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化学混合装置、系统和方法
来自 : www.xjishu.com/zhuanli/41/2004
发布时间：2021-03-25
专利名称：化学混合装置、系统和方法
技术领域：
本发明整体上涉及用于混合化学品的装置、系统和方法。更具体地涉及用于根据给定的配方以准确的方式混合各组分的装置、系统和方法。
背景技术：
这部分描述了本发明所公开实施方式的背景，但并不打算表示或者暗示该部分所讨论的背景技术合法地构成现有技术。
已经有各种不同类型和种类的用于混合多个组分的装置、系统和方法。例如，参考如下美国的专利和专利申请，将每个所述专利和专利申请整体引入此处作为参考
目前，许多生产方法需要在所述方法的不同步骤期间运用化学组分混合以处理各个部分。以前，这些混合的组分依赖于投入化学品的控制装置来获得所想要的混合物，然后在线测试该混合物以得到可接受的使用量。在有些情况中，使用外部的分析仪器或者化验室来确认所混合的混合物，而在其它的情况中，则使用在线测试产品。
虽然这些方法对于有些领域保证方法的品质是成功的，但是它们每个都可能使用不必要的和不希望的延迟。如果测试失败，在测试结果之后，可能需要排出和再装填化学品。对于某些应用领域的生产方法，这可能导致不可接受的延迟、额外的成本和额外的周期。
附图简要说明如下是附图的简要描述
图1是依据本发明的实施方式所构成的化学混合系统的简图；图2是依据图1的系统使用分步装填方法所装填的槽的前视图；图3是分步装填混合方法的流程图，所述方法可以应用于图1的系统；图4和图5是另一分步装填混合方法的流程图，所述方法可以应用于图1的系统；以及图6是控制器的方块图，所述控制器用于图1的系统。
本发明某些实施方式的详细描述根据本发明的某些实施方式，提供一种配制包含至少两种组分的批料的系统和方法。供给容器各组分，以部分装填该容器。确定在容器中各组分的量，计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比。通过将目标量乘以所计算的比以确定其校正量，来计算加入混合物中该组分的下一个量。将校正量的组分加入混合物，并将一些另外组分加入该混合物，以调整各组分的比例到目标配方。可以重复这些步骤直到完成批料。
根据本发明的某些实施方式，提供一种用于混合各组分的分步装填混合(fractional fill mixing)装置、系统和方法。在一个公开的实施方式中，分步装填装置、系统和方法包括用于保存各组分的容器、用于测试放置在容器内各组分的浓度或者量的在线分析装置、以及用于将组分分配至容器中的组分供给控制装置。控制器可操作地与组分供给控制装置和分析装置相连接。控制器进一步运用分步装填运算法则，将至少两组分加入容器，装填整个体积的一部分，以得到所想要的批料。
根据本发明的某些实施方式，控制器运用分步装填混合法则，在装填序列中，装填容器总体积的最初部分体积。该部分体积再循环以确保均匀的混合物，在线分析装置确定混合物的组成部分，并将关于当前混合物的信息传递给控制器。实施分步装填混合法则的控制器以如下方式来调节组分供给控制装置，即在混合物总体积的随后部分中，校正混合物的实际值与理想值之间的偏差。所得到的混合物即为所想要的混合物，对于许多领域，不需要额外的测试。
现参考附图，更具体地参考图1，所示的是分步装填混合装置或者系统10，它依据本发明的实施方式构成，通常在槽或者容器12中混合两个或者多个组分。分析器或者分析装置14用于测试容器12中的每个组分的量。如16通常所示的组分供给控制装置可控地将两个或者多个组分分配到槽或者容器12中。组分供给控制装置16通过多个组分供给入口如第一组分供给入口18、第二组分供给入口20和第三组分供给入口22来分配组分。每个组分供给入口18、20和22以流体传递的方式与多个组分供给装置(未显示)相连接。多支管24接受来自于组分供给器控制装置16的多个组分，然后，各个组分由多支管24流至容器12。
如图2所示，根据分步装填混合法则，槽或者容器12最初可以包含剩余体积的待混合的多个组分中的一个组分，如由volLowLev 200表示。因此，当剩余体积的其中一个组分存在于槽12时，槽的低位(low level)通常显示在210。
根据本发明的实施方式，然后，通过两个或者多个分步或者部分装填序列，槽12依次地被分步装填。每次装填部分的体积分别显示为202、204和208。例如，如图2所示，分步装填序列通常可以包括四个分步装填序列volFrac1、volFrac2、volFrac3和volFrac4。应该指出的是，槽或者容器12可以在高位点212之上具有额外的体积(未显示)。因此，高位点212表示当分步装填序列完成时可以达到的高度，但不必表示槽12的最大容量。
如图3所示，分步装填混合方法开始于模块27。为了所想要的批料，分步装填混合方法将至少两个组分加入容器12中，装填整个容器12体积的一部分。然后，该方法测定容器中的每个组分量，如方块30通常所示的。在容器12中所测量的每个组分的量可以以重量百分比或者体积百分比表示。该方法然后计算至少一个组分的所想要的混合物的目标量与确定现有量(如方块30所测量的)之间的比。该步骤通常如方块32所示的。如方块34所示，该方法然后通过将该组分的目标量乘以方块32中所计算的比确定其校正量，来计算至少一个组分中的下一个量。如方块36所示，该方法然后命令组分供给控制装置16，使校正量的组分加入容器12的混合物中。该方法(如方块38所示的)然后加入一些另外组分，调节各组分的比例到目标配方。重复如方块30、32、34、36和38所示的步骤，直到容器装填所想要量的批料。当容器12装填所想要量的批料时，该过程结束，如方块44所示。
鉴于刚刚更详细描述的方法，参考附图2，该方法包括确定待操作的分步装填物的量的所想要的分步装填序列。例如，图2所示的是槽12，所述槽将包含混合物，最终包含由该方法所产生的最终所想要的批料。图2所示的是随后分步装填序列的多个体积水平。在本实施例中，四个分步装填序列有待操作。第一分步装填序列装填容器12至约其体积的50％，如由区域202所示的，该体积表示为volFrac1。在该实施例中，分步装填体积等于50％，包括由volLowLev 200所表示的剩余体积。剩余体积是在分步装填方法开始前已经存在于槽12中的剩余组分的体积。可以有或者没有剩余体积，因为这依赖于使用者的要求。在槽12中，剩余体积的组分通常与形成当前批料的其中一个组分相同。第二分步装填物装填容器另外25％的体积，如由区域204所示的，其中，该分步装填物的体积用volFrac2表示。第三和第四分步装填物的体积，volFrac3和volFrac4分别由区域206和208表示，分别装填容器另外12.5％的体积，直到大约装满容器，如箭头212所示。
刚才所述的分步装填体积和百分比仅作为实施例的目的，它们可以修改为所想要的数值以获得各种装填序列，这对于本领域技术人员来讲是清楚的。例如，不用四个分步装填序列，可以使用三个分步装填序列，其中，每个分步装填体积序列可能包括大约33％或者三分之一的容器体积。仅为了实施例缘故，分步装填方法的随后讨论将使用四个分步装填序列。第一分步装填序列volFrac1等于50％的总批料体积，第二分步装填序列volFrac2包含25％的总批料体积，第三和第四分步装填序列volFrac 3和volFrac 4每个包含12.5％的总批料体积，如先前所述。
因此，容器12中的批料总体积用变量totalVol表示，totalVol等于(volLowLev+volFrac1+volFrac2+volFrac3+volFrac4)。totalVol还可以用(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)来表示。chem1TotalVol表示批料中的第一组分的总体积。chem2TotalVol表示批料中的第二组分的总体积。diwAddedVol表示加入VolLowLev中的第三组分(典型地为去离子水)的体积。应该注意的是，diwAddedVol表示第三组分，通常为去离子水，但是它可以是希望成为批料一部分的任何其它组分。为了使随后的实施例清楚，容器12中的剩余体积的组分定义为与所想要批料的第三组分diwAddedVol相同的组分，所以当diwAddedVol和VolLowLev合并时，可以得到第三组分的总体积。
分步装填混合方法然后通过装填容器至序列中的第一分步装填百分比来开始。在我们的实施例中，第一装填百分比例为50％，如在图2中所示、由volFrac1 202所表示。然后计算满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积，该体积由chem1FracVol表示。chem1FracVol等于chem1TotalVol·pourUp1Frac，其中，pourUp1Frac为第一装填序列的分步装填百分比，在本实施例中为50％。chem2FracVol使用类似的公式来计算。
然后，第一组分的总体积的计算必须计算为由chem1TotalVol表示。chem1TotalVol定义为chem1Ratio·x，其中，x为中间变量。x定义为TotalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)。chem1Ratio和chem2Ratio分别定义为第一和第二组分所装填的体积比。diwRatio为第三组分所装填的体积比。
