された前記温度センサの出力値のうち、前記操作者が前記操作部を用いて選択した領域での前記温度センサの出力値に現れる事象である点にある。
加えて、前記解析部は、情報を出力する出力部を有し、前記対処は、前記出力部からアラームを出力することであってもよい。或いは、前記対処は、前記撹拌・脱泡処理が正常に行われたことを記録すること、又は、前記撹拌・脱泡処理が正常に行われなかったことを記録すること、又は、前記撹拌・脱泡処理中に現れた前記温度センサの出力値の中で、前記記録部に記録されている前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れ得る事象を検出できなかったことを記録することであってもよい。また或いは、前記対処は、前記撹拌・脱泡処理装置に対する動作指令を決定することであってもよい。
前記情報は、設定値であり、
前記特定の事象は、前記温度センサの出力値の変化率であり、
前記判定部は、前記被処理物の前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値の前記変化率の大きさが前記設定値以上になった場合、前記被処理物に含まれる物質の気化が生じたと判定する点にある。
以下、撹拌・脱泡状態をリアルタイムでモニタする状態監視システムの構成について説明する。尚、本願明細書において、撹拌・脱泡という用語は、被処理物の撹拌、被処理物に含まれる泡を消失させるための脱泡、或いは、上記撹拌及び脱泡の両方、を意味する用語として記載している。つまり、撹拌・脱泡処理装置は、被処理物を撹拌する撹拌処理を行う目的で使用でき、被処理物に含まれる泡を消失させるための脱泡処理を行う目的で使用でき、或いは、上記撹拌処理及び脱泡処理の両方を行う目的で使用できる。
センサ部2は、被処理物の温度を特定可能な温度センサ3(例えば赤外線温度センサ)、電源4(例えば電池)及び通信部5を備える。温度センサ3は、被処理物の温度を特定可能な様々なセンサを用いて実現できる。例えば、被処理物から放射される放射光(赤外線)の強度を測定し、その測定値に基づいて被処理物の温度を特定するタイプの放射温度計などの非接触式の温度センサや、熱電対等を用いて被処理物の温度を特定する接触式の温度センサなどを用いて実現できる。尚、図1では、温度センサ3のことを放射温度計3と記載している。通信部5は、記録部6、時計部7、温度センサ3の出力値を解析部9に送信する送受信部8(本発明の「第1の送受信部」の一例)を備える。
以下の説明では、温度センサ3は、被処理物を収容する容器20の上方、例えば蓋に設置され、被処理物から放射される放射光の強度により、被処理物の温度を直接測定する放射温度計3を用いた場合を説明する。この意味において、本発明における「温度センサ3」とは、赤外光など、物質からの放射光に関する物理量を計測するものを意味する。
電源4は、温度センサ3及び通信部5に電力を供給する。
解析部9は、送受信部10によって、センサ部2の送受信部8が送信する温度センサ3の出力値、即ち、センサ部2から送信された温度測定値及び測定時刻を受信することができる。そのため、撹拌・脱泡処理中にセンサ部2と解析部9との間で、送受信が可能であり、リアルタイムで温度測定値をもとに状態の監視が可能である。
判別部14は、記録部15に記録された温度測定値及び測定時刻を読み込み、記録部15に記録(登録)された判別条件(後述する対処)にしたがい、被処理物の状態を判別し、記録部15に記録されている対処の内容に従って、判別された状態に対応した対処、例えばアラームの表示、撹拌・脱泡処理の停止命令の出力、正常終了の履歴の保存等を実行する。
後述するように、個々のケースに応じて、温度測定値の時間推移の特徴が記録部15に記録(登録)されており、その特徴により被処理物の状態判別ができる。
被処理物を収容する容器20の蓋部に温度センサ3(赤外線センサ)を備えたセンサ部2を設置し、温度センサ3の出力値をリアルタイムで送信し、解析部9は受信した出力値をデータとしての記録部15に保存する。
公転歯車101を有する回転ドラム102は、軸受を介して公転軸103(固定軸)に対して回転自在に支持されている。モータ104による回転運動が、公転歯車101を介して回転ドラム102に伝達され、回転ドラム102は、公転軸103を軸に回転する。
容器ホルダー106は、回転軸107(自転軸)を有し、回転軸107は、軸受を介して公転テーブル105に回転自在に支持されている。
そのため、容器ホルダー106は、公転テーブル105の回転により、公転軸103を中心に回転(公転)する。
太陽歯車110は、回転ドラム102の外側に配置されており、回転ドラム102に対して、軸受を介して回転自在に支持されている。
例えば、公転用駆動モータと自転用駆動モータを別々に備え、容器ホルダー106を公転及び自転させてもよく、他の構成であってもよい。センサ部2は、容器20に設置することができるため、既存の様々な撹拌・脱泡処理装置に適用可能であるからである。
さらに、センサ部2と解析部9とは無線通信によってデータの送受信を行うため、本状態監視システムは、既存の様々な撹拌・脱泡処理装置に適用可能である。
複数の容器20、すなわち複数のセンサ部2と単一の解析部9とは、上記通信規格に則り、無線通信で接続可能である。
1回の通信で送信するデータ量が少ないため、上記通信規格の他に様々な通信規格、例えばIEEE 802.15.1を利用することができる。
・容器20の公転の回転速度を速くすること又は遅くすること又は維持すること。
・容器20の自転の回転速度を速くすること又は遅くすること又は維持すること又は自転を停止すること(即ち、自転を停止し、公転を継続すること)。
