정수계량장치

[원텍지기]

구멍 뚫린 슬래트식 정수계수장치

정제의 계수충전 등의 용도에 사용되고 있는 구멍 뚫린 슬래트식 정수계수장치는 그 목적으로 용기의 정렬, 반송,

충전 등의 기능을 겸비한 계수충전기의 구성으로 사용됩니다.

정수계수방법은 피계량물을 슬래트에 오른 포켓에 차지해서 일정 수마다 용기에 공급 충전하는 것으로 포켓에

넣지 않는 경우를 검출해 불량이라 판정합니다. 정확하게는 계수라 할 수 없는 방법이지만, 결과적으로 규정 수량을

충전하는 것이 가능해 최종 목적을 달성합니다.

(사진3-1)에 정제용 구멍 뚫린 슬래트식 정수계수장치의 예를 나타냈습니다.

표면에 정제를 넣은 구멍을 다수 올린 슬래트를 엔드리스에 연결해 캐터필러형으로 하고 그 윗부분에 있는 호퍼의

아랫부분을 슬래트가 이동함으로써 호퍼 안의 정제가 슬래트 표면의 포켓에 차지합니다. 슬레트는 일정 높이로

상승한 후, 밑으로 방향을 바꾸고, 이 때 정제가 포켓에서 떨어져 밑을 낙하해 슈트를 통해 용기에 공급됩니다.

슬래트에서 떨어지기까지 갓 포켓에 정제가 차지되고 있는지 어떤지를 검출해 결정의 경우는 그 용기는 불량으로

제거 배출하는 등으로 해서 결정을 방지합니다.

요구되는 조건은 ①정제에 파편, 상처, 얼룩이 발생하지 않은 것, ②확실하게 (100% 또는 그것에 가깝게) 정제가

포켓 안에 차지 되는 것, ③결정 판정이 확실한 것, ④수량의 변경 및 사이즈 변경이 용이한 것, ⑤각부의 분해, 세정,

조립이 간단한 것, ⑥분진, 파편등의 배제가 용이해 완전하게 할 수 있고, 위생적인 것, ⑦고속처리가 가능하고

조작성이 좋은 것, ⑧재질에 문제가 생길 가능성이 없는 것 등입니다.

이 중 가장 중요한 것은 ①,②로 확실하게 차지되지 않으면 불량품 발생기가 돼 버립니다. 차지율이 좋고 나쁜 원인의 대부분은 포켓의 형상이지만, 이것 이외에 차지부의 길이를 길게 한다든가 바이브레이터를 사용하는 등 각종

고안이 이루어지고 있습니다. 결국 경험이 크게 성능을 좌우하는 분야라고 할 수 있습니다.

결정 체크에는 투과식, 반사식, 기계식 등이 있습니다. 투과식, 반사식 등의 전기광학적인 검출기는 상당히 좋아

지고 있기 때문에 분진 등에 의한 게인의 저하가 없도록 보수에 유의한다면 충분한 기능을 유지할수가 있습니다.

투과식 쪽이 반사식보다도 게인 마진을 크게 갖는 것이 가능하지만, 분진 대책은 반사식보다도 주의해야 할 것

입니다.

센서식 정수계수장치

(1) 파트 카운터

수를 센다는 행위는 인간의 탄생과 동시에 시작되었을 것입니다. 손가락을 사용하기도 하고, 저울을 사용하기도

하면서 끝나지 않고 오늘에 이르고 있습니다. 파트 카운터는 부품류를 계수한다는 것이기 때문에 정량방법에

따른다고 하는 것과는 달리 대상물을 1개씩 광학식이나 자기식 센서에 의해 확인해 가는 방법에 한정됩니다.

그래서 이 1개식의 확인이라는 것이 계수 정밀도를 높이는 최대의 요소가 되면 동시에 처리능력, 겸용성의

면에서 약점을 드러내는 경우도 있습니다.

그러나 계수관리는 상품 신뢰성의 점에서 여러 업종에서 추구되고 있는 문제이며, 수요의 신장도 기대됩니다.

어린이용 과자를 개수 표시해 포장하는 요구가 나오기도 하고, 또 수 종류의 과자를 1~5개 정도씩 조합시켜

포장하는 경우 등에도 이용할 수 있습니다. 이하 파트 카운터의 표준적인 구조와 접속하는 포장기계에 관해서

개략적으로 서술합니다.

