JPH01502235A - ドウ状材料を機械加工する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ドウ状材料を機械ｖｒＪ工する装置及び方法発明の背景 本発明はドウ製造の分野に関するものであり、より具体的には連巳的なドウシー トを機械加工して一定量ノヒスケット又はクラッカを焼成オープンに提供するこ とに関するものである。

ドウ加工プロセスの主要な目的は全体のプロセスの引続く段階を形成している焼 成オープンへの出方片の重量をコントロールすることである。

そのようなプロセスをコントロールする際の根本的困難さは引続くプロセス段階 が互いに依存しているということにある。典型的な例を挙げればドウ加工プロセ スが幾つかの寸法減少、積層及び切設段階を含んでいる時には、同７″ｅＩセス 内の任意の点における処理変数をｖ４ｇするとシステム内の地の場所における変 数が変化し、更ＫｉＥ１節を必要とするということが発生する。

従来技術は主として熟線作業者がそのようなプロセスを「勧」でコントロールす ることに頓っていたので、プロセスの出口における片重ｔＫは著しいばらつきが 生じた。

従来技術においては緒プロセス段階の相互依存の故にプロセスの自動化という点 が遅れていたが、以下にを計算し、同マスク流量を前記質量流量検出装置の出力 と比較し、前記押出しホッパの出力を調節するための装置とを含んでいることを 特徴とする機器。

６、請求の範囲第４項に記載の機器において、前記引張り力検出装置はデージロ ーラ及び同デージローラの直上流に位置するローラ対間の一地点においてｒウシ ート内のループの頂点の位置を検出するためのループ位置検出装置と、前記デー ジローラの入口にシけるドウの堆積を検出するための入口位置検出装置と、前記 ループ位置内の変化にもとづいてデージローラの速度を変更するための装置とを 含んでいることを特徴とする機器。

議論するようにプロセスの個別の部分をコントロールするという努力はなされて きた。

しかしながら、現在の所ドウ加エプロセス全体にわたった統合コントクールシス テムを構築する事は当業界ニオいて成功していない。このニーズが本発明によっ て充足されている。

１旦旦且亙 本発明の一つの目的はドウ加工のためのプロセスであって、出力を所望の精度に より一定に保持出来るプロセスを提供することである。

本発明の別の目的はプロセスの全ての段階のコントクールを自動的に統合するド ウ加工プロセスを提供することである。

本発明の更に別の目的は異なるローラ形状のもとでドウの流れ領域が異なること を考慮に入れたコントロールシステムを内蔵したドウ加ニジステムを提供するこ とである。

これらの及び他の目的は本発明において、相対する動力ローラ対内においてドウ な加工するプロセスであって、ドウが入力ドウシートとして一定の質量流量でロ ーラに送給されるプロセスによって達成されている。

ローラの速度はシステムコントローラによって計算されており、同コントローラ はセンナと導通して入力ドウシート内に発生している引張り力を検出し、同引張 °り力に対応してローラ速度を変化させている。前記入力ドウシートは前記ロー ラ間に通されて出力ドウシートが製造される。センサを介して前記システムコン トローラはローラ速度、引張り力及び出力ドウシート厚味をモニタし、得られた 情報にもとづき同コントクーラは新しいローラ速度を計算する。

システムコントローラは適当にプログラムされたデジタルコンｔユータであるの が好ましく、前記システムセンサは種々のローラ機器の速度及び選択された位置 におけるドウシートの位置を正確に検出出来るのが好ましい。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明の詳細な考察をする前に本発明の基礎となっているドウに対する基礎的発 見事項を理解することか重要である。以下に理解されるように、従来技術の装置 でｒつ別エプロセスをコントロール出来なかったのは従来技術が当該プロセスの 機構を理解出来なかったからである。

従来技術はロー２形状を変えるとドウの流れ領域が顕著に異なり、異なる挙動特 性が生ずるということを考慮していなかった。条件をかえるとドウはドッグ流、 プラグ流又は圧力流を経験する。

