JP5249232B2 - 押出合成プラスティックウッド複合材料の寸法を監視する引抜装置速度制御装置 - Google Patents

Description

本願は、ここでの参照によりその明細書の全体が本願に組み込まれる、２００６年１０月１６日に出願された、“押出合成プラスティックウッド複合材料の寸法を監視する引抜装置速度制御装置（Puller Speed Device and Method for Monitoring Shape and Size of Extruded Wood Materials）”という発明の名称の米国予備特許出願ＳＮ．６０／８５２，３６３に基づく優先権を主張する。

本発明は、ランバーとして使用される押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料から板を形成する技術に関する。本発明は、具体的には、低融解強度を持つ押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料の寸法変動を制御するように設計される装置に向けられる。本発明は、更に、押出成形機からの一定の容積出力を不可能にする固有特性がある低融解強度を持つ押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料の寸法変動を制御するように設計される装置に向けられる。

Laverへの特許文献１(以下、Laver)は、ここでの参照により本願に組み込まれ、熱可塑性マトリックスのセルロース繊維から主になる押出合成ウッド材料の押出における押出成形機の使用を教示する。Laverに記載される合成ウッド材料は、ウッドプラスティック若しくはセルロース複合材料として一般的に今では知られる建設材料のクラスを代表し、以下では、“セルロース複合材料”、“押出セルロース複合材料”若しくは単に“押出物”と称する。セルロース複合材料は、水、カビ腐食及びシロアリ寄生に対する耐性のような熱可塑性材料の特性も有しつつ、剛性及び圧縮強度のようなセルロース繊維の特性を有する点で、充填材入り熱可塑性材料とは対照的に真の複合材料である。

この複合材料の押出は、溶融熱可塑性樹脂がセルロース繊維に密接に関連付けられる材料の生成を生む。熱可塑性樹脂は、セルロース繊維を囲繞する連続マトリックスを形成するが、熱可塑性樹脂とセルロース繊維の容積比は、溶融樹脂の流れ能力を非常に制限するものである。その結果、複合材料は、熱可塑性樹脂が依然として溶解状態である間でもその形状を維持する。

他方、熱可塑性ポリマー押出は、溶解粘性流体の生成を生む。この流体は、Laverで示されるのと同様の態様で型を通すことにより成形されることができる。しかし、ポリマーは、その溶解状態未満に冷却されない限り当該状態を維持しないだろう。実際、成形工程中にポリマーに付加される力の緩和に起因して成形型から出る際に膨脹することはポリマー押出物の特性である。それ故に、所望の形状は、押出物が冷却されるまで維持される必要がある。これは、引抜装置を用いて定寸及び冷却型又は一連のかかる型を通して溶解ポリマーを引き抜くことにより達成される。

ポリマー押出に精通した当業者に公知の引抜装置は、押出物の形状及びサイズを維持するために、移動するベルトにより牽引力を生成し、押出物の端部を掴み、予め設計された時間及び速度条件下で定寸装置を通して押出成形機から押出物を機械的に引き抜くことにより、押出物を定寸装置を通して引き抜く装置である。押出工程における引抜装置の使用を開示するLaverが参照される。

押出物が成形型から出る際の押出物の膨脹は、成形型と第１の定寸／冷却型の間の材料の余剰を生む。押出物は、所望のサイズ及び形状へと引き抜かれる。成形型からの容積出力の小さい変動は、流体材料の量の幾らかの変動は工程に有害でないので、この工程を介して補正されることができる。出力の大きな変動若しくは余剰材料の蓄積は、補正手段を必要とする。引抜装置により定寸／冷却型を通して材料が移動される速度若しくは成形型からの容積出力は、調整される必要がある。

ポリマー押出物から生成される樹脂パイプ、樹脂プロフィール及び他の製品の生産時にこれらの機能を実行する装置が存在する。例えば、Harrisへの特許文献２は１つの装置を開示する。この装置は、成形され冷却されたプロフィールの幾つかの寸法の平均値を、当該寸法に対する所望の平均値の近くに維持するように設計される。この装置は、型からの押出物の容積流量を測定し、成形され冷却されたプロフィールの１つの容易に測定された寸法を定量化し、所与の時間間隔内で生成されるプロフィールの長さを測定し、容易に測定された寸法から決定される収縮に対してなされる調整量により測定された容積及び長さから所与の時間間隔中の所望の寸法の平均値を算出するためにマイクロプロセッサを使用することにより、機能する。所与の時間間隔内の押出型を通過する材料の容積は、この方法では既知である必要がある。Harrisに開示される装置は、定量若しくは溶解ポンプの回転数をカウントすることによって生成される容積を測定する。

Graves他への特許文献３は、熱可塑性樹脂パイプの製造用に設計されたその他の制御システムを開示する。この制御システムは、冷却の早い段階で樹脂パイプの壁厚を測定し、所望の厚さからの逸脱を補正するために引抜装置を調整する。この制御システムで使用される測定装置は、超音波測定装置であり、適切な液剤を介して若しくは直接接触してパイプの表面に結合される必要がある。超音波装置は、樹脂パイプの周面を回り、壁厚の測定は、多数の箇所で行われ、平均化されることができる。操作者のコンソールは、制御システムに設けられるが、機能は、手動又は自動制御の選択に限られている。機能している間の自動制御システムの調整のための手段が設けられていない。