・容器20の回転を停止すること。
・容器20の内部の真空度を上げること又は下げること又は維持すること。
・容器20の内部を大気圧に戻すこと。
・被処理物を加熱すること又は冷却すること。
・容器20の内部を窒素やアルゴンなどのガスで雰囲気を置換すること。
・撹拌・脱泡処理の次のステップに移行すること。
・次の対処に移行すること。
以下、本状態監視システムによる、被処理物の状態監視方法について詳細に説明する。
まず、温度計測値が状態変化を監視できる理由について説明し、その後、実際の測定事例に基づき具体的に説明する。
そこで、このような温度変化のずれを生み出す原因について考察した結果、以下の要因が存在すると考えられる。
処理時に発生する熱は、摩擦熱の他に被処理物の化学反応により生じることがある。
摩擦熱は、容器20と被処理物との摩擦熱の他に、被処理物内部での摩擦熱がある。
例えば、被処理物が液体と固体から構成される場合、液体と固体、固体と固体、液体と液体との摩擦熱の発生が起こりうる。
液体と固体(例えば粉体)から構成される場合の摩擦熱の寄与は、材料の配合比率だけでなく、撹拌・脱泡処理時の混合状態に依存する。
液体と液体との摩擦熱は、液体の粘性により流れの接線方向に働く剪断応力により発生する。また、液体の粘性は、液体と液体、液体と固体との混合状態だけでなく、液体と気体(気泡)との混合状態にも依存する。
被処理物が液体と固体から構成される場合であっても、均一な混合状態となる前には、固体と固体の摩擦が発生する。また、固体と容器20側壁との摩擦も生じる。
被処理物に依っては、化学反応を生ずることがあり、化学反応により熱が発生する。化学反応は、摩擦熱により活性化エネルギーを得て進行する場合もあり、ある温度に到達すると、温度上昇率が増加する場合もある。
熱の流出は、被処理物から容器20や大気等の他の物質への熱伝導や、被処理物が気化するときの気化熱によっても生じる。
熱伝導による熱の流出は、被処理物の熱伝導率に依存するが、被処理物が異なる熱伝導率の物質を含む場合、混合状態や気泡の混入により熱伝導率が異なる場合、熱伝導率の不均一性(例えば容器20中央と周辺における熱伝導率の不均一)も熱伝導に影響を与える。
なお、被処理物が異なる熱伝導率の物質を含む場合は、異なる伝導率の液体と液体、液体と固体、液体と気体(気泡)の組合わせが考えられる。
また、被処理物情報及び処理情報の組合わせ(以下、簡単に被処理物情報及び処理情報と記載することがある。また、処理情報のことを、処理条件情報と記載することもある。)と温度測定値の時間推移とを関連付けて記録(登録)し、さらに、被処理物情報及び処理情報に対する解析結果及び対処をデータベース化することで、撹拌・脱泡処理の最適条件の決定、製品の品質の維持向上及び管理に効果的に利用することができる。
(1)被処理物情報:
シリコーン300,000mm2/s、総重量100g
(2)処理条件情報:
常圧及び減圧下(設定圧力0.1kPa)
公転回転速度1340rpm、自転回転速度 1340rpm(公転方向と逆回転)
(3)解析結果及び対処:
図4に常圧下で撹拌・脱泡処理(単に処理と称す)を行ったサンプル(サンプルA、図中点線)と減圧下で処理を行ったサンプル(サンプルB、図中実線)の温度測定値の時間変化を比較して示す。また、図中一点鎖線Pは、処理時の圧力を示す。
なお、グラフにおいて横軸の時間の原点(0)は、測定開始時刻であり、容器20の回転開始時刻とは必ずしも一致しない。他のグラフも同様である。
一方、減圧下で処理を行ったサンプルBには、そのような変化点(即ち、温度センサ3の出力値の時間推移の特性が変化する箇所)は見られない。
そこで、被処理物が、処理時間に依存してどのような状態変化が生じているかを調査するため、ストロボ撮影による画像データにより確認した。
サンプルAに関しては、時間40秒において微細な気泡が確認され、さらに時間120秒において微細な気泡が増加している。時間140秒においては、微細な気泡が全体に拡がり、全体が白濁して見える。
一方、サンプルBに関しては、時間40秒においては、わずかに微細な気泡が確認されるもののサンプルAと比較し明らかに気泡は少なく、時間120秒及び時間140秒においては、気泡は確認されない。
一方、気泡が液体全体に飽和すると、上記のような場所に依存した粘度の違いが低減し、せん断力が弱まり、液内部での摩擦熱が低減し、温度上昇率が低くなる。
実際、図5からサンプルBに関しては、気泡の混入が抑制されており、温度測定値の時間推移の挙動と整合する。
なお、温度上昇率は、所定の時間での平均の温度上昇率(例えば、過去5秒間の時間と温度測定値の相関関係の線型近似式の傾き)により計算することができる。閾値は、例えば図4から得られた温度上昇率を基準にして、余裕を持たせて設定することができる。
また、温度上昇率をモニタし、その温度上昇率が閾値以下であれば、撹拌・脱泡処理の終了時点まで、温度測定値を継続して取得し、正常終了したことを記録部15に記録するという対処ができる。
なお、時間ではなく温度測定値、即ち、撹拌・脱泡処理を、温度センサ3の出力値により制御することで、物理的状態の変化に基づいた制御を実行することも可能である。
なお、均一な乳化処理についても、同様の判別と対処が可能である。
上記のように温度センサ3の温度測定値を用いることにより、容易に定量データを得ることができ、登録された対処の内容を自動で実行することが可能となる。
また、対処内容が確立しているため、撹拌・脱泡手法の技術を開発部門から製造部門への技術移管も容易になる。さらに、コンピュータを用いた対処を行うことにより、操作者に依存した判定の差がなく、安定して品質を維持、管理することができる。