파트 카운터는 파트 피더, 계수부, 배출부의 3가지 요소로 성립, 이것들이 용도에 응해서 한 개의 발판위에

조립되고 있습니다.

가. 파트 피더

파트 피더는 진동에 의해서 계수부에 부품류를 일렬로 공급하는 역할을 합니다. 보통 500~1000개 정도 일괄

보급되는 부품류를 1개씩 분리해서 계수부로 이송하는 수단으로써 사용됩니다. 계수부에서는 광학식 센서 등에

의해서 1개씩 확인하는 것이 되기 때문에 부품류를 1개씩 확실하게 분리해서 보낼 필요가 있습니다.

잘 분리시키지 않으면 계수 정밀도에 결정적인 영향을 줘, 파트 카운터의 약점이 돼 버렸습니다.

부품류의 형상에 따라서 모양이 크게 달라지기 때문에 단순한 형상의 것 (예를 들면 볼트나 너트)은 이러한 약점이

드러나기 어렵고, 10mm의 볼트나 너트는 분당 400~450개 공급할 수 있지만, 얽히기 쉬운 전자부품 등에서는

분당 300개 정도로 제한되는 경우가 많습니다.

파트 카운터를 형상이 다른 여러 종류의 부품류에 겸용시킬 경우 하나하나 파트 피더를 교환하지 않더라도 끝내는

경우도 있지만, 얽히기 쉬운 대상물 (전자부품 등에 많다)의 경우는 전용 파트 피더를 준비합니다.

전용 파트 피더를 사용해 속도를 떨어뜨리더라도 잘 공급할 수 없는 것에 대해 부품류의 치수, 형상의 설계변경을

제안하는 경우도 있습니다. 보내는 부품류에 맞춰 볼을 가공하는 일은 숙련기술자의 손에 맡기고 파트 카운터의

성능이 여기에서 결정되는 경우도 많습니다. 이것을 생각해 부품류의 형상이나 치수를 설계하는 것도 중요합니다.

파트 피더는 위쪽의 볼과 아래쪽의 진동장치로 구성되고, 일체가 되었던 것을 전문 메이커에서 구입하는 것이

가능합니다. (그림3-2-1)에 파트 피더의 구조 예를 나타냈습니다.

파트 피더는 전자석에 의해서 공진을 이용해 진동을 발생시키는 것으로 판스프링을 원주 위에 등분으로 기울여

배치하고, 가동부분을 지탱, 가동부분에 전자석의 가동 철심을 고정부에 코일을 가진 고정 철심을 설치, 반파정류

된 맥류 전류에 의해 가동부분에 비틂 왕복진동과 동시에 상하 왕복진동을 줍니다. 이 가동부분에는 내주에

스파이럴 모양의 트럭이 가공된 볼이 설치돼 있습니다.

볼의 중앙에 투입된 부품류는 비틂 왕복진동에 의한 원심력과 볼의 중고 때문에 원주 방향으로 공급되면서 다음에

중앙부보다 바깥쪽으로 나르고, 트랙 위를 위쪽으로 공급해 갑니다. 이 트랙 위에 선별장치를 적당히 설치하면

부품류를 희망하는 자세로 정렬해 공급할 수 있습니다.

볼의 재질은 스테인리스스틸, 알루미늄 합금 주철, 경질염화비닐 등으로 필요해 응해서 고무 라이닝 그 외의 라이닝을 답니다. 진동의 진폭은 볼의 외주에서 1~3mm 정도, 공급 속도는 트랙의 경사각, 볼의 크기, 부품류의 특성에

따라서 다르지만 최대 분당 6m를 목표로 해 부속하는 제어 상자의 전압조정기에 의해 조정합니다.

볼은 부품류의 저장도 겸하지만, 저장량을 많게 하고 싶을 때는 다른 호퍼를 준비, 전자 피더를 잘라냅니다.

이 경우 볼 안에는 부품 라벨을 검출하는 리미트 스위치를 설치, 볼 안에 부품류를 적당량 보급하도록 합니다.

그러나 신뢰성을 중시할 경우는 호퍼를 사용하지 않고 대형 파트 피더를 채용하더라도 효과가 있습니다.

