선택 조합식 자동 계량

[원텍지기]

선택 조합식 자동 계량

(2) 주요부의 구성

조합 계량은 용도에 따라서 여러 구성이 있지만, (그림1-2-1)에 나타낸 것은 원형배열형의 경우로 분산부,계량부, 배출부, 제어부, 연산부, 조작부 및 본체 (구조체) 등으로 이루어집니다.

분산부, 계량부, 배출부의 구성 요소와 주요한 일에 관해서 기술합니다.

① 분산부

분산부는 중앙에 배치된 원형의 분산 피더, 그 주위에 배치된 복수의 방사 피더와 방사 피더의 하부에 배치된 풀

호퍼로 이루어져 있습니다. 분산 피더는 그 위에 피계량물을 축적, 피계량물을 방사 피더에 분산, 이송하는 일을

합니다. 풀 호퍼는 소분된 피계량물을 일시적으로 유지, 동작 타이밍에 응해서 다음의 계량부에 투입하는 일을

합니다.

② 계량부

계량부는 질량 센서를 장착한 복수개의 계량 호퍼로 이루어지고, 여기에서 각 계량 호퍼에 소분된 피계량물이

계량됩니다. 질량 센서에는 일반적으로 전기저항선식 로드셀이 채용되고 있습니다.

③ 배출부

배출부는 복수의 계량 호퍼에서 배출된 피계량물을 배출 슈트에서 모여, 포장기계에 넘겨줍니다.

(3) 동작

조합 계량은 이하의 동작을 반복합니다.

① 피계량물의 공급

(그림1-2-1)에서 피계량물을 공급장치에 의해 분산부 중앙(분산 피더 위)으로 공급합니다. 공급장치로 부터의

공급량 제어는 분산부에 장착된 광학적 레벨센서 또는 분산 피더에 장착된 질량 센서 등에서의 신호에 기인해서

분산 피더 위의 피계량물의 용적 또는 질량에 응해서 공급장치를 ON.OFF 제어하는 것에 의해 이루어집니다.

② 방사 피더, 폴 호퍼로의 이송

분산 피더에 공급된 피계량물을 방사 피더로 이송, 그리고 그 아래쪽에 위치하는 풀 호퍼가 비어 있으면, 거기로

피포장물을 투입합니다.

③ 계량 호퍼로의 투입

풀 호퍼의 아래쪽에 위치한 계량 호퍼가 비어 있으면, 거기로 피계량물을 투입합니다.

④ 질량 데이터의 기억

계량 호퍼에 접속돼 있는 질량 센서를 이용해 피계량물의 질량 데이터를 기억합니다.

⑤ 조합의 결정

질량 데이터가 연산부에 보내지고, 거개에서 최적 조합이 결정됩니다.

⑥ 배출

최적 조합에 참가된 계량 호퍼에 대해서만 배출 신호가 나오면 배출 신호를 받은 계량 호퍼의 게이트가 열리고,

피계량물을 배출합니다.

(4) 분산

(표1-2-1)에 조합 계량의 분류를 나타냈습니다.

<표 1-2-1> 선택 조합식 자동 계량의 동작

분류항목	방 식
자동화 레벨	· 자동 · 반자동 · 수동
배 열	· 원형배열 · 직선배열
구조.조합방식	리얼 데이터 조합 방식 · 다이나믹 방식 · 페어 방식
	버츄얼 데이터 조합 방식 · 메모리 방식 (부스터 방식) 싱글 메모리, 더블 메모리, 풀 메모리 · 멀터 홀드 방식
계량 사이클	동기식 · 싱글시프트 · 더블 시프트 · n차 시프트
	비동기식

가. 자동화 레벨에 의한 분류

조합 계량을 자동, 반자동, 수동으로 나눕니다.

① 자동

피계량물의 공급이나 충전기, 포장기계 등으로 건네는데 사람이 직접 개입하지 않는 타입입니다.

② 반자동

분산부의 전단만 수동으로 하는 타입입니다. 즉, 풀 호퍼로의 소분 공급을 수동으로 합니다. 예를 들면 자른 마른

오징어 같은 분산성이 나쁜 피계량물이나 브로일러 등 부피가 큰 피계량물 등에 적용됩니다.

③ 수동

비자동 계량을 복수 대 늘어놓고, 손 올림, 손 내림으로 계량 조작을 하는 타입으로 조합 계산과 선택 결과의 표시만

기계가 처리합니다. 낭비는 개선되지만 인력절감으로는 연결되지 않기 때문에 거의 사용되지 않습니다.