この場合、出力部12は、それらの情報を、音声情報や、文字情報や、光の点灯、消灯、点滅などにより出力できる。また、出力部12は、それらの情報を記録メディアに記録し、操作者は、それらの情報を後に参照し、また通信手段等を経由して受信することもできる。
(1)被処理物情報:
球状黒鉛(30g)とIPA(10g)との混合物。
溶媒として揮発性の高いIPA(イソプロピルアルコール)を使用。
(2)処理条件情報:
常圧及び減圧下(設定圧力3kPa)。
公転回転速度1340rpm、自転回転速度1340rpm(公転方向と逆回転)
(3)解析結果及び対処:
図6に常圧(大気圧)下で処理を行ったサンプル(サンプルA、図中点線)と減圧下で処理を行ったサンプル(サンプルB、図中実線)の温度測定値の変化を比較して示す。また、図中一点鎖線Pは、処理時の圧力を示す。
減圧下で処理を行ったサンプルBは、時間25秒付近でピークが確認された。IPA内部の気体が、気泡となり一度に放出され、流動性が大きく変化したためである。気泡が一度に発生すると体積が膨張し、被対象物の表面が盛り上がり、温度センサ3との距離が変化するとともに、気泡によって放射率も変化する。温度センサ3は、このような変化を敏感に検知することができる。
この結果より、揮発性の高い溶媒を用い減圧下で処理を行う場合、処理開始直後に急激に状態が変化することが分かる。
以上より、温度センサ3による温度測定値の変化から、溶媒から気泡が発生する状態、溶媒が気化により消失する状態(固体間の摩擦の発生状況)というような被処理物の状態又は状態変化がわかる。また、経過時間とともに気化熱が生じている状態(溶媒の気化の状態)がわかる。このように、判別部14は、被処理物の撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値の変化率の大きさが設定値以上になった場合、被処理物に含まれる物質の気化が生じたと判定できる。尚、気化には、液相から気相への相転移現象である蒸発と、固相から気相への相転移現象である昇華とが含まれる。
また、上記温度測定値の変化から、排気速度(減圧速度)の制御の重要性が理解できる。排気速度は、真空ポンプの回転速度や、排気ラインの途中に設けた大気の流入口のバルブ開度等により調整できる。
減圧下で処理により、25秒付近のピークの検出がなく、その後の温度上昇率の変化が無い場合、撹拌・脱泡処理が正常に行われたという履歴を記録部15に記録するという対処も可能である。
従来の手法では、20~180秒の範囲で20秒毎の9個のサンプルを準備し、その処理結果から状態が変化する時間は、20秒から40秒の間、140秒から160秒の間に存在すると推定することになる。
すなわち、本発明による状態監視システムを用いることにより、サンプル数が9分の1に低減でき、さらに正確な時間が同定できるため、開発段階においても開発コスト、工期を低減できるという効果もある。
(1)被処理物情報:
膠(にかわ)40g+水40g
(2)処理条件情報:
減圧下(設定圧力5kPa)。
公転回転速度1340rpm、自転回転速度297rpm(公転方向と逆回転)(二次撹拌)
(3)解析結果及び対処:
図7に、減圧下で処理を行ったサンプル(サンプルA、図中実線)の温度測定値の変化を示す。また、図中一点鎖線Pは、処理時の圧力を示す。
なお、本サンプルは、予め一次撹拌(常圧下、公転回転速度1340rpm、自転回転速度1340rpm(公転方向と逆回転))処理により乳化している。
記録部15には、温度測定値の時間推移だけでなく、解析結果及び対処の情報の一部として、上記変化点の時間を登録する。
図8(a)より、時間30秒では、容器20の側壁面にサンプルの一部が付着していることが分かる。すなわち、一次撹拌にて多量の気泡が混入しているサンプルを、減圧下で二次撹拌したため、激しく突沸したことが分かる。
30秒付近では、温度センサ3は、放射率の異なる膠と容器20からの放射光を検出しており、さらに気泡の影響により膠の放射率が変化し、膠からの放射光が変動している状態を検出しているものであると理解できる。
このように乱れた温度測定値は、被対象物の状態が大きく変動していることを温度センサ3が検知する能力を有することを示すものである。この能力は、各物質が有する放射率という物性値の違い(変化)を、放射光の強度の違い(変化)として温度センサ3が検出できるという特性に依るものである。また、温度センサ3は応答性が高いため、このような短時間での状態の変化を敏感に検出することができる。
このことから、140秒付近での温度測定値の変化点は、ゲル化が進むことで被処理物の流動性が低下し、ずり応力の低下により摩擦熱の発生が低下し、さらに気化熱により温度が低下したというような被処理物の状態又は状態変化を反映していると考えられる。従って、判別部14は、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に応じた被処理物の状態又は状態変化を判定するという比較判定後処理を行うことができる。
また、被処理物を処理している過程において、上記変動量の値が所定の閾値を超えた場合、突沸が発生したと判別しアラームを出力すること、又は、撹拌・脱泡処理が正常に行われなかったという履歴を記録部15に記録し、閾値以下であれば撹拌・脱泡処理完了後、撹拌・脱泡処理が正常に行われたことを表示又は履歴として記録部15に記録するという対処も可能である。つまり、判別部14は、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に応じた対処を行うという比較判定後処理を行うことができる。