加入VolLowLev以获得totalVol的第三组分体积定义为diwAddedVol，它等于(diwRatio·x)-VolLowLev。
分步装填混合方法下一步包括基于该组分的目标体积混合比和组分的供给浓度来计算一个组分的目标量。一个组分的目标量表示为concChem1，它定义为(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)。其中，chem1Ratio、chem2Ratio和diwRatio分别表示当前分步装填序列的第一、第二和第三组分的装填体积比。BulkChem1表示第一组分的供给浓度。用类似公式计算其它组分的目标量，在该公式中，上述等式的分子用要计算的各个组分的散装组分供给物(bulk ingredient supply)的比例和浓度来代替。现在，已经计算chem1FracVol，chem2FracVol和diwFracVol也如刚刚所描述一样来计算。
在根据本发明某一实施方式的分步装填混合方法中，在这点上，第一部分通过如下方式倾倒入，即通过控制器26将信号传送给组分供给控制装置16，准备并提供由chem1FracVol所表示的体积的组分，然后准备并提供由chem2FracVol所表示的体积的组分，最后准备并提供由diwFracVol所表示的体积的化学品。
现在第一分步装填物已经加入容器12，必须计算随后的分步装填序列，并加入容器12。为了操作剩余的分步装填序列，可以计算理想的化学品部分如idealChem1Frac。对加入容器12的每个组分，可以计算理想的化学品部分。例如，idealChem1Frac定义为(chem1TotalVol·pourUp2Frac)，其中，chem1TotalVol表示满足当前分步装填序列要求的第一组分的总体积，pourUp2Frac为依次序的随后分步装填百分比。例如，因为这是第二校正装填序列，该实施例中的pourUp2Frac等于25％。通过使用类似的公式，可以计算每个组分的其它理想化学品部分，在该公式中，chem1TotalVol可以用要估算的其它组分的总体积取代。
下一步，必须计算满足当前分步装填序列要求的每个组分的实际体积。通过举例的方式，满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积用chem1FracVol表示，其定义为(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val，其中，chem1Val为批料中的第一组分的测试量或者测试浓度。类似公式可以用来计算在该分步装填序列期间要加入到混合物中的其它组分的实际体积，其它组分的理论量/浓度、理想化学品部分以及测试量/浓度可以在以上公式的合适部分代入。
该方法进一步地包括计算第一组分的理想体积与实际体积的差。这通过由idealChem1Frac减去chem1FracVol计算。用相同公式，用满足当前分步装填序列要求的实际体积和理想化学品部分，来计算第二组分的chem2FracDelta。
满足当前分步装填序列要求的的第三组分的实际体积可以使用不同的公式。diwFracVol等于(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta，其中，diwAddedVol为第三组分在其VolLowLev处的体积，以获得第三组分总体积。如以上所讨论的，这假设VolLowLev(其表示容器的剩余体积)是与第三组分相同的组分。Chem1FracDelta定义为第一组分的理想体积与实际体积的差，chem2FracDelta定义为第二组分的理想体积与实际体积的差。因此，diwFracVol表示对当前分步装填序列从体积上装填剩余体积。
如先前所述的，diwAddedVol表示加入VolLowLev以获得总体积的第三组分的体积。diwAddedVol定义为diwRatio·x-VolLowLev，其中x定义为(TotalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))。如果确定diwFracVol为负，则diwFracVol通过将加入混合物的第一组分体积乘以((totalVol-VolLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)来减小。第二组分的体积也通过乘以相同的公式而减小。
应该注意的是，以重量百分比表示的某一组分的目标量可以修改为批料中的每个组分的比重的函数。例如，通过例子，concChem1可以通过使用如下的替代公式来修改为比重的函数(chem1Ratio·bulkChem1·sGravChem1)÷((chem1Ratio·sGravChem1)+(chem2Ratio·sGravChem2))+(diwRatio·sGravChem3)，其中，concChem1为第一组分的目标浓度，chem1Ratio为第一组分的装填体积比，chem2Ratio为第二组分的装填体积比，diwRatio为第三组分的装填体积的比。BulkChem1为第一组分的供给浓度。sGravChem1、sGravChem2、sGravChem3分别表示第一组分、第二组分和第三组分的比重。
应该注意的是，以上方法可以使用浓缩的散装化学品，其通常具有以重量百分比测试的浓度。因此，在以上实施例中，以上所列公式以及用于执行分步装填混合的方法可以使用重量浓度百分比，作为在混合物中或者化学品供给的预期组分的测试量。可以选择地，在此处未公开的本发明实施方式的其它预期实施例中，体积浓度百分比或者其它浓度测试值可以用于某些情况，这依赖于所使用的分析装置14的类型。
然后，用先前实施例所述的相同公式和方法，计算随后的分步装填序列，加入到容器12中的混合物中。
在一个实施方式中，分步装填混合装置、系统和方法可以用于化学混合或者混和在生产半导体晶片中所使用的浓的化学品。因此，在混合物中，待混合的某一组分可以是NH4OH、H2O2或者H2O。
通过举例的方式，上述公式可以用来展示分步装填混合方法是如何使用的。对于该实施例，假设所想要的是制备包含三种组分的批料。首先两种组分命名为(“第一组分”)与(“第二组分”)。第三组分是去离子水，简写为(“diw”)。例如，假设每个组分的比重等于1。还有为了该实施例的目的，所希望的是组分混合一起，以致获得体积比1∶1∶100，其中第一组分组成1份，由变量chem1Ratio表示；第二组分组成1份，由变量chem2Ratio表示；diw组成100份的批料，由变量diwRatio表示。
对于该实施例，10,000毫升的槽12将用各组分来完成装填。在该实施例中，为了清楚，假设没有剩余体积的去离子水存在于容器中。因此，变量VolLowLev在所有的公式中均等于零。所生成批料的总体积由变量totalVol表示，其等于(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)，其中，chem1TotalVol是批料的第一组分的总体积；chem2TotalVol是满足批料要求的第二组分的总体积；diwAddedVol是加入VolLowLev以满足批料要求的去离子水的体积。
因此，计算chem1TotalVol的公式为chem1TotalVol＝chem1Ratio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，代入我们实施例的数字，chem1TotalVol＝1·(10,000÷(1+1+100))＝98毫升。使用类似的公式，chem2TotalVol＝chem2Ratio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，代入本实施例的数字，chem2TotalVol＝1·(10,000÷(1+1+100))＝98mL。
diwAddedVol表示加入VoILowLev中的去离子水的体积，它有稍微不同的公式来计算在槽12中的剩余体积的去离子水。diwAddedVol＝diwRatio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))-volLowLev。代入本实施例的数字，diwAddedVol＝100·(10,000÷(1+1+100))-0＝9804ml。
因此，批料的体积(等于totalVol)也等于(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)。代入本实施例的数字，totalVol＝(98mL+98mL+9804mL)＝10,000。10,000mL也是将完成装填的容器12的容积大小，证明该计算是正确的。