나. 배열에 의한 분류​

조합 계량물 분산부 및 그것에 연결되는 계량부의 배치에 따라서 직선배열과 원형배열로 나뉩니다.

① 원형배열

원형배열은 조합 계량의 기본형이라 할 수 있는 것으로 많은 피계량물에 폭 넓게 사용됩니다. (사진1-2-1)

② 직선배열

직선배열은 방사 피더의 트러프 길이를 길게 하거나, 배출 슈트의 활락각을 작게 하거나 자유롭게 설계할 수 있으며, 콤팩트한 구형의 외형으로 너무 넓은 설계 장소는 필요 없지만, 계량 호퍼를 늘어놓은 토털 설치 폭이 넓게

되면, 분산이나 배출물의 집합이 손쉽게 되는 경우가 있습니다. (사진1-2-2)

용도는 미니토마토 등 상처가 나기 쉬운 피계량물에 적용됩니다.

c. 구조나 조합 방식에 의한 분류

조합 계량을 리얼 데이터 조합 방식과 버츄얼 데이터 조합 방식으로 나뉩니다.

① 리얼 데이터 조합 방식

조합 계산에 참가하는 피계량물을 질량 센서에서 재계량 가능한 상태로 하면서 조합 계산을 행합니다.

이 방식의 특징은 버츄얼 데이터 조합 방식에 비해 기계 높이를 낮게 할 수 있고, 계량기 내부에서의 피계량물

이송방식이 짧습니다. 이 때문에 나누기 쉬운 쌀과자나 부착하기 쉬운 절임류나 생육 등에 많이 사용됩니다.

이 방식은 다이나믹 방식과 페어방식으로 분류됩니다. 다이나믹 방식(그림1-2-4)은 가장 기본적인 타입이고,

페어 방식(그림1-2-5)은 1개의 풀 호퍼에 대해 2개의 계량 호퍼를 가지는 타입입니다.

조합 계산에 참가한 피계량물 중, 통상은 반수가 배출됩니다. 전회 선택돼 비게 된 계량 호퍼에 대해서만 풀

호퍼에서 피계량물이 공급되는 것을 생각하면, 평균적으로는 1개의 계량호퍼에 대해 풀 호퍼는 2회에 1회의

비율밖에 움직이고 있지 않습니다. 여기에서 방사 트러프 및 풀호퍼의 수는 계량 호퍼 수의 1/2이 좋다는

생각에 기초해 설계된 것이 페어 방식입니다.

이 방식은 콤팩트한 설계를 요구하는 분야용이나 분산 공급을 수작업으로 하기 위해 풀 호퍼의 수를 줄이고 싶은

반자동기 등에 채용되고 있습니다.

② 버츄얼 데이터 조합 방식

일단 계량을 하면 질량 데이터와 그 피계량물을 유지하고 있는 계량 호퍼와의 관련만을 생각하고, 그 상태에서

조합 계산을 합니다.

질량 센서에 접속돼 있는 계량 호퍼는 피계량물을 유지하는 만큼의 호퍼에 비하면 코스트가 듭니다.

넓은 설치 스페이스도 필요합니다.

리얼 데이터 조합 방식의 항에서 서술한 것과 마찬가지로 조합 설계에 참가한 질량 데이터 중 약 반수는 소화되지

않고 남습니다. 이 때 고가인 계량 호퍼는 이동 시간의 약 반 정도 사이, 계량 기능을 사용하지 않는 피계량물의

유지에만 사용되고 있습니다. (실제로는 피계량물의 교체가 없더라도 재계량을 하고 있습니다.)

여기에서 계량기능과 유지기능을 독립시키고, 계량기능을 풀가동시키도록 하는 것이 메모리 방식입니다.

이것에 의하면 같은 조합 참가 수를 기대한 설계를 하는 것이라면 계량 호퍼의 수를 줄이는 것이 가능하고,

계량 호퍼의 수를 줄이지 않으면 2대분의 능력을 얻을 수 있습니다. 이것에는 싱글 메모리 방식 (그림1-2-6)과

더블 메모리방식 (그림1-2-7)등이 있습니다.

1개의 계량 호퍼에 대해서 피계량물의 유지장치(메모리 호퍼 또는 부스터 호퍼라 불립니다.)가 1개 장착되고,

이것들 중의 피계량물이 모든 조합 계산에 참가, 배출 가능한 타입을 싱글 메모리 방식이라 부르고 있습니다.