また、ゲル化が発生する時間が分かるため、処理時間をゲル化が発生する時間より短く設定することができる。例えば、操作者が、処理条件としてゲル化が発生する時間より長い時間設定を行った場合、出力部12がアラームを出力するとう対処も可能である。
また、温度測定値の変化点(温度測定値の低下)が検出された場合、ゲル化が発生したと判別し、アラームを出力又は履歴として記録部15に記録してもよい。
(1)被処理物情報:
エポキシ樹脂 主剤100g+硬化剤20g
(2)処理条件情報:
減圧下(設定圧力0.1kPa)。
公転回転速度1340rpm、自転回転速度1340rpm(公転方向と逆回転)
(3)解析結果及び対処:
図9は、本サンプルの温度測定値の時間推移を示す。温度測定値は、150秒付近まで徐々に非線形に上昇し、150秒付近から450秒付近まで線形に上昇し、その後非線形に急増していることが分かる。
記録部15には、温度測定値の時間推移だけでなく、解析結果及び対処の情報の一部として、温度上昇率が変わる時間、及び温度測定値の上昇率を登録することができる。
なお、図9には示されていないが、架橋反応が終了しエポキシ樹脂が固まると摩擦熱も低減する傾向がある。
また、樹脂を処理する過程において、温度測定値が上限の温度を超えた場合、状態監視システムの解析部9は、アラームを出力し、アラームが発生したことを処理履歴として記録部15に記録し、上限以下であれば撹拌・脱泡処理が正常に行われたことを処理履歴として記録部15に記録するという対処を実行することができる。また温度測定値が上限の温度を超えた場合、処理を停止させるという撹拌・脱泡処理装置100に対する動作指令を決定して、撹拌・脱泡処理装置100に出力するという対処も可能である。つまり、判別部14は、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に応じた対処を行うという比較判定後処理を行うことができる。
(1)被処理物情報:
アルミナ 70g+シリコーン 10,000mm2/s 30g、総重量100g
(2)処理条件情報:
減圧下(設定圧力0.1kPa)。
公転回転速度1340rpm、自転回転速度1340rpm(公転方向と逆回転)
(3)解析結果及び対処:
図10は、本サンプルの温度測定値及び圧力の時間推移を示す。
温度測定値は、処理開始後、非線型に増加し、時間44秒付近で変化点が見られ、その後100秒付近までほぼ線型に増加した後、上昇率が緩やかに低減しながらも増加している。記録部15には、温度測定値の時間推移だけでなく、解析結果及び対処の情報の一部として、変化点の時間と温度測定値の上昇率も登録しておく。
不均一な状態の領域では流動性が乱れ、せん断応力が生じ、摩擦熱が大きくなるため、温度測定値の上昇率が大きくなり、その後均一に混合されると、温度測定値はなだらかなカーブを描きながら上昇する。このように、温度測定値は被処理物の状態又は状態変化を判定していると言える。従って、判別部14は、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に応じた被処理物の状態又は状態変化を判定するという比較判定後処理を行うことができる。
また、上記変化点となる時間が、予め設定した閾値、例えば60秒より長い場合、ダマが生じている状態が許容範囲以上に長いと判定し、アラームを出力し、処理履歴として記録部15に記録することもできる。
なお、温度測定値の変動量は、例えば、44秒付近の温度測定値の変化点における変動量で評価し、例えば、30秒から60秒の間の温度測定値の最大と最小の差分に依って容易に得ることができる。
(1)被処理物情報:
サンプルA:アルミナ 70g+シリコーン 10,000mm2/s 30g
サンプルB:アルミナ 30g+シリコーン 10,000mm2/s 70g
(2)処理条件情報:
減圧下(設定圧力0.1kPa)。
公転回転速度1340rpm、自転回転速度1340rpm(公転方向と逆回転)
(3)解析結果及び対処:
図12は、サンプルA及びサンプルBの温度測定値の時間推移を示す。サンプルAはサンプルBよりアルミナの配合率が高く、材料の配合の違いにより温度測定値の上昇率が変わることが分かる。例えば、サンプルAの温度測定値は、時間55秒でピークが確認されるが、サンプルBの温度測定値にはこのピークは確認されず、アルミナの配合比率によって温度測定値の時間推移が変化することが分かる。
記録部15には、温度測定値の時間推移だけでなく、このピーク値(時間及び温度測定値)も解析結果及び対処の情報の一部として登録することができる。
また、アルミナの量が多いサンプルAの方が、温度測定値が高く、アルミナの配合比率が高い方が摩擦による熱の発生が大きいことが理解できる。
そして、温度測定値を監視することで、材料の配合比率の間違いを検知することができ、アラームの表示といった対処を実行することができる。
すなわち、解析部9は、品質管理が可能となるように、温度測定値の変化点の有無や、特定の時間、例えば80秒での温度測定値の上昇率を、製品のロット番号と関連付けて記録するという対処を実行する。
なお、特定の時間は、被処理物情報及び処理条件情報に関連付けられたデータベースに登録されている変化点の時間(55秒)より長い時間を設定することができる。
図2に示すように、撹拌・脱泡処理装置100が、複数の容器20を有する場合、それぞれの温度測定値の時間推移を比較し、その乖離の有無を判定して、登録された対処を実行することも可能である。