然后，确定待操作的分步装填序列的所希望的次数和每个装填序列的相对装填百分比例。分步装填序列的次数以及它们相对装填百分比是由操作人员选择。已经发现，对于有些应用领域，该方法以四个装填序列工作得很好，其中，第一序列装填容器12整个混合物的目标体积的50％，该值赋值给pourUp1Frac。第二序列装填容器12整个混合物的目标体积的25％，该值赋值给pourUp2Frac。第三和第四序列装填容器12整个混合物的目标体积的12.5％，这些值分别赋值给pourUp3Frac和pourUp4Frac。装填序列的其它量和它们百分比可以由操作员选择，并可以通过实验修改，以获得改进的结果。
在该方法的下一步中，确定每个组分的散装供给物的浓度，并加入混合物。对于该实施例，假设第一组分的散装供给物具有以重量计29％的浓度；第二组分的散装供给物具有以重量计30％的浓度；在该实施例中，去离子水(纯水)假设100％纯度。这些散装品浓度可以印刷在化学品或者组分的材料数据卡片上。
然后，计算首先两个组分的目标浓度。该实施例的分步装填方法尝试配制批料，以获得第一组分和第二组分的目标浓度。这些目标浓度由变量concChem1、concChem2来表示，其中，concChem1表示第一组分的目标浓度，concChem2表示第二组分的目标浓度。去离子水的目标浓度一般不计算，即当首先两个组分加入混合物时，去离子水通常用来装填分步装填物的剩余体积。应该注意的是，浓度可以测试为重量或者体积的量或者百分比表示，其中，任一种表示方法可以用于该公式。
然后，通过以下公式计算变量concChem1，即concChem1＝(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+chem3Ratio)。然后通过以下公式计算变量concChem2，即conceChem2＝(chem2Ratio·bulkChem2)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+chem3Ratio)。因此，代入我们实施例的数字，concChem1＝(1·29％)÷(1+1+100)＝0.284％，concChem2＝(1·30％)÷(1+1+102)＝0.294％。应该注意的是，每个组分的比重并没有成为该等式的因子，假设每个组分的比重为1。
在本实施例中，该方法的下一步是计算第一分步装填序列中加入槽12的每个组分的理论体积，其中，在该步骤，chem1FracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的第一组分的实际体积；chem2FracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的第二组分的实际体积；diwFracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的去离子水的实际体积。
为了计算chem1FracVol，使用以下的等式chem1FracVol＝chem1TotalVol·pourUp1Frac。代入本实施例的数字，chem1FracVol＝98mL·50％＝49ml。chem2FracVol＝chem2TotalVol·pourUp1Frac，代入本实施例的数字，chem2FracVol＝98mL·50％＝49ml。最后，diwFracVol＝diwAddedVol·pourUp1Frac。代入本实施例的数字，diwFracVol＝9804mL·50％＝4902mL。
该实施例的方法如图3中的步骤28很好地示出，对于第一分步装填序列，将组分加入容器12以装填容器整个体积的一部分。在该实施例中，容器12装填49mL的第一组分、49mL的第二组分以及4902mL的去离子水。现在完成第一分步装填序列。
依赖于使用什么种类的组分供给控制装置，控制器26可以驱动供给控制装置16，用合适的装置如泵或者重力供料分配装置，用作流量控制器或者其它来分配所要求量的各个组分。对于泵，例如，泵的冲程数可以通常由控制器12来计算，对于重力供料分配装置，分配时间可以通常由控制器12来计算。
该方法的下一步30要求，测定混合物中的每个组分的量/浓度。分析装置14可以用来达到该目的。对于该实施例，假设分析装置14可以测试混合物中的每个组分的量，该量是以重量百分比表示的，这也是为什么每个组分的目标量/浓度是以重量百分比来计算。对于本实施例，假设测得的第一组分的测试量为以重量计0.210％，该值赋值给变量chem1Val；第二组分的测试量测得为以重量计0.294％，该值赋值给变量chem2Val。
如在该方法公开的实施例中的图3步骤32所示，准备第二和所有随后的分步装填序列，在本实施例中，要求计算混合物中的每个组分的目标量/浓度与测试的量/浓度的比。在本实施例的步骤34中，每个组分的下一个量通过将目标量乘以在步骤32中所计算的各组分的比来计算，以确定校正的量。校正量的每个组分然后加入混合物。
为了完成此计算，本实施例的方法涉及计算一系列变量idealChem1Frac、idealChem2Frac，它们为中间变量。借此最终可以获得chem1FracVol、chem2FracVol和diwFracVol，这些量表示组分的校正体积，所述组分应该加入混合物，以校正混合物中当前分步装填序列的各组分的量/浓度。因此，变量idealChem1Frac定义为等于chem1TotalVol·pourUp2Frac。使用本实施例的数字，idealChem1Frac＝98mL·25％＝24.5mL。变量idealChem2Frac＝chem2TotalVol·pourUp2Frac。使用本实施例的数字，idealChem2Frac＝98mL·25％＝24.5mL。
现在，已经计算idealChem1Frac和idealChem2Frac，然后计算chem1FracVol和chem2FracVol，chem1FracVol等于(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val。因此，使用本实施例的数字，chem1FracVol＝(24.5mL·0.284％)÷0.210％＝33.1mL。chem2FracVol等于(idealChem2Frac·concChem2)÷chem2Val。因此，使用本实施例的数字，chem2FracVol＝(24.5mL·0.294％)÷0.294％＝24.5mL。
现在，计算了chem1FracVol和chem2FracVol，然后计算chem1FracDelta和chem2FracDelta，chem1FracDelta和chem2FracDelta分别表示第一组分和第二组分的理想体积与实际体积之间的差。Chem1FracDelta等于idealChem1Frac-chem1FracVol，chem2FracDelta等于idealChem2Frac-chem2FracVol。因此，使用本实施例的数字，chem1FracDelta＝24.5mL-33.1mL＝-8.6mL，chem2FracDelta＝24.5mlL-24.5mL＝0mL。
在本实施例中，现在可以计算变量diwFracVol，diwFracVol等于(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta。因此，将数据代入该公式，diwFracVol＝(9804mL·25％)+-8.6mL+0mL＝2442.4mL。
依据本发明的实施方式，根据本实施例，已经计算当前分步装填序列的每个组分的校正的分步装填体积，依据图3所示的步骤36和38，将它们加入混合物中。例如，对于当前的分步装填序列，33.1mL的第一组分加入混合物，24.5mL的第二组分加入混合物，2442.4mL的去离子水也加入混合物中。
应该注意的是，如果diwFracVol小于零，则chem1FracVol和chem2FracVol会超过当前分步装填序列的体积。在这种情况中，减小chem1FracVol和chem2FracVol值以提供正确的装填部分体积。每个变量通过使自身乘以以下分数来减小，((totalVol-volLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)。
如图3所示的步骤42确定容器是否填满所想要量的全部批料。在该实施例中，当所有的分步装填序列完成时，填满所想要量的全部批料将会发生。如果不是这样，则下一步装填序列从步骤30开始。如果所有的分步装填序列完成，则该方法终止于步骤44。
参考图4和图5，所示的是本发明的另一实施例，它包括分步装填方法，并引入自我诊断。该实施例的方法开始于步骤46，如图4所示。存储的自定义参数值由控制器12收集，以在分步装填方法内随后使用这些参数。这些自定义参数值可以包括待操作的分步装填序列的次数和相对装填体积百分比。自定义的参数值还可以包括信息如关于要加入到混合物中的散装组分的浓度信息。
该方法的下一步，如步骤50所示的，计算加入混合物的第一分步装填序列组分的合适体积。然后，这些组分加入混合物。对于第一分步装填序列，由分析装置如分析装置14的反馈提供存储在槽12中混合物的每个组分的量(以重量百分比浓度表示或者以体积百分比浓度表示或者以其它来表示)。然后决定该方法是在第一分步装填序列内还是第二分步装填序列。如果这是正确的，则自我诊断开始进行。