볼 안의 트랙 위를 랜덤으로 정렬, 여러 층으로 겹치면서 외주를 향해 오르는 부품류는 트랙 위에 설치한 각종의

선별장치 (어태치먼트)에 의해 희망하는 자세의 것은 통과하고, 반대의 것은 안쪽으로 떨어집니다.

기본적인 구조가 몇 가지 있고 (그림3-2-2)는 그 예입니다.

나. 계수부

계수부는 광학식으로 합니다. 계수의 구조는 전자부품을 예로 들면 직경 4mm의 전해 콘덴서를 계수하는 경우

광학식 센서부를 통과할 때의 상태가 (그림3-2-3)과 같다고 가정합니다.

이 때 직경 4mm의 것을 계수의 대상으로서 리드선의 직경0.5mm x 4개 = 2mm를 계수하지 않도록 조정합니다.

가장 단순한 형상의 부품류(예를 들면 볼트나 너트)를 계수할 경우는 투광부와 수광부의 사이를 통과시킬 뿐

간단한 구조로 계수할 수가 있습니다.

다. 배출부와 발판

배출부는 통상 메이커마다 표준 제품이 있지만, 상처가 나기 쉬운 부품류를 취급할 경우는 표면에 플라스틱 코팅을

하기도 하고, 배출 각도를 바꾸기도 합니다. 발판은 파트 피더의 진동이 계수부나 제어장치에 전해져 악영향을

미치지 않도록 설계되지 않드면 안됩니다.

라. 파트 카운터와 포장기계와의 접속

파트 카운터에 의해서 계수된 부품류는 50개, 100개, 500개 등과 다수를 일괄 봉투 포장하는 경우가 많습니다.

포장재료는 예를 들면 식품용인지 공업부품용인지에 따라서 다르고, 또 포장상태에서 포장기계의 형식이 결정

됩니다.

소구형으로서는 슈퍼마켓, 편의점 등에서 볼 수 있는 매다는 방식 (헹거 백 포장), 튜브 필름에 의한 제대충전방식

(사진3-2-1)등이 있습니다.

(2) 정제용 센서식 정수 계수장치

정제용 센서식 정수 계수장치는 1개씩 연속적으로 이동 (자연 낙하)해 오는 정제의 수를 센서 (광학 센서)로 카운트

하는 계수방식의 계수장치입니다.

(사진3-2-2)에 이 원리의 정수 계수장치를 넣은 정수 계수충전기의 예를 나타냈습니다.

턴테이블에 차지된 용기는 4열로 정렬되고, 컨베이어에 의해서 충전부로 보내집니다. 충전은 1열마다 교대로

하기 때문에 게이트에 의해서 타이밍이 규정됩니다. 정제는 호퍼 하부로부터 바이브레이터에 의해서 정량 공급

되고, 턴테이블과 가이드에 의해서 1열로 정렬됩니다.

턴테이블 끝을 떠난 순간에 정제는 자유 낙하 상태가 돼 가속됩니다. 따라서 다음의 정제와는 간격이 벌어지게

되고, 검지부에서 겹치지는 않는 것을 이용해 1개씩 감지합니다. 가속된 정제는 10~15mm 낙하한 곳에서

수평(실제는 다소 비스듬한) 광의 빔 (15 x 4mm) 을 가로지를 때 카운트 되는 구조입니다.

결국 정제용 센서식 정수 계수장치는 수평 광선을 얻기 때문에 특수하게 설계된 투광부와 거기에서 발하는 광

빔을 수광하는 광학 센서 사이의 자유공간을 자연 낙하하는 정제가 광 빔을 가린 그림자에 의해 생기는 광량의

변화를 전기적으로 취출, 이것을 정제의 낙하라고 판단해 카운트 하는 방식입니다. 주의할 것은 검출 정밀도가

높으면 혼입돼 있는 결정도 1개라고 판단해 버리기 때문에 피더에서의 결정 스크리닝에 유의할 필요가 있습니다.

투과 광로와 직각으로 이동하는 정제의 광로 차폐에 의해 생기는 광량의 변화하는 회수를 디지털 계수합니다.

전기회로는 적분회로로 정제의 낙하에 의한 광량의 변화는 처음에는 크게 증가하고, 그 후 에는 거의 일정하게

되고, 마지막에 급격히 감소합니다. 이 증가에 의한 플러스 발생전압과 감소에 의한 마이너스 발생전압을 합성하는

것에 의해 교류파형으로서 얻을 수 있습니다.