第１（ａ）図から第１（ｆ）図は２つのローラ２及び３闇を通過するドウシート １を図式的に表わしている。ドウ処理において典型的な如く、上ｆＲＱ−ラ２は 下ｗＪＯ−２３よりもわずかに高い回転速度で動力駆動されている。この場合の 比率は一般的に約１．２４　／　１．００である。第１（ａ）図に示す形状にお いては、ドウシートはローライヤツノとほぼ同一の厚味を有しており、シートの 最小の減厚が行なわれている。この例ＩＣｂいてはシートの伝達はローラ表面と ドウの間のドラグカによって実現されてかっ、シートは矢印Ａで示される速度輪 郭を示している。なお外１１１表面はローう速度で進行しており、中央部分はよ り低い速度で進行している。ローラ速度とドウ速度の間の関係を以下「相対速度 」と呼ぶが、同関係が第１（ｂ）図に示されている。前述の議論を続けると、こ の相対速度のプロファイルは負である。この領域のモーメント伝達はドウの粘度 によって支配される。

中程度の板厚減少がローラによって行なわれる場合には、ドウは第１（Ｃ）図及 び第１　（Ｉｌｌ）図に示すような流れ特性を示す。この場合には、シートの各 表面における速度はそれぞれのローうの速度と適合しているが、ドウは十分に圧 縮されているので実際の流速プロファイルＣ第１（Ｃ）図）は真直線であり、相 対的速度（第１ｃｄ）図）は平坦である。かくして、ドウはプラグ流を示す。

丁なわちドウはローラによって課される応力のもとでは降伏しない。

しかしながら、顕著なシート減厚が発生するプロセス段階においては、ドウは降 伏し、第１（ｅ）図の相対的流ｎダイヤグラムに見られるように、圧力流が発生 する。圧力流においてはドウ速度はドッグ流の場合と全く反対の挙動を示す。こ の場合にはローラによって課された応力はドウの降伏強度を超えるので、ドウの 中央部分は両表面よりも高い速度で進行する。速度比が１．２４対１．００であ るローラによって処理されるドウはローラニップ部から１．７の平均相対速度で 出てくることが出来る。明らかにドウの粘度がドウの出口速度を決定する際に重 要な役割を果している。その点は第１（ｅ）図及びａＥ　１　（ｆ）図を比較す ることによって理解される。これらの図においては唯一の変動因子はドウ粘度で ある。第１（ｅ）図の結果は比較的低い粘度のドウに関するものであり、前述し たように、ドウの平均相対速度は１．７である。これに対して、第１（９図は前 の図のドウのように容易には降伏しない比較的に高粘度のドウの場合を示してお り、従ってドウがローラーツノ部を去る際の相対速度は約１．４と低い。

これらの発見はドウプロセスコントロールシステムの設計に対して重要な示唆を 与えるものである。例えば、第１（ｅ）図及び第１（つ図に児られる結果の唯一 の差異はｒつの密度である。自業界において用いられているコントロールシステ ムはこの種の変化に対応する手段装置を備えていないが、そのような変動はドウ 製造中宮に発生し得るものである。これらの図かられかるように、第１（θ）図 のローラは第１（つ図とは異なる質量流量を備えたドウシートを製造しており、 従って２つのシステムの製品も対応して異なる筈である。

更には、前述の原則は従来技術によっては所望のレベルの確度でドウプロセスを コントロール出来なかつたことを説明するものである。例えば、米国特許第４， ３９８，８７７号においては一対のローうの動力消費量をドウ加工プロセス内に おけるコントロールインジケータとして採用することが提案されている。同特許 の教示する所によれば、動力Ｃ［接的にはローラを駆動するモータへの動力の消 費量であり、関節的にはトルク）がモニタされ、ローラ速度はそれに応じて調節 され、一定質量のドウシートが製造される。この教示事項はもちろん動力と質量 流量の間には線形的関係があり、例えば動力消費量が低下するという事は処理さ れるドウの量が減少したということを確実に意味し、従ってコントロール回路に よって不足分を補償するべく選択した量だけローラ速度を増大させ得るというこ とを仮定している。