樹脂プロフィールを処理するために開発されたその他の装置は、Kristensenへの特許文献４に開示されるようなBETALASER MIKE制御装置である。この装置は、大きなプロフィールの小さいプロフィール若しくは小さい特徴を測定するためレーザーマイクロメータを使用する。この装置により使用されるレーザーマイクロメータは、略４ｍｍ×１５ｍｍの穴を有する。穴内に小さいプロフィールを配置することによりプロフィールのサイズの変化を測定することができる。これは、上限値と下限値に比較されることができる測定値を与える。BETALASER MIKE制御装置の原理は、引抜装置若しくは引取装置の速度を変化させることによりプロフィールサイズを公差内に維持することである。BETALASER MIKE制御装置は、従前に使用されたアナログ信号とは対照的に増幅されたデジタル信号の使用に関する従来装置に対する改善がクレームされている。Harris及びGravesの装置とは異なり、BETALASER MIKE制御装置は、管材料で小さい未成形プロフィールに加えて成形ポリマープロフィールの製造時用の制御装置として表される。発泡プロフィール用途では、プロフィールは、一般的に、大き過ぎてレーザーマイクロメータ測定装置の穴内に適合できない。レーザーマイクロメータは、成形型の表面上に搭載され、従って、押出物の小さい部位若しくは角は穴内に位置する。型の出口にある型の膨脹量の変化は、穴内の材料の量を変化させる。理論的には、これは、成形押出機の容積出力に関連することができる。引抜速度の変化は、予測された容積出力に基づいてなすことができる。明らかに、このシステムは、プロフィールの断面全体を通して一定の出力を必要とする。というのは、さもなければ、実際に測定された小さい部位の変化は、プロフィールを表さないだろうからである。

米国特許第５，５１６，４７２号 米国特許第４，２０９，４７６号 米国特許第４，１３７，０２５号 米国特許第６，１３８，０５２号

これらの３つの装置の全ては、型の膨脹の存在とポリマー押出物の高い溶解強度に依存する。しかしながら、Laverにより開示される押出物は、押出成形機を出た後にこれらの従来手段により成形若しくはサイズ調整されることができない。セルロース複合材料は、成形型から出るときに膨脹せず、従って、容積出力の変動をオフセットする余剰材料が存在しない。セルロース複合材料は、非常に低溶解強度を有し、溶解状態にあるときでも容易に分裂される。上述の如く、セルロース複合材料の容積出力の変動は、セルロース繊維の多様な特性によりポリマー押出物よりも非常に大きい。商業的な実行では、このセルロース複合材料は、下流のサイズ調整無しで且つ引抜装置若しくは引取装置の使用無しで製造される。

セルロース複合材料は、型膨脹の不在により下流のサイズ調整無しで製造できるが、幾つかのアプリケーションではセルロース複合材料をサイズ調整することが効果的であるだろう。下流のサイズ調整は、きわどいアプリケーションでの寸法公差を改善し、製造される部品においてより小さい詳細部の導入を可能とするだろう。新たな製品は、押出成形機から下流での強化繊維の付加若しくはコーティングの付加により製造されうるが、現時点では、付加中に起こる追加の摩擦抵抗により単一のステッププロセスでは実現可能でないものである。

必要なものは、押出成形機の容積出力の変化を、発生し始めたときに直ぐに検出し、これらの変化に迅速に対応することができる制御装置である。制御装置が、容積出力の変化の程度及び持続時間を予測できる能力を有する場合は、制御の精度が向上するので、更に効果的であろう。

押出物が押し出される速度、押出物の膨脹速度、及び、定寸(サイズ調整)装置を押出物が通過して移動する速度は、定寸装置に常に正確な量の材料が入るように、均衡される必要がある。定寸装置を押出物が通過して移動する速度が、押出物の膨脹速度よりも遅い場合、過剰な材料が、押出成形機及び定寸装置の間で蓄積することになり、押出物のプロフィールが変形したものとなる原因となる。定寸装置を押出物が通過して移動する速度が、押出物の膨脹速度よりも速い場合、材料は定寸装置を充填せず、変形した押出物のままとなる。押出物のプロフィールは、所望の形状若しくは表面特性を有さないことになり、場合によっては、材料の不足に起因して分離されうる。

押出物が押し出される速度は、材料が押出成形機内に供給される速度の変動により若しくは供給材料の変動により変化しうる。膨脹速度は、処理温度の変化若しくは供給材料内のガス生成材料の量の変動性に起因して変化しうる。尚、セルロース複合材料の存在は、出力及び膨脹の双方における変動を増加させる。引抜装置の速度は、一定であると看做せるが、定寸装置を介して材料を引くのに必要とされる力が大きいときは押出物が伸び、より小さい力が必要とされるときは接触するので、押出物の弾性は、定寸装置を通る移動速度の変動を引き起こす。これらの速度の変動の影響は、生産速度の増加と共により劇的になる。頻繁な作業者の介入がシステムを均衡状態に維持するために必要とされる。

装置が、膨脹の部分的な完了時に容積出力を測定でき、測定された変化に早急且つ頻繁に対応でき、更に、これらの変化の程度及び持続時間に関して幾らかの予測能力を有することは効果的であるだろう。

本発明の目的は、低溶解強度の押出セルロース複合材料の容積出力の変動を、当該変動に応じて引抜装置の速度を変化させることによって、補償することである。容積出力速度が増加した場合は、引抜装置の速度が増加される。容積出力速度が減少した場合は、引抜装置の速度が減少される。引抜装置速度制御装置は、低溶解強度の押出セルロース複合材料における連続性を保つように設計され、セルロース複合材料が押出成形機の下流でサイズ調整若しくは詳細化されることを可能とする。押出セルロース複合材料は、一のステッププロセスで下流で更にコーティングされ若しくは強化されてもよい。