例えば、被処理物が同じ構成のサンプル、例えば、同じ配合比率のシリコーンとアルミナを、異なる複数の容器20において、撹拌・脱泡処理装置100において同時に処理を行った場合、それぞれの温度測定値の差分をリアルタイムで監視し、差分が所定の閾値より大きい場合、アラームを出力し、アラーム情報を温度測定値とともに処理履歴として記録部15に記録するという対処を行い、差分が所定の閾値以下の場合、正常終了したことを処理履歴として記録部15に記録するという対処を行うことができる。
リファレンスサンプルとして温度測定値の変化点が無いサンプルを用い、評価用サンプルとの差分を検出することで、温度測定値の変化点がより一層検知し易くなる。
温度測定値をリアルタイムで監視する際に、温度測定値は定量データであるため変化点を自動で検出することが可能であり、自動検出は、各被処理条件情報に従って最適な方法を選択できる。
例えば、過去数点の温度測定値の時間推移から平均的な温度測定値の上昇率を求めておき、上昇率の変動量が閾値より大きくなった時間を変化点であるとすることができる。その他の方法として、例えば、
(i)温度センサ3から取得済みの温度測定値のうち、過去数点(3点以上)の温度測定値の微分(差分)の平均値を計算し、傾きを求め、その変化で判定する。
(ii)過去数点(3点以上)の温度測定値に対する近似直線を最小自乗法で算出し、傾きを求め、その変化で判定する。
(iii)PID制御のIのように漸近する直線との差の面積を算出して、その変化で判定する。
(iv)カオス系で使用するローレンツプロットを利用し、ある点から次の点までの距離の変化で判定する。
といった方法なども考えられる。
以上のように、温度測定値の時間推移は、被処理物の状態の推移を反映し、被処理物の材料、配合比率に依存することが判明した。
従って、状態監視システムは被処理物情報及び処理条件情報に応じて温度測定値の時間推移の情報が取得でき、製品開発時及び製品生産(量産)時において、有効に活用することができる。
製品開発段階や撹拌・脱泡処理条件を決定するための最適化作業の段階において、以下に示す手順で状態監視システムを活用することができる。
S1:被処理物情報及び処理条件情報の記録
解析部9の操作部13は、操作者によって、例えば入力端末から入力された被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報を取得し、解析部9の制御部11は、取得した撹拌・脱泡処理情報を記録部15へ記録(登録)する。
尚、同じ一つの被処理物に対して、同じ一つの処理条件で撹拌・脱泡処理を行う場合には、撹拌・脱泡処理情報を記録部15へ記録(登録)しなくてもよい。
操作者は、撹拌・脱泡処理の開始を撹拌・脱泡処理装置100に命令するとともに、状態監視システムに操作部13を介して温度測定の開始を命令する。温度測定開始命令を取得した解析部9の制御部11は、温度測定開始命令に従い、送受信部10を介してセンサ部2に測定命令を送信する。
温度測定開始命令は、測定の開始時刻だけで無く、測定の頻度、測定期間を指示することも可能である。
なお、状態監視システムは、撹拌・脱泡処理装置100を介して、操作者による撹拌・脱泡処理の開始命令を取得してもよく、逆に状態監視システムから撹拌・脱泡処理装置100に操作者による撹拌・脱泡処理の開始命令を出力してもよい。
センサ部2の通信部5は、解析部9からの測定開始命令を送受信部8によって受信し、時計部7の計時機能を用いて、所定の頻度で所定の期間、温度センサ3の温度測定値を取得し、測定時間と共に、記録部6に温度測定値を記録(保存)する。
センサ部2は、記録部6に記録された温度測定値を送受信部8によって送信する。
なお、センサ部2の記録部6は温度測定値を一時的に記録し、送信後に、温度測定値を削除してもよい。
解析部9は、温度測定値を送受信部10により受信し、制御部11は、温度測定値と測定時間を記録部15に記録する。つまり、解析部9の制御部11は、送受信部10が受信した、撹拌・脱泡処理中での温度センサ3の出力値を記録する出力値記録処理を行う。このとき、温度測定値と測定時間を、既に記録されている被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報に関連付けて、記録部15に記録してもよい。
解析部9の制御部11は、上記出力値記録処理によって記録した温度センサ3の出力値に現れる特定の事象と、その事象に応じて判別部14が行う比較判定後処理の内容とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。或いは、解析部9の制御部11は、情報記録処理において、出力値記録処理によって記録した温度センサ3の出力値に現れる特定の事象と、その事象に応じて判別部14が行う比較判定後処理の内容と、撹拌・脱泡処理における被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する。