如图5所示，自我诊断开始于步骤58。该实施例的方法然后评估第一分步装填序列是否完成。如果它完成了，则确定第一分步装填序列增量值是否已经储存。第一分步装填序列增量值包括应该分配加入混合物的组分的理论体积之间的偏差，好比是由于分析装置14所检测到的偏差而可能加入混合物的组分的修订体积。
如果那些分步装填增量值没有储存，则控制器26存储那些分步装填增量值。控制器26所实施的方法然后在菱形框66作出判断(如图5所示)，确定第二分步装填序列是否完成。如果没有完成，则自我诊断方法终止于步骤74，然后该方法返回到图4所示方法的76。如果第二分步装填序列已经完成，则进行步骤68，在此处，获得第二分步装填增量值，然后，可以计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的差。
如菱形框70所示，根据该实施方式，如果任何第二分步装填增量值高于或者等于第一分步装填增量值，则进行步骤72，该步骤停止装填序列，显示错误信息。当分步装填方法不能校正在第一分步装填序列与第二分步装填序列之间的组分浓度或者量的任何偏差时，会发生该结果。换句话说，如果在第一分步装填序列的任何一组分中发现有偏差或者增量值，则将组分的校正部分装填物加入第二分步装填序列中。假设发现，任一组分的偏差或者增量值在第一分步装填序列与第二分步装填序列之间没有减小，如果是那样的话，分步装填方法注定不能完成制备所想要的批料。
回到附图5中的判断框70，如果任何第二分步装填增量值不大于或者等于第一分步装填增量值，则自我诊断方法终止于步骤74，返回如图4所示的分步装填方法中的76。
参考附图4，判断框78评估混合的组分是否准确。换句话说，分析装置14根据混合物中的样品，分析化学组分的量、重量百分比浓度、体积百分比浓度或者其它。如果它们不准确，则计算随后分步装填序列(如先前描述的)的误差校正，该计算是在步骤80和82中进行的。如果混合的组分是准确的，则该方法立即转到步骤82，在该步骤中，然后计算随后的分步装填序列的每个组分的体积，而不应用任何误差校正。
本实施方式的方法(如图4所示)然后进行到判断框84，确定第四分步是否完成。应该了解的是，如果在步骤48中所储存的自定义参数值要求小于或者大于四个分步装填序列，则判断框84评估所有想要的分步装填序列是否已经完成。
如果第四个或者最后的分步装填已经完成，则本实施方式的方法终止于步骤86，在该步骤中，槽12中的混合物的封闭循环控制可以开始。
关于附图1所更加详细公开的实施方式的分步装填混合装置，气动运行泵88可以用来使槽12中的组分再流通，以获得混合物的均一。泵88通过电磁阀与高压空气源可操作地连接。运行泵88可以是气动操作的，使由于可燃性化合物和组分流过泵88而产生的任何爆炸或者失火的风险最小化。运行泵88与槽12通过导管90以流体传递的方式连接。维修排放阀92可以是手动阀的形式，用于手动操作由导管90排放。
在分步装填混合装置10的再循环管线内，过滤器96与泵88管线连接，导管98将泵88与过滤器96相连。气动三通阀102通过导管98连接到泵88与过滤器96之间的再循环管线内，允许去离子水由高压去离子水源进入导管98，其目的是彻底洗净分步装填混合装置10。
三通阀100与阀102管线连接，以在批料之间排空。阀104与阀102也是管线连接，允许高压氮气进入分步装填混合装置10。三通阀106与过滤器96的流体传递下游连接，选择性地允许存储在槽12中的组分通过导管124传送至利用该批料的工艺室(未显示)。
导管108将过滤器96与阀106和分析泵112以流体传递的方式连接，阀110可以是电磁阀，它允许高压空气驱动分析泵112。导管114以流体传递的方式连接导管108与泵112之间，以再循环槽12中的混合物。
分析器或者分析装置14通过导管116以流体传递的形式与泵112的输出端相连接。分析器14可以是高精度的化学品浓度监视器。这种装置的例子有由HORIBA生产的SC-1监视器(市场型号No.CS-131)。分析装置或者分析器14通过导管118与旁路再循环导管120以流体传递的方式连接，并连接至阀106，所以混合物再循环经过分析器14和旁路导管120，直到导出阀106通过导管124开始传送出批料，混合物再循环至多支管24。
多支管24通过三个导管132、134和136以流体传递方式连接到组分供给控制装置，通常标明为16。组分供给控制装置16包括三个独立的组分控制装置126、128和130。每个控制装置能够准确地将散装供给物(未显示)的组分分配到多支管24。组分控制装置126、128和130每个分别由组分供给管18、20和22独立地进料。多支管24通过导管122以流体传递的方式与槽12连接。
组分控制装置126、128、130可以是任何数量的控制装置，该控制装置如泵、重力自流进料系统、流量控制器或者其它。
加热器150加热在槽12内的组分。槽温度控制器170调节加热器150，控制槽12中的混合物温度。槽温度控制器170通过温度探测器146来测试槽12中的混合物的温度。
组分供给控制装置16以及其各个组分控制装置126、128和130通过电缆188由控制器26的数字输出来控制，当希望用分布式网络时，控制器26可以设置为通过电缆186与主机168通信连接，或者直接通过主控制器(未显示)连接。
在操作中，参考附图1，控制器26接受来自于主机的一系列配方参数，这些参数描述在槽12中混合一起的所想要量的每个组分。控制器26然后进行第一分步装填序列，如先前所描述的。控制器26将指令传递给组分供给控制装置16，以分配合适量的第一分步装填物的组分。当这发生时，组分控制装置126、128和130分别通过导管18、20和22开始准确地分配来自于它们各个散装组分供给装置(未显示)的组分。每个组分然后通过导管132、134和136分配加入到多支管24中。各组分在多支管24中部分混合，然后通过导管122供应到槽12。在第一分步装填序列完成以后，分析器14能够测试储存在槽12中的混合物中的每个化学组分的量/浓度。
为了完成这，泵88通过空气阀94驱动再循环来自于槽12的混合物，所其使储存在槽12中的混合物流经导管90和98、经过过滤器96以及经过导管108。在此操作期间，关闭维修排放阀92以及排放阀100、阀102、阀104，阀106也关闭。然后，槽12中的混合物继续流经旁路导管120、多支管24，流回到槽12中。混合物的再循环流通常由弯曲箭头144来表示。在这点上，在分析装置14测试其浓度以前，储存在槽12中的混合物再循环经过各种导管，混合该混合物以生成更均匀的混合物。然后，分析泵112通过空气阀110来激活，它将部分混合物由导管108泵到流过导管114、泵112、分析装置14，在分析装置14中，可以测试混合物的浓度。然后，混合物通过导管118流出分析装置14，流经多支管24，通过导管122进入槽12。
对于随后的分步装填序列，再进行相同的通用方法(如刚刚所述的)。在本实施例中，在随后的分步装填序列进行之前，运行泵88和分析泵112通过它们各自的阀94和阀110都处于停止状态，尽管对于其它的应用领域，它们可能不是停止的。在完成所有的分步装填序列之后或者在其它时候，槽温度控制器170可以使加热器150加热混合物至预定温度。对于某些混合物，为了随后在生产过程中或者其它的过程或者目的应用，可能要求这点。
在所有分步装填序列完成以后，对于某些应用领域，可能希望的是，将储存在槽12中的混合物转移到工艺室(未显示)。这可以通过首先确保关闭维修排放阀92来完成。排放管100是关闭的，DI冲洗阀102是关闭的，氮气阀104也是关闭的。然而，在该步骤中，阀106现在是开的。然后，运行泵88通过阀94运行，它将槽12中的混合物泵到经过导管90、泵88、导管98、过滤器96，到达导管108。由于阀106现在是开的，则混合物流经阀106、导管124，在导管124处，它可以被传递到工艺室或者其它的目的地。
回收排放三通阀140设置在导管138和142之间，所以当回收排放阀140是打开时，通过导管138和142并经过阀140，再循环的混合物可以回收到槽12中。应该注意的是，在所有其它的操作分步装填混合系统10中，回收排放阀140通常是关闭的。
在操作过程中，控制器26通过一系列的通信线160与槽温度控制器170在RS-485通信协议下进行通信。同样地，控制器26还可以通过数字串行线或者通过模拟信号源(如果希望使用)与组分供给控制装置16以及其各个组分控制装置126、128和130进行通信。控制器26可以通过另一串行连接186与主机168进行通信。
参考附图6来更详细地说明控制器26，控制器164包括控制器包180，它包括多个数字输入端、数字输出端、串行端口、A/D信道以及可编程序逻辑控制器总线(PLC BUS)。这种控制器的一个例子有型号为PK 2600的Z-World控制器。这种Z-World控制器包含BL 1700控制器183、OP 7100显示器和触摸屏182。控制器包180有一第一串行端口182，它提供在控制器180与分析装置如分析装置14之间进行RS 232通信。第二串行端口186提供在控制器180与主机168或者主控制器(未显示)之间进行通信。第三串行端口158也设置在控制器包180上，与槽温度控制器170(如图1所示)之间提供RS-485通信。控制器包180还包括16位数字输出端，通常表示为电缆188，它们可操作地连接到分步装填混合装置和系统10的各种泵和阀，包括组分供给控制装置16。控制器包180还包含16位数字输入端，通常表示为190，它们将各种液位传感器、检漏器以及其它的数字信号输入给控制器包180。这样的液位传感器如图1所示的传感器154，它通过数字输入线156与控制器170连接。
