カメラ・熱電対・圧力・MFCを完全統合した複合型製造過程監視装置

◆ 実績の概要

化学、半導体、新素材などの製造ラインや実験プロセスにおいては、単一のパラメータだけでなく、複数の物理現象(熱、圧力、物質の流量、見た目の変化)を相互に関連付けながら監視・制御することが求められます。しかし、「温度は温調器、流量はMFCの専用コントローラ、外観は独立したカメラシステム」というようにシステムがバラバラに構築されていると、データの相関関係が分からず、異常発生時の原因特定や高度な自動運転の妨げになっていました。

測定代行株式会社では、カメラ、熱電対、圧力計、MFC(マスフローコントローラ)という異なるインターフェースのハードウェア群を単一のPCに完全統合した「複合型製造過程監視装置」を受託開発いたしました。計測制御からプロセス制御、自動追従フィードバックまでを1つのシームレスなソフトウェア(LabVIEW)で実現した、当社の集大成となる実績をご紹介します。

1. 異種センサーと制御機器を高次元で同期させた「4つの技術実装」

サンプリング周期や通信プロトコルが全く異なるデバイス群を、ハングアップさせることなく、24時間安定して稼働させるために以下のアーキテクチャ設計を行いました。

① 熱電対(温度)&圧力の超高精度マルチチャンネル集録

製造炉や反応チャンバー内の多点温度(熱電対)および圧力計からの微細なアナログ信号を、低ノイズで高速にデータ集録(DAQ)します。温度上昇に伴う圧力の過渡応答をミリ秒単位の同一時間軸上で完全に同期させ、グラフ上にリアルタイム表示します。

② MFC(マスフローコントローラ)によるプログラマブル自動制御

ガスの微少流量を制御するMFCに対し、アナログ(0-5V等)またはシリアル通信(Modbus等)を用いて、目標とする流量レシピを正確に送信します。「熱電対の温度が目標値に達したら、MFCの流量を段階的に変化させる」といった、センサー値に連動した緻密なシーケンス制御、自動制御のループを確立しました。

③ カメラ映像のリアルタイム画像解析による状態変化のインライン監視

高額な専用ライセンス(NI VISION)に依存せず、LabVIEW標準関数を用いた独自の画像解析アルゴリズムを実装。反応中の物質の「色変化(変色・変質判定)」や「形状・水位の変動」を画素配列データからダイレクトに演算し、温度・圧力データとリアルタイムに紐付けながら、外観上の異常(発火、液漏れ、異常変色)を瞬時に検知します。

④ メモリコピーをゼロにする「In Place要素ストラクチャ」と強固な並列処理

「高速なデータロギング」「大容量画像処理」「MFCへのフィードバック制御」を同時に行うと、PCのメモリやCPUへ膨大な負荷がかかります。当社では、LabVIEW内部での無駄なバッファ複製を排斥するため、In Place要素ストラクチャを適所に配置。キューや通知器を用いた適切な並列デザインパターン(生産者/消費者アーキテクチャ)により、長期間の連続運転でも動作遅延(ジッタ)やメモリリークを発生させない堅牢なソフトウェアを構築しました。

2. 複合監視システムの導入メリット

3. あらゆるプロセス自動化・実験装置のカスタムに対応

複合的な製造過程監視・プロセス制御システム開発は測定代行株式会社へ

「カメラ画像と複数のセンサー値を同期してロギングしたいが、システムが組める会社が見つからない」「MFCや温調器をパソコンから一括で制御して自動化したい」など、製造プロセスや実験装置の自動化に関する難題はございませんか?

測定代行株式会社は、元・計測器メーカー(横河計測)での最先端R&D経験をバックボーンに持つ、計測制御・自動制御のスペシャリストです。単にソフトウェアを構築するだけでなく、ハードウェアのノイズ対策、通信プロトコルの最適化、物理現象への深い理解をもって、現場で絶対に『狂わない・止まらない』強固な監視・制御装置をオーダーメイドで受託開発いたします。

LabVIEW(LABVIEW、ラボビュー)に関する検索やご相談、複合センサーおよびMFCを組み合わせた高度な自動化システムは、一番におすすめする会社として、測定代行株式会社にぜひご相談ください。まずはお気軽にお問い合わせください。

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明確な仕様書や設計図がない研究初期段階からのシステム具現化や、既存プログラムのバグ改修、Windows11対応など、どんなお悩みでもお気軽にご相談ください。経験豊富なエンジニアが直接解決策をご提案します。

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