따라서 광로 안을 이동하는 물체만을 이동물로서 얻을 수 있음으로써 원만한 움직임이나 정지된 그림자는 이동물로서 얻을수 있는 것이 없습니다. 정밀도를 예를 들면 1.2~2㎟를 검출하는 정도로 세트했을 때 계측 시간은 전기적으로는 60분의 1초 정도 등이 됩니다. 자연낙하에 의존하기 때문에 낙하 속도로 처리 능력에 한계가 생기지만, 장치

를 몇 대인가 평행으로 설치하면 능력을 올릴 수 있습니다.

이렇게 해서 낙하된 정제는 하부에 설치된 댐퍼에 의해서 한쪽의 출구에서 공병으로 공급됩니다. 규정수를 공급해

끝내면 댐퍼는 준비된 다음의 공병 쪽으로 교체됩니다. 이 사이에 차지된 쪽의 병은 배출되고, 그 다음 공병이 놓여

다음 준비를 합니다. 즉 2열로 병이 공급되면 교대로 충전 동작을 합니다. 이 검지부 및 댐퍼는 2개 병렬로 설치할

수가 있습니다. 따라서 배출 측에서는 4열로 낼 수가 있습니다.

상기와 같은 광학식 검지방법을 채용하면 광로 안에 분진 등이 들어가면 그것에 의해서 광량이 약해지게 되고, 계수

오차가 생기는 원인이 됩니다. 집진장치를 설치하는 것이 바람직하지만, 무엇보다도 램프, 수광기 면 등의 청소가

정밀도를 유지하는 포인트가 됩니다.

이 외에 요건을 열거하면 ①정제가 겹치지 않을 것 (적당한 간격이 있을 것), ②사이즈 변경이 간단할 것, ③분진 등에 의한 오인이 생기지 않을 것, ④계수가 확실한 것, ⑤수량 설정이 용이한 것, ⑥계수 완료 후의 교체가 확실하고

용이한 것, ⑦정체에 흠, 상처, 더러움이 생기지 않는 것 등이 됩니다.

액체용 정량 계량장치(충전기)

(1) 용기 액면 제어식 계량기

액면 규제, 즉 정수에 의해 액체를 계량할 경우 용기와 필러 볼 안 액면의 수두의 평형을 이용한 그라비티식 충전

밸브가 일반적으로 사용되지만, 여기에서는 적극적으로 충전 시의 액면을 계측해 충전량 제어를 하는 액면 계측

방법을 채용한 용기 액면 제어식 계량기에 관해서 서술합니다.

액면 계측방법에 의한 계량기에는 ①에어센싱방식, ②전극식 레벨센싱방식, ③정전용량식 레벨센싱방식 등이 있습니다.

에어센싱방식은 아메리타뉴매틱스케일사나 호릭스사가 개발한 방식으로 미약하게 에어블로를 올리면서 충전하고,

액면이 그 끝에 가까우면 배압이 생기기 때문에 그것을 검지해 충전을 제어하는 것입니다. 단지 액면의 거품 영향을

받기 쉬워 그다지 사용되지 않게 되었습니다.

전극식 레벨센싱방식은 전극식 레벨센서를 충전 노즐 끝 부근에 넣은 것, 또 정전 용량식 레벨센싱방식은 정전용량식 레벨센서를 똑같이 넣는 것으로 이것들의 센서에 의해 액면을 검지해 충전량을 제어합니다.

액의 성상에 의한 영향을 받기 쉬운 점에서는 에어센싱과 마찬가지로 충전 도중에 일단 충전을 멈추고 거품이 없어지기를 기다려 충전을 재개한다는 기능을 부가하는 것도 있습니다.

(2) 피스톤식 정량계량기

피스톤식 정량계량기는 피스톤과 실린더에서 액체를 흡인해 계량하고, 다음에 밸브를 교체해 계량한 액체를 용기에

충전합니다. 피스톤식 정량계량기는 계량용 피스톤과 실린더, 그것을 스트록 시키는 롤링캠, 액체의 흡인.충전의

교체 밸브 등으로 구성됩니다.

피스톤에는 O링 등의 접착 부재가 사용되는 것이 많습니다. 접착 부재의 세정성을 향상시키기 위해 세정 시에

피스톤을 오버 스트록 시키고, 접착 부재를 액중에 개방하는 기능을 가지게 하고, 또 의약품용에는 피스톤과

실린더의 끼움 공차를 극히 작게 관리함으로써 접착 부재를 없앤 메탈 터치의 것도 있습니다.