図面の参照符号を参照するに、本発明は、押出物引抜装置３０の速度を変化させることにより押出成形機１４から出るセルロース複合材料押出物１６の寸法を制御すると共に押出成形機１４の容積出力速度の変動を補償する引抜装置速度制御装置に向けられ、当該引抜装置速度制御装置は、少なくとも１対の光学式非接触型変位トランスデューサ５２，５４を含む非接触測定装置５０と、セルロース複合材料押出物１６固有の変動に応答できるリアルタイムプロセッサ４０と、リアルタイムプロセッサ４０と同期した対話型タッチスクリーンディスプレイユニット６０とを含み、対話型タッチスクリーンディスプレイユニット６０は、リアルタイムプロセッサ４０の出力に基づいて押出物引抜装置３０の速度を調整する手段を含む。光学式非接触型変位トランスデューサ５２，５４は、それぞれ、好ましくは、押出物１６が押出成形機１４から押し出される際に押出物１６の側面に投射される、点線５３，５５で示されるレーザーをそれぞれ含み、レーザー５３，５５は、受信素子へと押出物１６の側面からレーザーポイント５６，５７で反射して戻り、反射角は、受信素子と押出物１６の側面の間の距離を算出する。或いは、非接触測定装置５０は、フレームキャプチャ能力を持つデジタル撮像装置７４に接続されるデジタルカメラ７２からなる。

本発明は、更に、押出物引抜装置３０の速度を変化させることにより押出成形機１４から出る押出物１６の寸法を制御すると共に押出成形機１４の容積出力速度の変動を補償するシステムに向けられ、当該システムは、押出物１６を押し出す押出成形機１４と、ローラ２２及び一連の定寸装置２４を含むコンベアシステム２０と、定寸装置２４を通して前記押出物１６を引き抜く引抜装置３０と、押出物１６の所望の形状を維持する際に当該システム１０を支援する引抜装置速度制御装置とを含み、引抜装置速度制御装置は、一対以上の非接触型変位トランスデューサ５２，５４からなり、押出物１６のサイズの変動を検出する非接触測定装置５０と、リアルタイムプロセッサ３４と、タッチスクリーンディスプレイユニット６０とからなり、タッチスクリーンディスプレイユニット６０は、イーサネット（登録商標）、シリアルポート若しくはＵＳＢを介して他のプロセッサと通信可能なプログラム可能なマイクロプロセッサと、予測的な補正が引抜速度に適用できるようにサイズの変化の大きさ、サイズの変化の継続時間、サイズの変化の傾向を判断するタスク専用のリアルタイムプロセッサ３４と、対話型タッチスクリーンディスプレイユニット６０とを含む。或いは、非接触測定装置は、フレームキャプチャ能力を持つデジタル撮像装置７４に接続されるデジタルカメラ７２からなる。

本発明は、更に、ランバーとして使用される押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料から押出物を形成する方法に向けられ、当該方法は、押出常設型と成形型を含む押出成形機から前記押出物を押し出す工程と、測定される速度で前記押出成形機から前記押出物を機械的に引き抜く引抜装置に前記押出物を結合する工程であって、前記押出成形機からの前記押出物の引抜速度は、非接触測定装置を含む引抜駆動ユニットにより生成された指令信号により維持される、工程と、押出物の所望の寸法に校正する整定値を前記指令信号内に入力する工程と、引抜装置により前記押出成形機から前記押出物を引き抜く工程と、整定値に整合させるために前記引抜装置の速度を調整する工程とを含む。

押出成形機のスクリュウ速度若しくは引抜装置の速度の手動の制御は、一定の操作者の介入を必要とする。本発明は、速度調整に対する操作者の責任を緩和し、操作者が、より多くのラインを操業している間に他の整備に集中することを可能とする。

セルロース複合材料押出物は、ポリマー押出物と同一の態様で挙動しない。セルロース複合材料の溶解粘度は、ポリマー押出物の溶解粘度よりも大幅に高い。発泡製品の場合、これは、プロフィールの膨脹がポリマー発泡品の膨脹よりも大幅に低速に生ずることを意味する。BETALASER MIKEのような装置は、型面での膨脹を測定することによって型充填を容量調整することを効率的に予測することができない。

対の非接触型変位トランスデューサの使用は、校正器入口で校正器の充填の度合いの測定を可能とするので、効果的である。更に、トランスデューサの間隔は、任意のサイズプロフィールを調整するために変化されてもよい。

その他の効果は、サイズの測定された変化の大きさ、持続時間及び傾向を判断するタスクに対する専用のリアルタイムプロセッサの使用である。これは、予測的な特性の補正を次の方法で引抜装置の速度に対してなすことを可能とする。引抜装置の速度は、サイズの測定された変化に正比例する量で変化されることになる。変化の増分は、測定された変化が存在する時間間隔に対して付加されることになる。変化の量に対する調整は、測定された変化の量が増加しているか減少しているかに基づいてなされることになる。

本発明のその他の利点は、操作者の対話用の同期マイクロプロセッサを備えるプロセス制御のための専用リアルタイムプロセッサの使用である。これは、操作者がプロセス制御を中断することなく制御変数を調整することを可能とする。リアルタイムプロセッサ４０は、決して割り込みされないので、複合材料押出物の多様な流れに応じた引抜装置速度のより正確な制御ができる。正確な制御は、当該材料の低融解強度に起因してLaverにより開示される複合押出物１６の処理に必要である。この複合押出物１６の製造において伸びは許容されない。上述の如く、複合押出物１６は、付加された弾性に起因して定寸装置を通過する可変の移動速度及び可変の膨脹率の因子によりLaverの複合押出物の製造における多様な容積出力を引き起こす因子の全てを有する。