또 1개의 계량 호퍼에 대해서 피계량물의 유지장치가 2개 장착되고, 그것들 중 피계량물이 모든 조합 계산에

참가, 배출 가능한 타입을 더블 메모리 방식이라 부르고 있습니다. 계량 호퍼 1에 대해서 n개의 피계량물 유지

장치를 가지는 풀 메모리 방식 (그림1-2-8)도 있습니다.

싱글 메모리 방식과 더블 메모리 방식은 기계 높이가 높게 되지만, 설치면적이나 코스트당 처리 능력이 높습니다.

그러나 계량기 안의 이송공정이 많고, 단순한 이송경로를 확보할 수 없는 것으로 나누기 쉽고 또는 점착성이 있는

피계량물에는 적합하지 않습니다.

풀 메모리 방식은 지금까지 서술한 방식과는 구조를 전혀 다르게 하는 것으로 사용 예도 적지만, 1~2개소의 계량부와 1~2개소의 배출부를 가지고, 그 사이를 파렛트 부착 컨베이어 등으로 접속해 컨베이어로 이송하면서 조합 계산을 하는 방식의 실시 예가 있습니다. 피계량물이 많고 자세 유지가 필요한 특수한 경우에 적용됩니다.

멀티 홀드 방식 (그림1-2-9)은 시간차와 칸막이에 의해 질량 센서의 절약을 도모한 것입니다.

그림에 나타냈듯이 양쪽 열림 계량 호퍼의 한 가운데에 칸막이를 설치해 2개로 분할, 풀 호퍼도 양쪽 열림으로 해,

칸막이를 한 계량 호퍼의 임의의 부위에 투입 가능한 구조로 둡니다.

지금 계량 호퍼 A, B 모두 빈 상태에서 계량 호퍼A의 부분에 피계량물을 투입하고, 계량 값 W1을 얻었다고 하면,

계량 호퍼 A에 투입된 피계량물의 질량 WA는 WA = W1 으로서 요구됩니다.

다음에 계량 호퍼B에 피계량물을 투입, 계량 값으로서 W2를 얻었다고 하면 계량 호퍼 B에 투입된 피계량물의

질량 WB는 WB = W2-WA로서 요구되고, 1개의 계량장치를 사용해 2개의 질량 값을 얻을 수 있습니다.

라. 계량사이클에 의한 분류

이 분류에서는 조합 계량을 계량 사이클에 의해 ① 동기식, ② 비동기식으로 나뉩니다.

① 동기식

동기식은 접속된 포장기계에서의 동기신호에 의해 공급, 계량, 조합 계산, 배출의 동작을 모두 동기를 얻어 제어하든지, 계량기 내부의 자주 타이머의 기점에서 동기를 얻어 제어합니다.

동기식은 싱글 시프트, 더블 시프트, 트리플 시프트, · · · , n차 시프트로 나뉠 수가 있습니다.

이 시프트에 의한 분류는 1회의 공급, 계량 동작에 대해서 조합 계산과 배출을 몇 회 하는지를 나타냈습니다.

시프트의 생각은 다음과 같은 의미를 가지고 있습니다.

10개의 질량 데이터를 이용해 조합 계산을 했을 경우, 통상 5개의 데이터가 선택되지 않게 남습니다.

만약 14개의 질량 데이터를 취득했다고 하면, 1회분이 데이터를 사용한 후에도 조합계량의 계량동작 전체 중,

공급, 계량에 긴 처리 시간을 요하고, 조합 계산은 순식간입니다. 이 특징을 이용해 다수의 질량 데이터를

가지는 것에 의해 능력을 비약적으로 늘리는 것이 가능합니다.

리얼 데이터 조합 방식의 전부와 멀티 홀드 방식은 동기식을 채용하고 있습니다.

② 비동기식

비동기식은 공급, 계량이 다른 동작과 관계되지 않고 행해지는 방식으로 메모리 방식이 많지만 비동기식을

채용하고 있습니다. 비동기식에는 시프트라는 개념은 없지만, 계량 호퍼가 비게 되면 공급, 계량을 실행하기

때문에 계량 능력 다음으로 동기식의 더블 시프트나 트리플 시프트와 마찬가지 효과를 얻을 수가 있습니다.

(5) 성능

가. 계량 정밀도

일반적으로는 칭량 400g 및 최소 표시 0.1g 이라는 조건으로 계량 결과의 평균치와 설정치와의 차는 0.5~1.0g

입니다. 단지 피계량물의 성상에 의해 크게 됩니다. 예를 들면 피계량물을 160g를 재고 싶을 경우에도 평균 단중치

가 30g으로 표준편차가 0.01g의 것이라면 평균적으로 5개가 선택됨으로써 계량결과의 평균은 150g이 됩니다.