しかしながら、不幸にしてそのような線形関係は実際には存在しない。何故なら ばローうの動力消費量は単にドウの量に依存するだけでなく、！ｉｃ圧力流範囲 においてはドウの粘度に依存するからである。この事実は第２図に示す結果に反 映されている。第２図は動力消費量に基づいたドウプロセスコントロールシステ ムのテストの結果を示している。アステリスク印は個個のテスト測定結果を示し ており、片重量はガえばクラッカの製造に有用な範囲をカバーしてグラムでＸ軸 上に示されており、動力はキロワットでｙ軸上に示されている。傾向線Ｃを引く ことが出来るが、個々の操業値は予測値から５〜１０％変動している。この程度 変動があると有効なプロセスコントロールを実施することが出来ない。

本発明のもとになっている今一つの顕著な発見はカッタの直上流地点におけるド ウシートの厚味は片重量と密接な相関を有しているということである。第３図は オンラインにおいてレーデ位置センサで測定したシート板厚と片重量の関係を示 したものである。データ群は４％以内の精度を与える傾向線のまわりに密共して おり、これは前述の動力消費量システムにおいて得られる予想性にくらべてかな り改善されている。板厚をコントロール変数として採用するということは使い易 く、有効なシステムへ向けての道を示している。

前述の原則を心に止めたならば、第４図に示した統合コントロールシステムをよ り良好に理解し、その価値を認めることが出来よう。図示の機器は典型的なドウ ＤΩエプロセス用のものであるが、本発明は種々のプロセスに適用可能であると いうことに留意されたい。

これらのプロセスの幾つかは異なる機器を採用したつ、機器を異なる態様で配設 することが可能である。

８４図に示すドウプロセスにおいては、ドウはホッパ１０からフィードローラ１ ２によってクロスコンベア２１上へとシート状に押出される。ドウシートの最初 の寸法出しは大きな？−２２４によって行なわれ、その後シートはラミネータ装 置３０内へと送給される。

送りを容易にするために、ドウシートは一般的にラミネータ内に岳亘に落下させ られる。ラミネータの腕は当業界周知のようにラミネータ上流端部のまわりで枢 動することによりシートを層状化させる。プロセスのこの地点において所望だけ の多くの引続く予備寸法出し及びラミネート化段階を含ませることが出来る。そ のようなラミネート化に引続いて、シートは傾斜したコンベア３２を補助ロール ４１へと上向きに進行して行き、そこで付加的寸法出し及び幾分の板厚減少が行 なわれる。次にシートは第二の傾斜したコンベア上を’ｒ”　−９ｏ−ル４４へ と移動し、ここでシートはその最終板厚へと減厚される。更にシートはカッタ６ ０へと進みここでシートは焼成する準備のととのった最終製品へと切断される。

これ迄は業界の慣用手法はプロセスの個別部分をセミオートマチック装置でコン トロールするものであったが、プロセス全体はオートマチックコントロールにな じむものとは考えられていなかった。マニュアル又はセミオートマチックコント ロールシステムにおける機械速度の変更は「勘」及び経験にもとすきオペレータ によって行なわれるのが一般的であった。一点を変更すると他の地点も更１ｃ変 更する必要が発生するので、オペレータは通常機械からおいてきぼりを（わされ ており、プロセスのどこか他の部分における最新の変化によって誘起される状況 に常に対応していなければならないと感じている。

本発明において、前記プロセスコントロールシステムは統合されており、各段階 は中央コントローラであるコンピュータ１４によってモニタされ、規制されてい る。この場合前記コンピュータは一般的なものであり、本発明のような一般的シ ステムは広範囲のハードウェアシステムにもとづいて装備出来ることは当業者の 理解する所であろう。前記コンピュータはキーボードのようなマニュアルデータ 打込み装置２２と、ビデオスクリーン１７及びプリンタ１６のような出力装置と を含んでいる。