PLC总线也包括在控制器包180上，通常表示为192。PLC总线由控制器包180以带状电缆接出，连接多个延伸装置如扩展IO装置194、辅助串行输出装置208、D/A信道装置199。PLC总线为这些控制器包180上的附属装置提供数字输入和输出控制。
扩展IO装置194提供另外的输出端，它可以用来控制分步装填混合系统10中的另外部分。
辅助串行输出附件208也连接到PLC总线192，并设置另外的RS 232通信端口，用于数据存入和交互，主要用于监视和软件开发。该RS 232通信端口通常表示为210，它也可以连接记录器212，以纪录和监视在控制器包180上的操作。通过该RS 232通信端口210，也可以装载用于控制器包180的软件(如果希望)。
D/A附件199另外连接到PLC总线192，提供模拟输出信号以控制在分步装填混合装置或者系统10(如图1所示)上的各个部件。可以由D/A附件199所控制的该部件可以是组分供给控制装置126、128或者130，也可以是泵88和114。可以选择地是，TAKVTOI附件可以操作性地与D/A附件相连，将来自于附件199的模拟电压输出信号转换成多个电流信号。由TAKVTOI附件201所产生的这些电流信号，可以用于驱动作为分步装填混合装置和系统10的一部分的各种计量泵。
控制器包180还包括八个12位A/D信道，以监视来自于分步装填混合系统10的各种信息。例如，热电偶如热电偶146(图1)可以连接到一个A/D信道204上，所以控制器包180可以监视混合物的温度。另外，A/D信道还可以监视各种流量控制器或者计量泵，它们可以是一般分步装填混合系统10的一部分。
分步装填物法则或者方法可以以软件的形式装载到控制器包180，通过合适的储存媒介如光盘206，其中，它包含分步装填法则或者方法，或者通过RS 232通信端口210来装载。
当此处所公开的本发明实施方式已经具体地展示，并且参考其具体实施方式
来描述时，本领域技术人员应该了解到，在没有偏离本发明的真正精神和范围的情况下，可以作出各种形式上和细节上地变化。
权利要求
1.一种配制批料的方法，其包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B确定容器中的每个组分的量；步骤C计算至少一种组分的目标量与所测定的当前量的比步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E将校正量的组分加入容器的混合物中；步骤F加入一些另外组分，调整各组分的比例到目标配方；以及步骤G重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定待操作的一些分步装填物的所想要的分步装填序列。
3.如权利要求2所述的方法，其中，步骤A进一步地包括装填容器至序列中的第一分步装填百分比，从步骤B到步骤G的每个重复循环进一步地包括装填容器至序列中的随后的分步装填百分比。
4.如权利要求3所述的方法，其中，装填容器至序列中的第一分步装填百分比包括totalVol，其包括(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)，其中chem1TotalVol为第一组分的总体积；chem2TotalVol为第二组分的总体积；VolLowLev为容器中的剩余体积；totalVol为该批料的总体积；以及diwAddedVol为加入VolLowLev以获得TotalVol的第三组分的体积。
5.如权利要求4所述的方法，其中，chem1FracVol包括(chem1TotalVol·pourUp1Frac)，其中，chem1FracVol为满足当前分步装填序列的第一组分的实际体积；以及pourUp1Frac为第一装填序列的分步装填百分比。
6.如权利要求5所述的方法，其中，chem1TotalVol包括(chem1Ratio·x)，其中，x包括(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，并且其中diwAddedVol包括(diwRatio·x)-VolLowLev，其中chem1Ratio为当前分步装填序列的第一组分的装填体积比；chem2Ratio为当前分步装填序列的第二组分的装填体积比；diwRatio为当前分步装填序列的第三组分的装填体积比；diwAddedVol为加入VolLowLev以获得TotalVol体积的第三组分的体积；以及x为中间变量。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定容器中的每个组分的、在步骤B中以重量百分比测试的量。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定要加入容器的组分的目标体积混合比。
9.如权利要求8所述的方法，其中，加入容器的每个组分具有已知的供给浓度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述方法进一步地包括基于该组分的目标体积混合比与组分的供给浓度来计算某一组分的目标量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述计算包括concChem1，它包括(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)，其中chem1Ratio为当前分步装填序列的第一组分的装填体积比；chem2Ratio为当前分步装填序列的第二组分的装填体积比；diwRatio为当前分步装填序列的第三组分的装填体积比；以及bulkChem1为以重量百分比表示的第一组分供给浓度；以及concChem1为第一组分的目标量。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述方法进一步地包括将某一组分的目标量修改为批料中的每个组分的比重的函数。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述计算包括concChem1，它包括(chem1Ratio·bulkChem1·sGravChem1)÷((chem1Ratio·sGravChem1)+(chem2Ratio·sGravChem2))+(diwRatio·sGravChem3)，其中concChem1为第一组分的目标浓度；chem1Ratio为第一组分的装填体积比；chem2Ratio为第二组分的装填体积比diwRatio为第三组分的装填体积比；bulkChem1为第一组分的供给浓度；sGravChem1为第一组分的比重；sGravChem2为第二组分的比重；以及sGravChem3为第三组分的比重。
14.如权利要求3所述的方法，其中，装填容器至序列中的随后的分步装填百分比包括计算idealChem1Frac，它包括(chem1TotalVol·pourUp2Frac)，其中idealChem1Frac为满足分步装填要求的第一组分的理想体积；chem1TotalVol为满足当前分步装填序列要求的第一组分的总体积；pourUp2Frac为序列中的随后分步装填百分比。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算chem1FracVol，它包括(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val，其中chem1Val为批料中的第一组分的测试量；chem1FracVol为满足当前分步装填系列要求的第一组分的实际体积；以及concChem1为第一组分的目标浓度。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算Chem1FracDelta，它包括(idealChem1Frac-chem1FracVol)，其中chem1FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第一组分的理想体积与实际体积的差。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算diwFracVol，它包括(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta，其中diwFracVol为满足当前分步装填序列要求的第三组分的实际体积；VolLowLev为容器中的剩余体积；diwAddedVol为加入VolLowLev以获得总体积的第三组分的体积；chem1FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第一组分的理想体积与实际体积的差；chem2FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第二组分的理想体积与实际体积的差。