操作者は、解析部9の操作部13を用いて、温度センサ3の出力値に現れる特定の事象に応じた被処理物の状態又は状態変化を入力する。そして、解析部9は、上記出力値記録処理によって記録した温度センサ3の出力値に現れる特定の事象と、その事象に応じた被処理物の状態又は状態変化とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。例えば、図13に示す例であれば、操作者は、「事象1」に応じた被処理物の状態又は状態変化として、「気泡が不均一に分布した状態から均一に分布した状態へと変化した」という情報を入力する。そして、解析部9の制御部11は、「事象1」と、操作者から受け付けた被処理物の状態又は状態変化についての情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。図14に示す例であれば、操作者は、「事象1」に応じた被処理物の状態又は状態変化として、「被処理物が気化した」という情報を入力する。そして、解析部9の制御部11は、「事象1」と、操作者から受け付けた被処理物の状態又は状態変化についての情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。また、操作者は、「事象2」に応じた被処理物の状態又は状態変化として、「ゲル化が収束した」という情報を入力する。そして、解析部9の制御部11は、「事象2」と、操作者から受け付けた被処理物の状態又は状態変化についての情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。図15に示す例であれば、操作者は、「事象1」に応じた被処理物の状態又は状態変化として、「架橋反応が活発化した」という情報を入力する。そして、解析部9の制御部11は、「事象1」と、操作者から受け付けた被処理物の状態又は状態変化についての情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。
操作者は、解析部9の操作部13を用いて、温度センサ3の出力値に現れる特定の事象に応じた対処を入力して記録部15に記録させる。この場合、解析部9の制御部11は、温度センサ3の出力値に現れる特定の事象と、その事象に応じた対処と、撹拌・脱泡処理における被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報とを、互いに関連付けられた状態で記録部15に記録する情報記録処理を行う。この情報記録処理の例を示すと、操作者は、変化点等の解析結果と、各被処理物情報及び処理条件情報に対応した対処を、解析部9の操作部13を用いて、解析部9に入力する。解析部9の制御部11は、入力された解析結果及び対処、例えば、変化点の記録、閾値の設定、アラーム表示等を被処理物情報及び処理条件情報に関連付けて、解析部9の記録部15に記録(登録)する。
S1:データの読み込み
操作者は、状態監視システムに、撹拌・脱泡処理における被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報、例えば被処理物情報及び処理条件情報を入力する。
状態監視システムは、解析部9の記録部15に記憶されたデータベースから、入力された被処理物情報及び処理条件情報に対応した解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報の有無を判断し、解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報がある場合、温度測定を開始し、解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報が無い場合、操作者に解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報が無いことを出力部12を介して警告し、測定及び撹拌・脱泡処理を留保することも可能である。つまり、判別部14は、記録部15に記録されている情報の中から、撹拌・脱泡処理の実行に先立って設定されているその撹拌・脱泡処理における被処理物情報及び処理条件情報のうちの少なくとも一方を含む撹拌・脱泡処理情報に対応する情報を抽出する抽出処理を行う。
状態監視システムの解析部9はセンサ部2に指令を送信する。センサ部2は、温度センサ3により測定された被処理物の温度測定値及び時間を、所定の頻度で所定の期間、容器20に設置されたセンサ部2の識別番号とともに解析部9に送信する。
状態監視システムの解析部9は、センサ部2から受信した温度測定値及び時間を記録する。
解析部9の制御部11は、記録部15に記録(登録)されている被処理物情報及び処理条件情報に対応した解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報を読み込む。判別部14は、温度測定値及び時間と読み込んだ解析結果、並びに、対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報に従い、対処の要否又は被処理物の状態又は状態変化の判定の要否を判別する。例えば、判別部14は、記録部15に記録されている情報と、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象とを比較し、比較結果に応じた比較判定後処理を行う。
この開発段階においては、従来困難であった撹拌・脱泡処理のリアルタイムの状態変化の定量的測定を行うことができ、熟練を要する撹拌・脱泡条件の最適化にかかるコスト及び労力が低減できる。
この製品処理段階においては、撹拌・脱泡処理中の被処理物の状態をリアルタイムで定量的に監視することができ、予め登録された対処又は被処理物の状態又は状態変化についての情報に基づいて、適格な撹拌・脱泡状態の判別、及び撹拌・脱泡処理の制御が可能となり、製造された製品の品質の維持向上及び管理を容易にする。
以上のように、本実施形態では、対処が、特定の事象に対応する被処理物の状態又は状態変化に応じて設定されていることで、被処理物の状態又は状態変化から見て適切なタイミングで対処を行うことができる。