本発明は、セルロース複合材料の製造時に牽引を使用することを可能とする。これは、これらの押出物の精密な詳細部及び／又はより綿密な公差を可能とする。また、牽引の使用は、押出ラインの材料の流れに対する抵抗を増加させる強化ステーション及び／又はコーティングステーションの挿入を可能とすることによって、処理選択肢を拡張する。

低融解強度押出物をサイズ調整し冷却する本発明の処理のフローチャートである。 非接触測定装置の第１実施例を示すプロセスの平面図である。 非接触測定装置の第２実施例を示すプロセスの側面図である。

本発明は、押出物引抜装置の速度を変化させることにより押出成形機から出るセルロース複合材料の寸法を制御すると共に押出成形機の容積出力速度の変動を補償するシステムに関する。本発明は、特に、引抜装置速度制御装置に関する。

［セルロース複合材料］
本発明の押し出されるセルロース複合材料は、Laverで開示されるような熱可塑性マトリックスセルロース繊維から主になる。セルロース複合材料の一例は、STRANDEX材料（Strandex Corporation, Madison, Wisconsin）である。

セルロース複合材料は、水、カビ腐食及びシロアリ寄生に対する耐性のような熱可塑性材料の特性も有しつつ、剛性及び圧縮強度のようなセルロース繊維の特性を有する点で、充填材入り熱可塑性材料とは対照的に真の複合材料である。

セルロース複合材料におけるセルロース繊維は、自然起源であり、サイズ、形状及び化学的構造において固有に可変である。繊維は、可変の量のセルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有する。これらの要素のそれぞれは、水に対するそれぞれ有する異なる親和性によるだけでなく、それ自体で異なる態様で膨脹プロセスに影響を有する。

商業上の複合押出製造における均一な材料の混合若しくは供給原料を保証するためにあらゆる労力が、植物種を区分することによって払われているが、均一な粒子を生成するように設計される態様で植物材料を処理することは、自然の繊維成分に起因した固有の変動を依然として有する。この変動は、内部潤滑、外部潤滑及び押出物粘性のような特性であって、材料の流量に影響する特性を変化させることにより材料の処理に影響する。

セルロース繊維により導入された固有の多様性に加えて、融解強度、即ち熱可塑性ポリマー融解ストリームが分離せずに伸びる能力における明白な変化が存在する。熱可塑性ポリマー押出物は、例えば薄いプラスティック膜の製造時に、多数の回数の因子で伸ばすことができるが、セルロース複合材料は、破れる前に非常に少量しか伸びないだろう。

本発明のセルロース繊維−ポリマー複合材料は、先行技術で通常的に認識されていたものよりも高いセルロース繊維含有率を有することにより特徴付けられる。先行技術は、５０％の熱可塑性材料に対して約５０％の繊維を含む材料含有率を通常的に必要とする一方、本発明のマトリックスは、好ましくは、より高い繊維含有率を有する。材料は、本発明の連続的な低温押出プロセス及び開始材料の適切な混合を採用することによって、略１：０の繊維／熱可塑性樹脂の含有率まで有することができる。基本プロセスは、セルロース繊維及び熱可塑性樹脂材料を含む原材料の基本種類の混合を必要とする。架橋剤及びプロセス潤滑剤は、基本混合物内に含められてもよい。

本発明の１つの利点は、おがくずから池の汚泥物若しくは新聞までの事実上任意の種類の廃セルロース材料を組み入れることができることである。上述の如く、任意のセルロース材料は、古新聞、アルファルファ、小麦パルプ、ウッドチップ、ウッド粒子、ウッド微細繊維(木粉)、ウッドフレーク、ウッド繊維、グランドウッド、ウッドベニヤ、ケナフ、紙、厚紙、わら、及び他のセルロース繊維材料を含む原料として使用されてもよい。セルロース繊維材料は、また、ケナフ、竹、若しくはヤシ繊維、わら若しくは他のセルロース繊維材料のような粘性の植物繊維、コットンのような精製繊維を含んでよい。セルロース材料は、他の開始材料と組み合わせられる前に、略１％から９％の間の水分含有率まで乾燥されるべきである。好ましい水分含有率は、せいぜい２％である。乾燥技術は先行技術で知られている。適切な例は、Premier Pneumatics, Inc.（Allentown, Pa.）により製造される乾燥ドライヤである。

熱可塑性材料は、プロセスフリューダイザとして主に機能する。大部分の種類の熱可塑性材料、例えば、多層膜、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロリド（PVC）、低密度ポリエチレン（LDPE）、コポリエチレンビニルアセタートのようなバージン熱可塑性樹脂、他の再生可能なポリマー材料のみならず他の産業からの廃プラスティックおがくずを含め、使用されることができる。熱可塑性材料は、開始材料の構成時に好ましい成分であるが、必要とされない。開始材料が、押出成形機の混合物を“可塑化する”ほど十分な量の架橋剤及び潤滑剤を含む限り、開始材料は、必ずしも熱可塑性材料の使用を必要としない。