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算diwAddedVol，它包括(diwRatio·x)-VolLowLev，其中，x为(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，其中chem1Ratio为第一组分的装填体积比；chem2Ratio为第二组分的装填体积比；diwRatio为第三组分的装填体积比；volLowLev为容器中的第三组分的剩余体积；totalVol为批料的总体积；以及X为中间变量。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定diwFracVol是否为负，如果diwFracVol为负的，则通过将当前分步装填序列加入的第一组分体积乘以((totalVol-VolLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)，使第一组分的体积减小，其中totalVol为批料的总体积；pourUp2Frac为当前分步装填序列的分步装填百分比；chem1FracVol为满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积；以及chem2FracVol为满足当前分步装填系列要求的第二组分的实际体积。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括比较至少一种组分的目标量与所确定量的当前比和先前测量比，其中，如果当前比高于先前的比，则发出警报信号。
21.如权利要求1所述的方法，其中，每个组分的量由吸收光谱测定来确定。
22.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为NH4OH。
23.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为H2O2。
24.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为H2O。
25.一种计算机可读的媒介，其上存储有用于执行以下方法的计算机可执行指令，所述方法包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B确定容器中的每个组分的量；步骤C计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E将校正量的组分加入容器中的混合物中；步骤F加入一些另外组分，调整各组分的比例到目标配方；以及步骤G重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
26.一种用于制备批料的装置，其包括槽；至少两个化学品分配装置，每个化学品分配装置都有地进口和出口，每个进口与化学品供给连接，每个出口与所述槽连接；分析装置，用于测试一种或者多种组分的量，所述分析装置与所述槽连接；控制器，与所述化学品分配装置和分析装置相连接、执行以下步骤的步骤A为了所想要的批料，控制器使化学品分配装置将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B控制器用于确定容器中的每个组分的量；步骤C控制器用于计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比步骤D控制器通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E控制器用于将该校正量的组分加入容器中的混合物中；步骤F控制器用于将一些另外组分加入，以调整各个组分的比例到目标配方；以及步骤G控制器用于重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
27.一种用于配制批料的系统，其包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小容器，到整个容器体积的一部分的单元；步骤B用于确定容器中的每个组分的量的单元；步骤C用于计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比的单元步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量的单元；步骤E将该校正量的组分加入容器中的混合物中的单元；步骤F将一些另外组分加入以调整各个组分的比例到目标配方的单元；以及步骤G重复步骤B到步骤F直到容器装填所想要量的批料的单元。
28.一种方法，使用化学品控制装置和一系列的分步装填序列，在容器中配制所想要量组分的批料，所述方法包括步骤A读取所储存的、多个分步装填百分比的自定义参数值；步骤B使用在步骤A中所读取的定义参数值，计算第一分步装填的、加入容器中的混合物的每个组分的要求量；步骤C将在步骤B中计算的要求量的每个组分加入容器的混合物中；步骤D读取分析仪器的反馈值，用于确定混合物中的每个组分的量；步骤E确定当前分步装填序列是否是第一或者第二分步装填序列；如果它是第一或者第二分步装填序列，转到步骤F；如果它不是第一或者第二分步装填序列，转到步骤L；步骤F确定第一分步装填序列是否完成；如果第一分步装填序列完成，转到步骤G；如果第一分步装填序列没有完成，转到步骤I；步骤G确定第一分步装填增量值是否已经储存；如果第一分步装填增量值已经储存，则转到步骤I；如果第一分步装填增量值没有储存，则转到步骤H；步骤H存储第一分步装填增量值；转到步骤I；步骤I确定第二分步装填是否完成；如果第二分步装填没有完成，则转到步骤L；如果第二分步装填完成，则转到步骤J；步骤J获得第二分步装填增量值；计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的增量值；确定任一第二分步增量值是否高于或者等于第一分步增量值；如果任一第二分步增量值高于或者等于第一分步增量值，则转到步骤K；如果任一第二分步增量值不高于或者不等于第一分步增量值，则转到步骤L；步骤K停止分步装填序列；传送错误信息；步骤L比较分析仪器的反馈与组分所想要的量；如果分析仪器的反馈与组分所想要的量不相等，计算化学控制装置的误差校正；使用所计算的误差校正，计算加入容器的混合物中的、下一分步装填的每个组分的要求量；确定最后的分步装填序列是否完成；如果最后的分步装填序列没有完成，则转到步骤E。
29.一种计算机可读的媒介，它存储有用于操作以下方法的计算机可执行指令，所述方法用化学控制装置和一系列的分步装填序列在容器中来配制所想要量组分的批料，其包括步骤A读取所储存的、多个分步装填百分比的自定义参数值；步骤B使用在步骤A中所读取的定义参数值，计算第一分步装填的、加入容器的混合物中的每个组分的要求量；步骤C将在步骤B中计算的要求量的每个组分加入容器的混合物中；步骤D读取分析仪器的反馈值，用于确定混合物中的每个组分的量；步骤E确定当前分步装填序列是第一或者第二分步装填序列；如果它是第一或者第二分步装填序列，转到步骤F；如果它不是第一或者第二分步装填序列，转到步骤L；步骤F确定第一分步装填序列是否完成；如果第一分步装填序列完成，转到步骤G；如果第一分步装填序列没有完成，转到步骤I；步骤G确定第一分步装填增量值是否已经储存；如果第一分步装填增量值已经储存，则转到步骤I；如果第一分步装填增量值没有储存，则转到步骤H；步骤H存储第一分步装填增量值；转到步骤I；步骤I确定第二分步装填是否完成；如果第二分步装填没有完成，则转到步骤L；如果第二分步装填完成，则转到步骤J；步骤J获得第二分步装填增量值；计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的增量值；确定任一第二分步增量值是否高于或者等于第一分步增量值；如果任一第二分步增量值高于或者等于第一分步增量值，则转到步骤K；如果任一第二分步增量值不高于或者不等于第一分步增量值，则转到步骤L；步骤K停止分步装填序列；传送错误信息；步骤L比较分析仪器的反馈与组分所想要的量；如果分析仪器的反馈与组分所想要的量不相等，计算化学控制装置的误差校正；使用所计算的误差校正，计算加入容器中的混合物的、下一分步装填的每个组分的要求量；确定最后的分步装填序列是否完成；如果最后的分步装填序列没有完成，则转到步骤E。
全文摘要
配备包括至少两种组分的批料的系统和方法。将各组分加入容器，部分装填容器(28)。确定在容器中各组分的量(30)，并计算至少一个组分的目标量与所确定的当前量的比(32)。待加入混合物组分的下一个量通过将目标量乘以所计算的比以确定其校正量(34)来计算。将校正量的组分加入混合物(36)，并将一些另外组分加入该混合物，以调整各组分的比例到目标配方(38)。可以重复这些步骤直到完成批料。
文档编号B01F15/02GK1997949SQ200480043760
公开日2007年7月11日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年7月8日
发明者迈克尔·B.·辛普森, 乔治·V.·伍德利, 加里·R.·安德森 申请人:特雷斯－阿尔克公司