또 피계량물 2~3개의 봉투 포장을 하는 케이스에서는 조합 수가 적은 영역 (10C2, 10C3 정도)에서 최적 조합을

찾지 않으면 안 되고 계량 정밀도는 저하됩니다.

나. 계량 능력

계량 정밀도와 마찬가지로 계량 능력도 피계량물의 성상에 의해서 크게 좌우되지만, 방식별로 대략 다음의 범위가

됩니다.

- 다이나믹 방식 · 싱글 시프트 ------- 분당 55~70회

- 다이나믹 방식 · 더블 시프트 -------- 분당 110~140회

- 메모리 방식 · 8계량 호퍼 ----------- 분당 60~100회

- 메모리 방기 · 16계량 호퍼 ---------- 분당 120~200회

(6) 응용

가. 개수 계량

계량 호퍼에서 계량한 질량 데이터를 미리 기억시켜 둔 평균 단중치로 나누고, 얻은 개수 데이터 (정수치)로 조합

계산을 하는 방법을 개수 계량이라 부르고 있습니다.

이렇게 소분된 계량 호퍼 안의 질량 값을 평균 단중치로 나눠 개수 산출하는 방법은 피계량물 전체를 한번에 평균

단중치로 나누는 방법에 비해 개수 산출 시의 오차를 저감할 수 있습니다. 이것은 유량제어식 자동 계량 등을 이용한

다른 개수 계산에 비해 유리한 점입니다.

나. 믹스 계량

1개의 포장 안에 복수 종류의 피계량물을 일정 비율로 충전하는 계량 방법을 믹스 계량이라 부르고 있습니다.

조합 계량의 믹스 계량에서는 1대로 2~6종의 믹스 계량을 하는 것이 가능합니다. 계량 호퍼를 16개 가지는 싱글

메모리 방식의 조합 계량을 이용해 4종 믹스를 하는 응용이 많습니다. 이 경우 분산부, 계량부를 4분할, 배출부에서

집합시킵니다.

4종 믹스의 조합 계산을 시키는 방법은 ①3정에 관해서, 각각 독립된 조합 계산을 해서 3종의 질량(개수)을 결정

하고, 나머지 1종을 더해 보정을 위한 조합 계산을 하고 동시에 배출하는 방법, ②4종 각각 어느 정도 후보가 되는

조합을 짜넣고, 각각의 블록에서 선출된 조합을 더욱 더 조합시키는 방법 등이 있습니다.

믹스 계량을 하는 데는 복수대의 계량을 버킷 컨베이어 등에서 연동하고, 전단의 계량 오차를 후단의 계량에서

보정하는 방법도 있습니다. 이 방법은 조합 계량에 한하지 않고, 유량 제어식 자동 계량에도 적용할 수 있습니다.

그러나 복수대의 계량을 컨베이어 등에서 연동해 믹스 계량을 하면 중단의 계량이 고장난 경우 등으로 대응이

어렵습니다.

조합 계량하면 이러한 경우라도 1대로 믹스 계량을 할 수 있고, 피계량물은 믹스 전의 상태로 유지되고 있기

때문에 대응면에서 유리합니다. 단 믹스 수가 많게 되면 조합 계량에서도 컨베이어 연동의 형을 채택하지 않을 수

없습니다.

(7) 조합 계량 도입의 유의점

가. 피계량물의 성상

조합 계량의 도입에 맞춰서는 피계량물의 성상이 ①전자 피더로 가능한 것인지, ②개체 혼상물인지,

③자유낙하에서 쪼개짐 등의 파손이 일어나지 않는 것인지, ④계량하는 개체수가 5이상인지를 확인해 이것들의

조건을 갖추지 않은 경우는 반자동기의 선택, 개별 대응, 피계량물의 성상 변경 등을 검토합니다.

나. 피계량물의 보급량

효율적인 동시에 계속적으로 조합 계량을 하는 데는 항상 일정 이상의 피계량물이 보급되는 것이 필요합니다.

다. 계량 값, 계량 용적, 능력에 걸맞은 기종 선정

계량 값이나 계량 용적에 의해 호퍼의 용적이 결정되고, 계량 능력에 의해 계량 호퍼의 수나 계량 방식이 결정됩니다.

라. 청소

맛이나 냄새가 다른 피계량물로 교체할 경우 방사 피더, 풀 호퍼, 계량 호퍼, 배출 슈트 등 피계량물이 통과하는 공정

전부에 걸쳐 그때그때 자주 청소하는 것이 필요합니다.

(참조 : 월간포장타임즈)