セルロース繊維の熱可塑性材料に対する比は、それ故に、略４：１及び１：０の間である。好ましくは、セルロース繊維の熱可塑性材料に対する比は、１：１である。

架橋剤は、最終的な均質な材料へとセルロース繊維の幾つかのストランド間の結合を強化する役割を果たす。架橋剤は、セルロースモル鎖上のぶら下がったヒドロキシル基間を結合する。架橋剤は、比較的低い温度で強い結合を形成する特性を有するべきである。架橋剤の例は、イソシアネートのようなポリウレタン、フェノール樹脂、未飽和ポリエステル及びエポキシ樹脂及びそれらの組み合わせを含む。フェノール樹脂は、好ましくは低いヘキサン含有率を有する任意の１段階若しくは２段階の樹脂であってよい。開始材料は、セルロース繊維のストランド間の結合を強化するための架橋剤を含んでよいが、架橋剤は、熱可塑性材料及びセルロース材料が開始材料に含まれる限り、発明的なプロセスにより想到される最終製品を形成するために必要とされない。

樹脂処理の分野で知られている通常の市販の潤滑剤である潤滑剤は、加工助剤として振舞う。典型的な潤滑剤の例は、内部潤滑剤のステアリン酸亜鉛と外部潤滑剤のパラフィンタイプのワックスである。

付加されることができる他の材料は、押出の分野で知られており、促進剤、抑制剤、増強剤、融和剤及び発泡剤を含む。促進剤、抑制剤、増強剤及び融和剤は、架橋剤が働く速度を制御する剤である。促進剤は、架橋剤の反応速度を増加させるために付加される。促進剤の例は、Dalco.RTM.BDO（Air Products, Allentown, Pa.）及びDEH40.RTM.(Dow Chemical)のようなアミン触媒を含む。抑制剤は、架橋剤の反応速度を遅らせるために付加される。公知の抑制剤の例は、クエン酸のような有機酸である。増強剤は、成分間の反応性を増強させるために使用される。増強剤の例は、コバルト誘導体を含む。融和剤は、セルロース材料と熱可塑性樹脂の間のより効率的な結合を形成するために使用される。融和剤の例は、エチレン−無水マレイン酸コポリマーを含む。発泡剤は、密度を減少するために付加される。発泡剤の例は、CELONGEN.RTM.TSH（Uniroyal Chemical）である。

開始混合物を準備することができるたくさんの配合レシピが存在する。次の表は、4つの例を含む（材料のポンドで表現）。

好ましい配合は、次のとおりである。

木粉は、２％の水分含有率若しくはそれ未満まで乾燥される。ポリエチレン（HDPE）及びポリウレタンは、約５分、吸収されるまでリボンブレンダー内で混合される。残りの成分は、混合物に付加され、先行技術で知られる条件下で、約３分若しくは均一に混合されるまでブレンドされる。

[押出成形機]
図１及び図２を参照するに、本発明のシステム１０は、上述のようなセルロース複合材料押出物１６を押し出す押出成形機１４に取り付けられる押出スタンディング型及び成形型１３を含む。セルロース複合材料の押出に有用であることが見出されている任意の押出スタンディング型１２が使用されてもよい。Laverにより開示されるようなスタンディング型システムは、好ましい実施例で使用されることができる。スタンディング型１２を出発する押出物１６は、非常に高温であり、融解状態であるが、形成された形状である。図示の目的のため、形状は、無限長さのボードの標準の１インチ×６インチの形状に類する長方形であってよい。押出物１６は、スタンディング型１２を出発する際、ローラ２２を含むコンベアシステム２０に入り、一例のサイズ調整装置（図示せず）を含むサイズ調整及び冷却型２４まで運ばれる。サイズ調整装置の目的は、押出物１６を冷却すること、及び、その所望の形状に維持するのを補助することである。

[引抜装置]
引抜装置３０は、一般的に、一連のベルト３２を含み、一連のベルト３２は、押出物１６の端部を掴み、押出物１６の形状及びサイズが一定に維持されるように所定の条件の時間と速度でベルト３２を移動する手段によりサイズ調整及び冷却型２４を通して押出成形機１４から押出物１６の端部を機械的に引っ張ることにより、サイズ調整及び冷却型２４を通して押出物１６を引く。ベルト３２が移動する速度は、点線３６により表されるコマンド信号に応答して引抜装置駆動ユニット３４により維持され、当該信号は、引抜装置駆動ユニット３４自身により生成されてもよく、若しくは、リアルタイムプロセッサ４０から来てもよい。本発明の装置は、任意の特定のパラメータに制限されず、時間当たり７００ポンドより大きい引抜速度で動作するように設計されることができる。

[非接触測定装置]
システム１０が押出物１６の所望の形状を維持するのを補助するため、非接触測定装置５０は、コンベアシステム２０内に配置される。測定装置５０は、好ましくは、図２に示すように、少なくとも一対異常の光非接触変位トランスデューサ、図１及び図２に示すように、デジタルＩ／Ｏ装置、及び、リアルタイムプロセッサ４０を含む。

好ましい実施例では、非接触測定装置５０は、非接触トランスデューサ５２，５４の一対以上からなる。かかるトランスデューサの一例は、Micro-Epsilon (Raleigh, NC)により製造されるoptoNCDT1401モデルILD 1401-100コンパクト固体撮像素子（CCD）レーザー変位センサである。他の製造業者からの同様のトランスデューサは容易に入手可能である。デジタルＩ／Ｏ装置により起動されるとき、各非接触変位トランスデューサ５２，５４は、押出物１６の表面とトランスデューサ５２、５４の間の距離を測定する。この測定値は、点線４２で示すように、アナログＩ／Ｏ装置に伝達される電気信号に変換され、アナログＩ／Ｏ装置にて、デジタル信号に変換され、リアルタイムプロセッサ４０に通される。