本発明の顕著な利点はシステムの全ての部分を「フィードフォワード」コントロ ールする装置が組み込まれているということである。従来技術によって提案され た最も進歩したシステムはいわゆる「信号カスケード」コントロール装置を含ん でいる。同装置にお−・ては種々のローラ関に固定された速匿比を設けることに よって、システムの一部分におけるコントロールループが別のループと関連させ られている。しかしながら、これらの比率はローライヤツブ及び流量にれはドウ 密度によって変動する〕にもとづいて動的にセットされるべきものであろう。従 来技術が到達したコントロール手法においては、システムは常に正しいコーラ速 度をめているが、通常はプロセスの幾つかの地点において不正確となる。それに 対して、本発明の方法は流量を維持するためのコーラ速度比を計算し、ドウ密度 内の検出された変動に対応して個々のローラ速度を微修正している。微修正が常 に必要とされるということは計算及び必要速度間に一時的というよりは根本的ミ スマツチがあるということを示しており、従って正しい流量を維持するためには 同比率を再計算する必要がある。かくして変更は迅速かつスムーズに取入れられ 、全プロセスが直ちに影響を受ける。このようにしてのみ、システム全体の平衡 を取り当該状態に保持することが可能である。

コンピュータを使用することにより、コントロールはＣユーザの視点からは〕同 時に幾つかのレベルで進行させることが出来る。かくしてシステムは全質量流量 コントクール、ホッパコントロール及び補助的デージロールコントロールを含ん だ幾つかの相互に関連する仕事を組合せた単一体として考えることが出来る。

全流量コントロールは第５図の流れ線図に従って視覚化することが出来る。前述 したように全流量コントロール副システムはターグットの質量流量を確立し、そ の流量が保持されているかどうかを決定するべく笑際の出力なそニタする。この ダイヤグラムに示された入力はユーザによって提供されるか又はシステムそれ自 体によって集められる。ユーザからの提供データは公称のカッタ速度、セットポ イント重量及びタービット重量を含んでいる。そのようなパラメータはマシンオ ペレータによって手動的に入力するかより好ましくはコンピュータプログラムに よって入力されることが可能である。前記システムはカッタ６０（８４図）内に 沿けたセンサによって実際のカンタ速度をモニタしている。

観察重量は２つの態様のいずれかによって得られる。

第一には厚味と片重量の間の関係を採用して連続的読み取り値を得ることが可能 である。丁なわち信号を厚味センサ５５から取り、これを処理して片当りの重量 を得ることが出来る。セットした時間間隔において、当業界周知のサンプリング プラン方法に従って最終製品を重量計測することで、実際の片重量を得ることが 出来る。なおデータはマニュアル的に出力するか又ははかりがその情報をコンピ ュータに知らせるようにすることが出来る。これらのデータを使用し、コンピュ ータはマスク流量、すなわちシステムが操業丁べき質量流量を計算する。この流 量はコンピュータによってローラの各々に対する公称の回転速度へと変換され、 その情報がそれぞれのロールに連結されたモータコントクーラに供給される。以 下に説明するように、各ロール速度は一時的なドウ流れ特性に反応して更に微修 正される。

第二のサブシステムはプロセスに供給されるＶつの質量流量が一定になることを 保証する。ホッパ送りロールを一定の速度で作動させるだけでは加工ラインに一 定な質量流を与えるのには十分でないということが判明している。送りロールへ の背圧量のような変数や他の変数が組合わさり、送りロールを従来法でコントロ ールしていても、ドウ流れにおける顕著な変動が生ずる。従って、本発明のシス テムはホッパから押出されるｒつの実際量をモニタすることによって一定の質量 流を保証しようとするものである。第６図の流れ線図に見られるように、システ ムは重量ベル）１３（ｇ４図〕から２つの入力値すなわちベルト速度及び流量（ ブロック１０２で示すように、重量ベルトによって発生される重量信号から派生 したもの）の２つの入力値を受取る。シフトレジスタ１０４はデータをレジスタ に負荷し、各サンプリング間隔時間当りレジスタを１位置し、ダウがベルトの長 さを移動するに要する時間に相当する十分な時間が通過した時に当該データを出 力してやることにより、ベルトデッド時間に対する時間補償をしてやることが可 能となる。