撹拌・脱泡処理の状態監視システムは、解析部及びセンサ部を備え、前記解析部は、記録部、判別部を有し、前記センサ部は、温度センサを有し、前記センサ部は、前記温度センサによる、撹拌・脱泡処理の被処理物の温度測定値を前記解析部に送信し、前記記録部は、
被処理物情報及び処理情報のデータベース並びに前記被処理物情報及び前記処理情報に関連付けられた対処のデータベースが登録されており、前記判別部は、送信された前記温度測定値に応じて、前記記録部に登録された前記対処を実行することを特徴とする。
また、被処理物及び処理条件に関連付けられた対処が予めデータベース化されているため、本監視システムは、取得された温度測定値に基づいて、登録された対処を自動で実行することができる。
従って、本監視システムによれば、定量的に製品の品質管理を行うことができ、品質の維持向上に寄与する。さらに、製品の開発段階で得られた知見、ノウハウを、操作者の能力に依存することなく、製品の量産段階に移管し、十分に活用することも可能となる。
前記被処理物情報は、
被処理物の配合比率又は性状の変化の情報を含むことを特徴とする。
前記対処は、前記温度測定値の時間推移の変化点での前記温度測定値の変動量と閾値との比較により判定することを含むことを特徴とする。
所定の処理条件で回転運動を付与された容器に収容された被処理物の上方から、温度センサにより前記被処理物の温度を所定の頻度で所定の期間測定し、温度測定値の時間変化を取得し、
前記温度測定値の時間変化に基づいて、前記被処理物及び前記処理条件の組合わせに関連付けられて予め登録された対処を実行することを含むことを特徴とする。
<1>
上記実施形態では、情報監視システムの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態において、センサ部2と解析部9との間の情報通信、及び、撹拌・脱泡処理装置100と解析部9との間の情報通信は、無線LANルーターなどの他の中継装置を介して行われてもよい。
解析部9が撹拌・脱泡処理装置100と一体化されていてもよい。即ち、解析部9の機能及び機器が、撹拌・脱泡処理装置100が備えている機能や機器を用いて実現されてもよい。
また、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に対応する被処理物の状態又は状態変化や、撹拌・脱泡処理中に温度センサ3の出力値に現れた特定の事象に応じた対処について、幾つかの具体例を挙げたが、それらは例示目的で記載したものであり、本発明はそれらの例に限定されない。例えば、対処として、判別部14は、出力部12から所定の情報を出力することで、操作者に対して撹拌・脱泡処理装置100の動作変更を促す処理を行ってもよい。
上記実施形態では、解析部9の出力部12から、判別部14が行う比較判定後処理の内容を示す情報を出力する例を説明したが、上述した例の他にも様々な出力形態が有る。例えば、出力部12は、撹拌・脱泡処理装置100に対して送受信部10から情報を送信させて、その撹拌・脱泡処理装置100の出力部33において情報の出力を行わせてもよい。或いは、出力部12は、操作者が利用する携帯型通信機器などの他の機器に対して送受信部10から情報を送信させて、その機器において操作者への情報の出力を行わせてもよい。その場合、出力部12は、その機器に電子メールやメッセージ(プッシュ通知)などの情報を送信して、操作者へ情報を伝達することもできる。更に、操作者が利用する携帯型通信機器において振動を発生させることで、操作者への情報の伝達を行わせてもよい。
上記実施形態では、撹拌・脱泡処理装置100が操作者から受け付けた指令に応じて動作する場合を説明したが、例えば撹拌・脱泡処理装置100の制御装置30が、操作者からの指令によらず、適切な動作を自動で判定して実行してもよい。
上記実施形態(別実施形態を含む)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
3 温度センサ
8 第1の送受信部
9 解析部
10 第2の送受信部
12 出力部
14 判別部(判定部)
15 記録部
20 容器
100 撹拌・脱泡処理装置
センサ部と解析部とを備え、
前記センサ部は、前記被処理物の温度を特定可能な温度センサを備え、
前記解析部は、記録部と、判定部とを有し、前記温度センサの出力値を受信し、
前記記録部は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れ得る事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う比較判定後処理の内容とが関連付けられた情報を記録しており、
前記判定部は、前記記録部に記録されている、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化を示す前記情報と、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化である特定の事象とを比較し、比較結果に応じた前記比較判定後処理を行う点にある。
加えて、判定部は、その比較結果に応じた比較判定後処理を行う。つまり、判定部は、被処理物の状態に応じた処理をリアルタイムで行うことができる。
従って、撹拌・脱泡処理時の被処理物の状態を容易にリアルタイムで定量的に監視し、その被処理物の状態に応じた処理を行うことができる状態監視システムを提供できる。
前記撹拌・脱泡処理中での前記温度センサの出力値を記録する出力値記録処理と、