対の非接触変位トランスデューサ５２，５４は、トランスデューサ５２，５４の搭載位置を変化させソフトウェアで位置のこの変化を補償することによって押出物１６の任意のサイズ及び形状に関してユーザ１０が使用されることを可能とする。トランスデューサ５２，５４は、破線５３，５５で示すように、光ビーム、好ましくはレーザービームを発射し、押出物１６の側面上に、図２に示すように、レーザーポイント５６，５７を提供する。

[リアルタイムプロセッサ]
コンピューター制御は、プロセス制御に多大な速度をもたらす一方、コンピュータープロセッサは、典型的には、クロック周期をチェックしたりキー入力若しくは他の対話を待機したりといった多数のタスクを有する。これらのタスクは、コンピューターがそれらに高い優先度を割り当てる場合にプロセス制御に干渉する。

本発明のプロセッサ４０は、マルチタスクを行わないリアルタイムプロセッサ４０の使用により押出物１６に固有の変動に応答することができる。このプロセッサ４０は、正確な間隔で制御サイクルを完了する。この制御サイクルに伴われるステップは、電源オン時にリアルタイムプロセッサにより実行される指令のセットにより確立される。

リアルタイムプロセッサ４０は、１つの反復性タスクに特化される。このタスクのタイミングを干渉しうるバックグランドタスクはない。タスクは、次のステップからなる。
１．リアルタイムプロセッサ４０は、常に利用可能であるコマンド列をタッチスクリーンプロセッサ６０に問い合わせる。
２．リアルタイムプロセッサ４０は、アクティブモード若しくはパッシブモードであるべきか、所望の相対的な寸法測定値、エラーが存在するときになされるべき反応、及び、操作者の選択した引抜装置速度を定める値をコマンド列から抽出する。
３．リアルタイムプロセッサ４０は、各非接触変位トランスデューサ５２，５４に現在の測定値を問い合わせる。
４．リアルタイムプロセッサ４０は、引抜装置駆動ユニット３４にコマンド信号を問い合わせる。
５．リアルタイムプロセッサ４０は、相対的な寸法測定値を得るために対の各トランスデューサ５０から得られる変位測定値を結合する。
６．リアルタイムプロセッサ４０は、パッシブモードであると判断した場合は、引抜装置駆動ユニット３４に操作者の選択した引抜装置速度を送り、ステップ９にスキップする。
７．リアルタイムプロセッサ４０は、実際の相対的な寸法測定値と、所望の相対的な寸法測定値とを、エラーと看做される差があるかを比較する。
８．リアルタイムプロセッサ４０は、エラーに操作者の特定した応答変数を適用し、結果を引抜装置駆動ユニット３４のコマンド信号に適用し、引抜装置駆動ユニット３４に引抜装置駆動コマンド信号を送る。
９．リアルタイムプロセッサ４０は、引抜装置速度及び相対寸法値を更新した後にタッチスクリーンプロセッサ６０にコマンド列を戻す。
１０．リアルタイムプロセッサ４０は、次のサイクルの開始時間が到来するまで待機し、その後ステップ１に戻る。

[タッチスクリーンディスプレイ]
タッチスクリーンディスプレイは、イーサネット（登録商標）、シリアルポート若しくはＵＳＢを介して他のプロセッサとの通信ができるプログラム可能なマイクロプロセッサを含む。タッチスクリーンディスプレイ６０に一体の第２のプロセッサの使用は、操作者の対話が、リアルタイムプロセッサの制御サイクル及び測定のタイミングに干渉することなく生ずることを可能とする。コマンドは、リアルタイムプロセッサ４０とこの第２のプロセッサの間で各制御サイクルの一部として通される。これは、また、制御サイクルを中断することなく押出物引抜装置３０の応答を操作者が調整することを可能とする。この速度及び柔軟性は、我々のプロセスで機能する制御装置において必要とされる。

タッチスクリーンディスプレイ６０は、第２のプロセッサにより制御され、シリアル通信ポート、ＵＳＢ若しくはイーサネット（登録商標）接続６２を介してリアルタイムプロセッサ４０と通信する。これは、リアルタイムプロセッサ４０を、操作者との対話のオーバーヘッドから解放し、従って、リアルタイムプロセッサ４０は、引抜装置３０を制御することに専念できる。この構成を使用することは単位秒あたり５の速度で調整をなすことを可能とする。

任意のコンピュータープロセッサで典型的であるように、タッチスクリーンディスプレイユニット６０は、電源オン時にオペレーションシステム及びセットアッププログラムを実装する。好ましい実施例では、セットアッププログラムが実行されるとき、所望の相対寸法測定値及び応答変数のデフォルトの値は、プログラム内に実装され、コマンド列内に挿入される。タッチスクリーンディスプレイユニット６０は、リアルタイムプロセッサ４０と同期される。デフォルト値は、次いで、ディスプレイユニットが問合せされたときに、リアルタイムプロセッサ４０に通される。

操作者は、リアルタイムプロセッサ４０の動作を邪魔することなく若しくは２つのプロセッサの同期を阻害することなくタッチスクリーンディスプレイ６０と対話することができる。コマンド列に含まれる事実上の任意の値は、読み出され、表示され、修正され、リアルタイムプロセッサ４０に戻されることができる。操作者は、アクティブモード若しくはパッシブモードを選択し、（パッシブモード）で引抜装置速度を修正し、応答変数を修正し、若しくは、所望の相対寸法測定値を修正することができる。値を変化するコマンドは、それが読み出されるまでそのままである。コマンドは、読み出されたときに実行されることになり、更新された値は、次の問合せで送信される準備ができた状態となる。これは、リアルタイムプロセッサのサイクルが邪魔されないことを想定している。