これらの計算に基づいて２つの調節作業が行なわれる。第一に、マスタ流量と実 際の流量間に何らかのずれがブロック１１２で計算されると、重量ベルト及びク ロスコンベアの速度が変化し、大ロールへの一定流量が維持されるＣブロック１ １４）。同様にして、ブロック１０６で示される、目標荷重と実際荷重との閣の 差異は流量調節信号と組合わされてＣブロック１０８）送りロール速度が変更さ れるＣブロック１１６）。常にモニタリング及びフィードバックコントロールを 行なうことにより、流量はプロセスの入力端部において密接なコントロール状態 に維持される。これらの測定値がマスタ流量を介してアイーｒバンクされたデー タと組合わされると、常に質量流入力値が質量流出力値と等しくなり、プロセス を通じて等流量を維持することが可能となる。

前記ｒつ入力副システムは一般的に大ロールＣ第４図〕への流量が一定になるこ とを保証する。しかしながら、ドウ密度の変化によって誘起される変動を許容す るために大ロール直上流に位置する位置センサ２７を設けてドウシート位置の変 化を検出することが出来よう。この情報は大ロールの速度を微修正してそのよう な変化に対する補償とすることを可能ならしめる。

このセンサは以後に議論する他の位置センサと同様にして、好ましくは光学繊維 集光ユニットを採用した反射式センサのような業界で得ることの出来る種々の装 置から選択することが出来る。

ドウに伝達される加工エネルギの約９０％はｒ−クロール４４によって伝達され ていることがわかっており、従って多くの注意がこれらのロール及びこれらに送 給する補助ロール４１に多くの注意が払われてｔ・る。

前述した流れ特性に話を戻すと、前記補助クールにおける流れはプラグ又はＶラ グ流れであり、一方デーゾロールは圧力流れを示している。従って、ドウの密度 はｒ−クロールに主として影響を及ぼすので、それらの間に平坦な流れを維持す るように工夫された手段装置を設けなければならない。

前述しり「フィードフォワード」速度コントロール方法によって行なわれるコン トロールとは別に、本発明は前記デージロール／補助ロール速度比率をこれらロ ール間のドウシートに存在する張力をモニタすることによってコントロールして いる。第４図を見ればわかるように、ドウシートは補助ロールかう弧、ｈ−−ｒ をなしてコンベア４２へと離れて行く。明らかなことであるが、もしも前記デー ジロール中の流量がｒつ粘区の増大のために低下した場合には、ｒつがデージロ ールの入口側に「堆積」シ、ドウシート内の張力も減少し、ループはたるむ。逆 にもしもｒ−クロール中の流量が増大したならば、ドウシートの張力が増大し、 ループが緊定する。ループの頂点の位置を検出するためにループ位置センサ３９ が配置されており、デージロール速度はそれからの信号に基づいて微修正される 。

最高の精度を得るために、前記ループセンサが補助及びデージクール入口位置セ ンサ３５及び４５と関連して採用されており、それぞれのセンサはこれらのロー ゛ルの上流ｇＩｌｌＬｃおけるドウの「堆積」を検出するように配置されている 。コンぎユータはこれらのセンサからの信号を分析し、例えばループ位置の変化 がデージロールにおける変化はともかく補助クールにおける流れ状態の変化によ っては誘起されないことを保証することが出来る。

第７図にはロール速度の補償法が示されている。実際の流量はブロック１２０に おいてギャップ面積と公称速度の積として決定される。前記イヤツノの調節は本 発明の自動化されたコントロールシステムには何の役割も果していないことに注 目されたい。むしろ、ギャップ寸法は純粋にオペレータによる製品関連の目的の 調節に使用される。実際のギャップは公称ギャップをブロック１１８において検 出した値と比較してやることによって得られる。実際の流量は助記マスタ流量と 比較されＣデクツク１２２）、調節信号は更にデクツク１２４内のループ位置セ ンサから派生した微少修正された値によって操作される。前記ギャップ面積はブ ロック１２６において分解され、調節されたロール速度はデージロールに通され る。

本発明の成功は第８図を見れば明らかである。纂８図は本発明の方法によって予 測される予測ドウ出力をｙ軸に、実際に観察された出力をｙ軸に７０ｏツトして おり、両方の単位はデフ２フ分である。第８図かられかるように、データは傾向 線のまわりにきれいに集まッテオリ、高度に正確なコントロールモデルでアルコ とを示している。この結果は第２図に示した動力消費量コントロール方法を用い て得られた広範囲にばらつく結果と対比されるべきである。はっきり言えば、本 発明はドウ流れコントロールの仕事を達成している。