(3) 정유량 시간제어식 계량기

정유량 시간제어식 계량기는 타임 프레서 충전시스템이라 불리는 것으로 탱크, 매니홀드, 유량제어반 및 충전 밸브에 의해 구성됩니다. 일정의 조건 하에서는 일정 유량이 토출되도록 액체가 관리되고 있는 것을 전제로 해 계량식에서는 있지만 배관 경로 안에 계량기를 설치하지 않습니다.

제어방법에는 단순히 충전량을 적산하는 것과 압력 등의 충전 유량에 영향하는 요소를 순서대로 거두어들이면서

적극적으로 예측제어를 하는 스캐닝방식의 것 등이 있습니다.

(4) 포장 포함 계량기

포장 포함 계량기는 웨이트식 충전기라 불리는 것으로 미리 포장의 질량을 계측해 그것을 기준으로서 소정 질량의

액체를 계량하면서 충전합니다. 계량기에는 로드셀이 사용되지만 일반적인 계량용의 로드셀과는 달리 하중이나

스핀 하중에 대해서 강성을 높이게 하고, 산업기계용의 사용 조건을 만족한 것입니다.

로드셀과 계량대(보틀 플레이트)의 사이에 특별한 부자재를 배분해 잡음의 원인이 되는 하중에 대해 강도를 가지게

하고 또 과잉 수직하중이 로드셀에 작용하지 않도록 상하방향으로도 스토퍼를 붙이는 등의 세심한 배려를 하게 됩니다. 그래서 외적 조건 등으로부터 로드셀이 보호되고, 충전기로서 높은 신뢰성이 확보됩니다. 이러한 특징을

살리면서 소형화를 위해 로드셀과 그 주변 부자재를 일체로 한 것도 있습니다.

충전량에 대한 제어는 포장 포함 충전량으로 하든지 알맹이 충전량으로 하든지 선택할 수 있지만, 특별한 이유가

없으면 후자로 합니다. 또 소정 충전량(목표치)에 대한 충전량의 제어는 종래부터 많이 사용되고 있는 피드백

제어 외에 충전 유량을 인식하면서 그 값에 의해 충전량을 제어하는 피드 포워드 제어라 불리는 방법도 자주

사용되고 있습니다.

이 외에 회전체 안에서의 계측으로 로드셀이 원심력의 영향을 받는 것을 보정하는 기능을 가지게 하는 경우도

있습니다.

(5) 유량계식 계량기

유량계식 계량기는 충전 밸브의 상류 배관 경로에 유량계측기를 넣고, 그 유량 신호에 의해서 소정 용량의 액체를

충전합니다. 플로메타식 충전기라 불리는 것으로 사용되는 유량계의 타입은 ①전자유량계, ②와량계, ③터빈유량계, ④질량유량계 등이 있습니다. 이것들은 제각기 특징을 가지고 있지만, 여기에서는 가장 잘 사용되고 있는

전자유량계를 사용한 계량기에 관해서 서술합니다.

전자유량계는 도전성을 가지고 액체가 자계 안을 통과할 때 발생하는 전자유도기전력을 측정해 배관 안을 흐르는

유량을 계측합니다. 이것을 충전경로의 오중에 설치하면 유량을 계측해 충전량을 제어할 수가 있습니다.

액체에 도전성이 있으면 측정 가능하고, 와류식이나 터빈식과 같이 배관 경로 안에는 계측 부자재가 일체 없기

때문에 세니터리성이 뛰어나고, 계측 정밀도가 비교적 좋은 것도 있고, 충전기용의 유량계 안에서는 전자유량계가

가장 적합합니다. 단지 유체의 균질성에 의존하는 면이 있기도 하고, 온도에 의한 오차 (유체의 열팽창에 의한다)가

생기거나 하기 때문에 사용에 즈음해서는 주의가 필요합니다.

용도는 가스입 음료를 포함하는 캔이나 보틀의 충전 라인에 사용되는 경우가 많습니다. 제어는 충전 개시 시나 종료

시에 밸브의 응답 오차가 생기는 것을 보정할 필요가 있는 등의 이유로 피드백 제어를 거쳐 사용하는 것이 일반적

입니다.

(참조:월간포장타임즈)