他の特徴は、ディスプレイユニットのプログラムに容易に付加されることができる。幾つかの値は、認証された操作者のみが変化させることができるように、パスワードで保護されてもよい。警報は、操作者が知らずにアクティブからパッシブ状態に変更しないように付加されてもよい。値は、グラフィックフォーマットで表示されてもよい。このプラットフォームに適合し若しくは開発された任意のディスプレイ属性は、付加されうる。

[ソフトウェア]
リアルタイムプロセッサにより実行される指令のセットは、タッチスクリーンディスプレイ内のプロセッサにより実行されるセットアッププログラムと共に、以下で説明するソフトウェアを構成する。

ソフトウェアは、タッチスクリーンプロセッサ４０からの適切なコマンドを通すことによってリアルタイムプロセッサ４０が３つのタスクの１つに割り当てられることができるように、設計される。各リアルタイムプロセッサ４０のタスクは、タッチスクリーン装置６０上に表示される特別なスクリーンに対応する。引抜装置速度制御が起動されるとき、リアルタイムプロセッサ４０及びタッチスクリーンプロセッサ６０の双方が立ち上がり、通信が２つのプロセッサ間で確立される。この時点で、タッチスクリーンディスプレイ６０上に表示されるスクリーンは、“設定”スクリーンである。このスクリーンの目的は、操作者が、Ｐゲイン、Ｉゲイン若しくはＤゲインを検査し変更することを可能とし、若しくは、単位分あたりのフィートで測定された引抜装置速度へと引抜装置に送られるコマンド電圧を変換するために使用される因子を変更することを可能とする。任意の変化は、リアルタイムプロセッサ４０に通される。リアルタイムプロセッサ４０は、“設定”状態であるとき、非接触トランスデューサへの供給される電力をオフする。引抜装置３０に送られるコマンド電圧は、リアルタイムプロセッサ４０が“設定”状態に入ったときのレベルに維持される。

“設定”スクリーンから、操作者は、“監視”スクリーンに引抜装置速度制御を進めることができる。引抜装置コマンド電圧及び整定値制御プロフィールサイズは、このスクリーン上で調整することができる。“監視”状態では、リアルタイムプロセッサ４０は、非接触トランスデューサを作動させ、リアルタイムグラフ上に整定値及び相対幅のトレースを表示する。引抜装置コマンド電圧は、操作者により調整されない限り、リアルタイムプロセッサ４０が“監視”状態に入ったときのレベルに維持される。

“監視”スクリーンから、操作者は、“制御”スクリーンに進むことができる。整定値制御プロフィールサイズの調整は、このスクリーン上でのみ許容される調整である。“制御”状態では、リアルタイムプロセッサ４０は、非接触トランスデューサへの電力を維持し、相対幅の変化に応じて引抜装置コマンド電圧を調整することによって引抜装置の制御を想定する。操作者は、“制御”スクリーンから“設定”スクリーンに進むことができる。

[動作]
動作時、整定値は、レーザーを稼働するコンピューターシステム内に入力される。一例として、図１を参照するに、整定値は、６．０１に設定されることができ、これは、押出成形機１６の幅の６．０１インチに等しい。図１及び図２を参照するに、レーザーポイント５６，５７が押出物１６の側面からそれる際、押出物１６の幅が校正され、これにより、引抜装置速度が一貫して変化される。例えば、引抜装置速度は、毎分約４．７５フィートと５．０５フィートの間で一貫して変化される。これらの設定値は、異なる条件に依存して変化されることができる。

各レーザーポイント５６，５７は、対面する押出物１６の表面までの距離を測定する。２つの測定値を結合することは、操作者により調整されることができる整定値と比較されるプロフィールの相対幅を与える。

引抜装置速度は、整定値と相対幅を比較するＰＩＤ機能により制御される０−１０Ｖの出力により調整される。幅が相対幅未満に落ちるとき、引抜装置速度制御装置３０は低速になる。幅が相対幅より大きいとき、引抜装置速度制御装置３０は高速になる。

[代替実施例]
本発明の代替実施例のために図３が参照される。図３を参照するに、非接触測定装置７０は、フレームキャプチャ能力を持つデジタル撮像装置７４に接続されたデジタルカメラ７２からなる。デジタルカメラは公知である。デジタル撮像装置の例は、National Instruments NI CVS-1454 Compact Vision System (National Instruments, Austin, TX)である。デジタルカメラ７２は、画像の小さいブロック（ピクセル）の色及び位置に関するデータの列として画像を記憶する。デジタル撮像装置７４は、このデータの列をライン７３を介して受信し、コントラストの相違を探すデータを処理する。押出物の領域から取られたピクセルデータは、コンベア２０の領域から取られたピクセルデータに比べて明るい及び暗い（コントラスト）の観点からの差を示すだろう。押出物１６の領域から取られた任意の列内のピクセルの数はカウントすることができる。デジタル画像は、使用されるデジタルカメラに特有のそれぞれ数でピクセルの行と列に分割されるので、任意の列内の押出物により示される画像領域の相対幅は、押出物１６の領域から取られたピクセルのカウント値から算出することができる。相対幅は、デジタル撮像装置７４からリアルタイムプロセッサ４０にライン７５を介して伝送されることができ、リアルタイムプロセッサ４０では、相対幅は、非接触変位トランスデューサから受信する信号から算出される相対寸法測定値と同様の態様で使用される。