前記出力値記録処理によって記録した前記温度センサの出力値に現れる特定の事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う前記比較判定後処理の内容とを、互いに関連付けられた状態で、前記情報として前記記録部に記録する情報記録処理と、を行う学習機能を有する点にある。
Claims (14)
- 撹拌・脱泡処理装置において被処理物を収容する容器を公転及び自転させながら行われる撹拌・脱泡処理の状態監視システムであって、
センサ部と解析部とを備え、
前記センサ部は、前記被処理物の温度を特定可能な温度センサと、前記温度センサの出力値を前記解析部に送信する第1の送受信部とを備え、
前記解析部は、第2の送受信部と、記録部と、判定部とを有し、
前記第2の送受信部は、前記第1の送受信部が送信する前記温度センサの出力値を受信し、
前記記録部は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れ得る事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う比較判定後処理の内容とが関連付けられた情報を記録しており、
前記判定部は、前記撹拌・脱泡処理中に、前記撹拌・脱泡処理前から前記記録部に記録されている、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化を示す前記情報と、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる出力値の時間に対する変化である特定の事象とを比較し、比較結果に応じた前記比較判定後処理を行う状態監視システム。 - 前記解析部は、
前記第2の送受信部が受信した、前記撹拌・脱泡処理中での前記温度センサの出力値を記録する出力値記録処理と、
前記出力値記録処理によって記録した前記温度センサの出力値に現れる特定の事象と、当該事象に応じて前記判定部が行う前記比較判定後処理の内容とを、互いに関連付けられた状態で、前記情報として前記記録部に記録する情報記録処理と、を行う学習機能を有する請求項1に記載の状態監視システム。 - 前記解析部は、前記情報記録処理において、前記温度センサの出力値に現れる前記特定の事象を、前記温度センサの出力値の増加率、減少率、増加率の変化、及び、減少率の変化のうちの少なくとも一つで特定できる前記温度センサの出力値の時間に対する変化を示す数値情報で記録する請求項2に記載の状態監視システム。
- 前記解析部は、前記情報記録処理において、前記温度センサの出力値に現れる前記特定の事象を、前記温度センサの出力値の時間に対する変化を示す形状情報で記録する請求項2に記載の状態監視システム。
- 前記解析部は、前記出力値記録処理によって記録した前記温度センサの出力値を表示できる出力部と、操作者からの情報入力を受け付ける操作部とを有し、
前記解析部が前記情報記録処理において記録する前記特定の事象は、前記出力部に表示された前記温度センサの出力値のうち、前記操作者が前記操作部を用いて選択した領域での前記温度センサの出力値に現れる事象である請求項2~4の何れか一項に記載の状態監視システム。 - 前記解析部は、情報を出力する出力部を有し、前記出力部は、前記判定部が行う前記比較判定後処理の内容を示す情報を出力する請求項1~5の何れか一項に記載の状態監視システム。
- 前記比較判定後処理は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた特定の事象に応じた前記被処理物の状態又は状態変化を判定する処理である請求項1~6の何れか一項に記載の状態監視システム。
- 前記比較判定後処理は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた特定の事象に応じた対処を行う処理である請求項1~6の何れか一項に記載の状態監視システム。
- 前記対処は、前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れた特定の事象に対応する前記被処理物の状態又は状態変化に応じて設定される請求項8に記載の状態監視システム。
- 前記解析部は、情報を出力する出力部を有し、
前記対処は、前記出力部からアラームを出力することである請求項8又は9に記載の状態監視システム。 - 前記対処は、前記撹拌・脱泡処理が正常に行われたことを記録すること、又は、前記撹拌・脱泡処理が正常に行われなかったことを記録すること、又は、前記撹拌・脱泡処理中に現れた前記温度センサの出力値の中で、前記記録部に記録されている前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値に現れ得る事象を検出できなかったことを記録することである請求項8又は9に記載の状態監視システム。
- 前記対処は、前記撹拌・脱泡処理装置に対する動作指令を決定することである請求項8又は9に記載の状態監視システム。
- 前記温度センサは、前記被処理物から放射される放射光の強度を反映する出力値を出力する請求項1~12の何れか一項に記載の状態監視システム。
- 前記温度センサは、前記被処理物から放射される放射光の強度を測定し、
前記情報は、設定値であり、
前記特定の事象は、前記温度センサの出力値の変化率であり、
前記判定部は、前記被処理物の前記撹拌・脱泡処理中に前記温度センサの出力値の前記変化率の大きさが前記設定値以上になった場合、前記被処理物に含まれる物質の気化が生じたと判定する請求項1に記載の状態監視システム。
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