技术领域：
本发明整体上涉及用于混合化学品的装置、系统和方法。更具体地涉及用于根据给定的配方以准确的方式混合各组分的装置、系统和方法。
背景技术：
这部分描述了本发明所公开实施方式的背景，但并不打算表示或者暗示该部分所讨论的背景技术合法地构成现有技术。
已经有各种不同类型和种类的用于混合多个组分的装置、系统和方法。例如，参考如下美国的专利和专利申请，将每个所述专利和专利申请整体引入此处作为参考
目前，许多生产方法需要在所述方法的不同步骤期间运用化学组分混合以处理各个部分。以前，这些混合的组分依赖于投入化学品的控制装置来获得所想要的混合物，然后在线测试该混合物以得到可接受的使用量。在有些情况中，使用外部的分析仪器或者化验室来确认所混合的混合物，而在其它的情况中，则使用在线测试产品。
虽然这些方法对于有些领域保证方法的品质是成功的，但是它们每个都可能使用不必要的和不希望的延迟。如果测试失败，在测试结果之后，可能需要排出和再装填化学品。对于某些应用领域的生产方法，这可能导致不可接受的延迟、额外的成本和额外的周期。
附图简要说明如下是附图的简要描述
图1是依据本发明的实施方式所构成的化学混合系统的简图；图2是依据图1的系统使用分步装填方法所装填的槽的前视图；图3是分步装填混合方法的流程图，所述方法可以应用于图1的系统；图4和图5是另一分步装填混合方法的流程图，所述方法可以应用于图1的系统；以及图6是控制器的方块图，所述控制器用于图1的系统。
本发明某些实施方式的详细描述根据本发明的某些实施方式，提供一种配制包含至少两种组分的批料的系统和方法。供给容器各组分，以部分装填该容器。确定在容器中各组分的量，计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比。通过将目标量乘以所计算的比以确定其校正量，来计算加入混合物中该组分的下一个量。将校正量的组分加入混合物，并将一些另外组分加入该混合物，以调整各组分的比例到目标配方。可以重复这些步骤直到完成批料。
根据本发明的某些实施方式，提供一种用于混合各组分的分步装填混合(fractional fill mixing)装置、系统和方法。在一个公开的实施方式中，分步装填装置、系统和方法包括用于保存各组分的容器、用于测试放置在容器内各组分的浓度或者量的在线分析装置、以及用于将组分分配至容器中的组分供给控制装置。控制器可操作地与组分供给控制装置和分析装置相连接。控制器进一步运用分步装填运算法则，将至少两组分加入容器，装填整个体积的一部分，以得到所想要的批料。
根据本发明的某些实施方式，控制器运用分步装填混合法则，在装填序列中，装填容器总体积的最初部分体积。该部分体积再循环以确保均匀的混合物，在线分析装置确定混合物的组成部分，并将关于当前混合物的信息传递给控制器。实施分步装填混合法则的控制器以如下方式来调节组分供给控制装置，即在混合物总体积的随后部分中，校正混合物的实际值与理想值之间的偏差。所得到的混合物即为所想要的混合物，对于许多领域，不需要额外的测试。
现参考附图，更具体地参考图1，所示的是分步装填混合装置或者系统10，它依据本发明的实施方式构成，通常在槽或者容器12中混合两个或者多个组分。分析器或者分析装置14用于测试容器12中的每个组分的量。如16通常所示的组分供给控制装置可控地将两个或者多个组分分配到槽或者容器12中。组分供给控制装置16通过多个组分供给入口如第一组分供给入口18、第二组分供给入口20和第三组分供给入口22来分配组分。每个组分供给入口18、20和22以流体传递的方式与多个组分供给装置(未显示)相连接。多支管24接受来自于组分供给器控制装置16的多个组分，然后，各个组分由多支管24流至容器12。
如图2所示，根据分步装填混合法则，槽或者容器12最初可以包含剩余体积的待混合的多个组分中的一个组分，如由volLowLev 200表示。因此，当剩余体积的其中一个组分存在于槽12时，槽的低位(low level)通常显示在210。
根据本发明的实施方式，然后，通过两个或者多个分步或者部分装填序列，槽12依次地被分步装填。每次装填部分的体积分别显示为202、204和208。例如，如图2所示，分步装填序列通常可以包括四个分步装填序列volFrac1、volFrac2、volFrac3和volFrac4。应该指出的是，槽或者容器12可以在高位点212之上具有额外的体积(未显示)。因此，高位点212表示当分步装填序列完成时可以达到的高度，但不必表示槽12的最大容量。
如图3所示，分步装填混合方法开始于模块27。为了所想要的批料，分步装填混合方法将至少两个组分加入容器12中，装填整个容器12体积的一部分。然后，该方法测定容器中的每个组分量，如方块30通常所示的。在容器12中所测量的每个组分的量可以以重量百分比或者体积百分比表示。该方法然后计算至少一个组分的所想要的混合物的目标量与确定现有量(如方块30所测量的)之间的比。该步骤通常如方块32所示的。如方块34所示，该方法然后通过将该组分的目标量乘以方块32中所计算的比确定其校正量，来计算至少一个组分中的下一个量。如方块36所示，该方法然后命令组分供给控制装置16，使校正量的组分加入容器12的混合物中。该方法(如方块38所示的)然后加入一些另外组分，调节各组分的比例到目标配方。重复如方块30、32、34、36和38所示的步骤，直到容器装填所想要量的批料。当容器12装填所想要量的批料时，该过程结束，如方块44所示。
鉴于刚刚更详细描述的方法，参考附图2，该方法包括确定待操作的分步装填物的量的所想要的分步装填序列。例如，图2所示的是槽12，所述槽将包含混合物，最终包含由该方法所产生的最终所想要的批料。图2所示的是随后分步装填序列的多个体积水平。在本实施例中，四个分步装填序列有待操作。第一分步装填序列装填容器12至约其体积的50％，如由区域202所示的，该体积表示为volFrac1。在该实施例中，分步装填体积等于50％，包括由volLowLev 200所表示的剩余体积。剩余体积是在分步装填方法开始前已经存在于槽12中的剩余组分的体积。可以有或者没有剩余体积，因为这依赖于使用者的要求。在槽12中，剩余体积的组分通常与形成当前批料的其中一个组分相同。第二分步装填物装填容器另外25％的体积，如由区域204所示的，其中，该分步装填物的体积用volFrac2表示。第三和第四分步装填物的体积，volFrac3和volFrac4分别由区域206和208表示，分别装填容器另外12.5％的体积，直到大约装满容器，如箭头212所示。
刚才所述的分步装填体积和百分比仅作为实施例的目的，它们可以修改为所想要的数值以获得各种装填序列，这对于本领域技术人员来讲是清楚的。例如，不用四个分步装填序列，可以使用三个分步装填序列，其中，每个分步装填体积序列可能包括大约33％或者三分之一的容器体积。仅为了实施例缘故，分步装填方法的随后讨论将使用四个分步装填序列。第一分步装填序列volFrac1等于50％的总批料体积，第二分步装填序列volFrac2包含25％的总批料体积，第三和第四分步装填序列volFrac 3和volFrac 4每个包含12.5％的总批料体积，如先前所述。
因此，容器12中的批料总体积用变量totalVol表示，totalVol等于(volLowLev+volFrac1+volFrac2+volFrac3+volFrac4)。totalVol还可以用(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)来表示。chem1TotalVol表示批料中的第一组分的总体积。chem2TotalVol表示批料中的第二组分的总体积。diwAddedVol表示加入VolLowLev中的第三组分(典型地为去离子水)的体积。应该注意的是，diwAddedVol表示第三组分，通常为去离子水，但是它可以是希望成为批料一部分的任何其它组分。为了使随后的实施例清楚，容器12中的剩余体积的组分定义为与所想要批料的第三组分diwAddedVol相同的组分，所以当diwAddedVol和VolLowLev合并时，可以得到第三组分的总体积。
分步装填混合方法然后通过装填容器至序列中的第一分步装填百分比来开始。在我们的实施例中，第一装填百分比例为50％，如在图2中所示、由volFrac1 202所表示。然后计算满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积，该体积由chem1FracVol表示。chem1FracVol等于chem1TotalVol·pourUp1Frac，其中，pourUp1Frac为第一装填序列的分步装填百分比，在本实施例中为50％。chem2FracVol使用类似的公式来计算。
然后，第一组分的总体积的计算必须计算为由chem1TotalVol表示。chem1TotalVol定义为chem1Ratio·x，其中，x为中间变量。x定义为TotalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)。chem1Ratio和chem2Ratio分别定义为第一和第二组分所装填的体积比。diwRatio为第三组分所装填的体积比。