理解されるべきことは、本発明は、ここで図示し説明した部品の特定の構成や構造に限定されず、次の請求項の範囲に至るような修正された形態を含むことである。

Claims (18)

1. 押出物の寸法を制御する引抜装置速度制御装置であって、
   前記押出物の寸法の変動を検出する非接触測定装置と、
   押出物引抜装置と、
   前記非接触測定装置及び前記押出物引抜装置と通信可能に接続され、前記押出物引抜装置の速度を調整することによって前記押出物の寸法の変動に応答するリアルタイムプロセッサと、
   第２プロセッサに動作的に接続された対話型タッチスクリーンディスプレイユニットであって、前記第２プロセッサが、前記リアルタイムプロセッサと同期して、前記押出物の寸法の変動に対するリアルタイムプロセッサの応答を阻害することなく、前記対話型タッチスクリーンディスプレイユニットを介した前記リアルタイムプロセッサとの操作者の対話を可能とする、対話型タッチスクリーンディスプレイユニットとを含み、
   前記リアルタイムプロセッサは、前記非接触測定装置から測定信号を受信し、前記押出物引抜装置に指令信号を送信し、前記測定信号の受信と前記指令信号の送信との間の合間に、前記対話型タッチスクリーンディスプレイユニットまたは前記第２プロセッサと通信することがない、引抜装置速度制御装置。
2. 前記非接触測定装置は、少なくとも１対の光学式非接触型変位トランスデューサを含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記非接触測定装置は、フレームキャプチャ能力を持つデジタル撮像装置に接続されるデジタルカメラを含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記押出物は、低融解強度セルロース複合材料押出物である、請求項１に記載の装置。
5. 前記押出物は、発泡成形低融解強度セルロース複合材料押出物である、請求項１に記載の装置。
6. 押出物の寸法を制御するシステムであって、
   前記押出物を押し出す押出成形機と、
   コンベアシステムと、
   前記コンベアシステムに沿って前記押出物を引き抜く引抜装置と、
   引抜装置速度制御装置であって、
   前記押出物の寸法の変動を検出する非接触測定装置と、
   前記非接触測定装置及び前記押出物引抜装置と通信可能に接続され、前記押出物引抜装置の速度を調整することによって前記押出物の寸法の変動に応答するリアルタイムプロセッサと、
   第２プロセッサに動作的に接続された対話型タッチスクリーンディスプレイユニットであって、前記第２プロセッサが、前記リアルタイムプロセッサと同期して、前記押出物の寸法の変動に対するリアルタイムプロセッサの応答を阻害することなく、前記対話型タッチスクリーンディスプレイユニットを介した前記リアルタイムプロセッサとの操作者の対話を可能とする、対話型タッチスクリーンディスプレイユニットと、を含む、引抜装置速度制御装置と、を含み、
   前記リアルタイムプロセッサは、前記非接触測定装置から測定信号を受信し、前記押出物引抜装置に指令信号を送信し、前記測定信号の受信と前記指令信号の送信との間の合間に、前記対話型タッチスクリーンディスプレイユニットまたは前記第２プロセッサと通信することがない、システム。
7. 前記非接触測定装置は、フレームキャプチャ能力を持つデジタル撮像装置に接続されるデジタルカメラからなる、請求項６に記載のシステム。
8. 前記押出物は、低融解強度セルロース複合材料押出物である、請求項６に記載のシステム。
9. 前記押出物は、発泡成形低融解強度セルロース複合材料押出物である、請求項６に記載のシステム。
10. 請求項６記載のシステムを用いてランバーとして使用される押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料から押出物を形成する方法であって、
    （ａ）前記押出物を押し出す工程と、
    （ｂ）測定される速度で前記押出成形機から前記押出物を機械的に引き抜く前記引抜装置に前記押出物を結合する工程であって、前記押出成形機からの前記押出物の引抜速度は、前記引抜装置速度制御装置により生成された指令信号により維持される、工程と、
    （ｃ）前記押出物の所望の寸法に応じて整定値を前記引抜装置速度制御装置内に入力する工程と、
    （ｄ）前記引抜装置により前記押出成形機から前記押出物を引き抜く工程と、
    （ｅ）前記整定値に整合させるために前記引抜装置の速度を調整する工程とを含む、方法。
11. 前記非接触測定装置は、少なくとも１対の非接触型変位トランスデューサを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記非接触型変位トランスデューサは、前記押出物の寸法を測定するためのレーザーを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料は、低融解強度押出合成セルロース／プラスティックウッド複合材料である、請求項１０に記載の方法。
14. 前記少なくとも１対の光学式非接触型変位トランスデューサは、前記押出物が前記押出成形機から押し出される際に前記押出物の両側面にそれぞれ投射される複数のレーザーを含み、前記レーザーは、前記リアルタイムプロセッサに接続される受信素子へと前記押出物の両側面から反射角を以って反射し、前記反射角は、前記受信素子と前記押出物の側面の間の距離を指示する、請求項２に記載の装置。
15. 前記非接触測定装置は、１対以上の光学式非接触型変位トランスデューサを含む、請求項６に記載のシステム。
16. 定寸装置を含む、請求項６に記載のシステム。
17. 前記非接触測定装置は、前記押出成形機と前記定寸装置との間に配置される、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記リアルタイムプロセッサは、サイズの変化の大きさ、サイズの変化の継続時間、及び、サイズの変化の傾向からなる集合から選択される１つ以上のパラメータを決定し、予測的な補正が、前記パラメータに基づいて引抜速度に適用される、請求項６に記載のシステム。
    

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