当業者ならば、ここに議論した実施例の種々の変更例及び修整例を本発明の精神 から離脱することな〈実施可能なることを理解するであろう。例えば、ロールの 数及び配列は製造される製品に大きく依存し、ラミネート化段階は完全に排除出 来よう。これら及び他の変更は付記した請求の範囲によってのみ規定される本発 明の範囲内で行なうことが可能である。

ＦＩＧ、（（０） ＦＩＧ、　４（ｂ） ＦＩＧ、（（ｃ） ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ 今ジ勢１ｆ匝灯喰屹豫１モ　ゴ〉トΩ−（しＰＬＯＴ　ＯＦ　ＰｔＪ誉Ｌａ−３ ＋ＣＮＩ　ＬＥＧＥＮＤ：Ａ富１０ＢＳ、Ｂ工２０ＥＳ１１７．５　＋２２．５ 　１２７．５　１３２．５　１３７．５　１４２．５　１４７ＦＩＧ、８ 図面の簡単な説明 第１（ａ）図から第１（ｆ）図はドウ加工プロセスを図式的に表示した図であり 、流速線図は種々のドウ流れのそ一ドを示している。

第２図は一対の相対するクーラの粉体要求量にもとづいたコントロールシステム のテスト結果を示すチャート図、 第３図は片板厚と片重量の相関関係を示すチャート図。

第４図は本発明に係る全質量流量コントロールを示す図式的ダイヤグラム図、 第５図は本発明に係る全質量コントロールを示すコ第６図は本発明に係る質量流 量コントクールを示すコントロールダイヤグラム図、 第７図は本発明に係るローラ速度を示すコントロールダイヤグラム図、 第８図は本発明に係るドウ加工プロセスのテスト結果を示すチャート図である。

手続補正書。自− 昭和６３年　９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．相対する動力駆動ロール対においてドウを機械加工するためのプロセスであ つて、 ドウを入力ドウシートとして一定の質量流量を以つて前記ローうに送給する段階 と、 当該ローラをシステムコントローうによつて計算されるローラ速度で回転させる 段階と、 前記入力ドウシート内に存在する引張り力を検出し、当該引張り力に反応して前 記ローラ速度を変化させる段階と、 前記入力ドウシートを前記ローラ間に通過させて出力ドウシートを製造する段階 と、 前記ローラ速度、前記引張り力及び前記出力ドウシート厚味に関する情報をモニ タリングし、前記システムコントローラに提供する段階と、 前記提供された情報に基づいて新しいローラ速度を計算する段階とを有するプロ セス。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のプロセスにおいて、前記検出段階は前記ローうの 上流側地点において前記入力ドウシート内のループの位置を決定し、同検出され た位置を前記シートの以前の位置と比較して前記ループ位置内の変化に対する値 を得る段階を含んでいることを特徴とするプロセス。
3. ３．請求の範囲第１項に記載のプロセスにおいて、前記システムコントローラは デイジタルコンピユータであることを特徴とするプロセス。
4. ４．ドゥ加工プロセスであつて、ドウのシートを押出すための送りローラを備え たホツパと、当該ドウシートを寸法出しするための複数対の動力駆動ローラにし て１つの対は最終寸法出し段階のためのゲージローうである動力駆動ローうと、 前記ドウシートを焼成のための製品へと分割するための切断装置とを含んでいる プロセスにおける、前記ドウ加工プロセスをコントロールするための機器におい て、 前記プロセス中に一定の質量流量を維持するための装置と、 前記ゲージローうと直前のローラ対との間の位置におけるドウシート内に存在す る引張り力の変化を検出するための手段装置と、 前記流量維持装置及び前記検出装置と導通し、同装置からのステータス信号を受 信し、同装置の作動パラメータにおいて必要とされる変更を計算し、当該変更を 実施するためのシステムコントローラ装置とを有することを特徴とする機器。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の機器において、前記流量維持装置は押出されたド ウシートの質量流量を検出するための装置と、前記切断装置の直前位置において ドウシートの厚味を検出するための装置と、前記厚味検出装置の出力を所定の流 量と比まし、マスタ流量