加入VolLowLev以获得totalVol的第三组分体积定义为diwAddedVol，它等于(diwRatio·x)-VolLowLev。
分步装填混合方法下一步包括基于该组分的目标体积混合比和组分的供给浓度来计算一个组分的目标量。一个组分的目标量表示为concChem1，它定义为(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)。其中，chem1Ratio、chem2Ratio和diwRatio分别表示当前分步装填序列的第一、第二和第三组分的装填体积比。BulkChem1表示第一组分的供给浓度。用类似公式计算其它组分的目标量，在该公式中，上述等式的分子用要计算的各个组分的散装组分供给物(bulk ingredient supply)的比例和浓度来代替。现在，已经计算chem1FracVol，chem2FracVol和diwFracVol也如刚刚所描述一样来计算。
在根据本发明某一实施方式的分步装填混合方法中，在这点上，第一部分通过如下方式倾倒入，即通过控制器26将信号传送给组分供给控制装置16，准备并提供由chem1FracVol所表示的体积的组分，然后准备并提供由chem2FracVol所表示的体积的组分，最后准备并提供由diwFracVol所表示的体积的化学品。
现在第一分步装填物已经加入容器12，必须计算随后的分步装填序列，并加入容器12。为了操作剩余的分步装填序列，可以计算理想的化学品部分如idealChem1Frac。对加入容器12的每个组分，可以计算理想的化学品部分。例如，idealChem1Frac定义为(chem1TotalVol·pourUp2Frac)，其中，chem1TotalVol表示满足当前分步装填序列要求的第一组分的总体积，pourUp2Frac为依次序的随后分步装填百分比。例如，因为这是第二校正装填序列，该实施例中的pourUp2Frac等于25％。通过使用类似的公式，可以计算每个组分的其它理想化学品部分，在该公式中，chem1TotalVol可以用要估算的其它组分的总体积取代。
下一步，必须计算满足当前分步装填序列要求的每个组分的实际体积。通过举例的方式，满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积用chem1FracVol表示，其定义为(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val，其中，chem1Val为批料中的第一组分的测试量或者测试浓度。类似公式可以用来计算在该分步装填序列期间要加入到混合物中的其它组分的实际体积，其它组分的理论量/浓度、理想化学品部分以及测试量/浓度可以在以上公式的合适部分代入。
该方法进一步地包括计算第一组分的理想体积与实际体积的差。这通过由idealChem1Frac减去chem1FracVol计算。用相同公式，用满足当前分步装填序列要求的实际体积和理想化学品部分，来计算第二组分的chem2FracDelta。
满足当前分步装填序列要求的的第三组分的实际体积可以使用不同的公式。diwFracVol等于(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta，其中，diwAddedVol为第三组分在其VolLowLev处的体积，以获得第三组分总体积。如以上所讨论的，这假设VolLowLev(其表示容器的剩余体积)是与第三组分相同的组分。Chem1FracDelta定义为第一组分的理想体积与实际体积的差，chem2FracDelta定义为第二组分的理想体积与实际体积的差。因此，diwFracVol表示对当前分步装填序列从体积上装填剩余体积。
如先前所述的，diwAddedVol表示加入VolLowLev以获得总体积的第三组分的体积。diwAddedVol定义为diwRatio·x-VolLowLev，其中x定义为(TotalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))。如果确定diwFracVol为负，则diwFracVol通过将加入混合物的第一组分体积乘以((totalVol-VolLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)来减小。第二组分的体积也通过乘以相同的公式而减小。
应该注意的是，以重量百分比表示的某一组分的目标量可以修改为批料中的每个组分的比重的函数。例如，通过例子，concChem1可以通过使用如下的替代公式来修改为比重的函数(chem1Ratio·bulkChem1·sGravChem1)÷((chem1Ratio·sGravChem1)+(chem2Ratio·sGravChem2))+(diwRatio·sGravChem3)，其中，concChem1为第一组分的目标浓度，chem1Ratio为第一组分的装填体积比，chem2Ratio为第二组分的装填体积比，diwRatio为第三组分的装填体积的比。BulkChem1为第一组分的供给浓度。sGravChem1、sGravChem2、sGravChem3分别表示第一组分、第二组分和第三组分的比重。
应该注意的是，以上方法可以使用浓缩的散装化学品，其通常具有以重量百分比测试的浓度。因此，在以上实施例中，以上所列公式以及用于执行分步装填混合的方法可以使用重量浓度百分比，作为在混合物中或者化学品供给的预期组分的测试量。可以选择地，在此处未公开的本发明实施方式的其它预期实施例中，体积浓度百分比或者其它浓度测试值可以用于某些情况，这依赖于所使用的分析装置14的类型。
然后，用先前实施例所述的相同公式和方法，计算随后的分步装填序列，加入到容器12中的混合物中。
在一个实施方式中，分步装填混合装置、系统和方法可以用于化学混合或者混和在生产半导体晶片中所使用的浓的化学品。因此，在混合物中，待混合的某一组分可以是NH4OH、H2O2或者H2O。
通过举例的方式，上述公式可以用来展示分步装填混合方法是如何使用的。对于该实施例，假设所想要的是制备包含三种组分的批料。首先两种组分命名为(“第一组分”)与(“第二组分”)。第三组分是去离子水，简写为(“diw”)。例如，假设每个组分的比重等于1。还有为了该实施例的目的，所希望的是组分混合一起，以致获得体积比1∶1∶100，其中第一组分组成1份，由变量chem1Ratio表示；第二组分组成1份，由变量chem2Ratio表示；diw组成100份的批料，由变量diwRatio表示。
对于该实施例，10,000毫升的槽12将用各组分来完成装填。在该实施例中，为了清楚，假设没有剩余体积的去离子水存在于容器中。因此，变量VolLowLev在所有的公式中均等于零。所生成批料的总体积由变量totalVol表示，其等于(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)，其中，chem1TotalVol是批料的第一组分的总体积；chem2TotalVol是满足批料要求的第二组分的总体积；diwAddedVol是加入VolLowLev以满足批料要求的去离子水的体积。
因此，计算chem1TotalVol的公式为chem1TotalVol＝chem1Ratio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，代入我们实施例的数字，chem1TotalVol＝1·(10,000÷(1+1+100))＝98毫升。使用类似的公式，chem2TotalVol＝chem2Ratio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，代入本实施例的数字，chem2TotalVol＝1·(10,000÷(1+1+100))＝98mL。
diwAddedVol表示加入VoILowLev中的去离子水的体积，它有稍微不同的公式来计算在槽12中的剩余体积的去离子水。diwAddedVol＝diwRatio·(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))-volLowLev。代入本实施例的数字，diwAddedVol＝100·(10,000÷(1+1+100))-0＝9804ml。
因此，批料的体积(等于totalVol)也等于(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)。代入本实施例的数字，totalVol＝(98mL+98mL+9804mL)＝10,000。10,000mL也是将完成装填的容器12的容积大小，证明该计算是正确的。
然后，确定待操作的分步装填序列的所希望的次数和每个装填序列的相对装填百分比例。分步装填序列的次数以及它们相对装填百分比是由操作人员选择。已经发现，对于有些应用领域，该方法以四个装填序列工作得很好，其中，第一序列装填容器12整个混合物的目标体积的50％，该值赋值给pourUp1Frac。第二序列装填容器12整个混合物的目标体积的25％，该值赋值给pourUp2Frac。第三和第四序列装填容器12整个混合物的目标体积的12.5％，这些值分别赋值给pourUp3Frac和pourUp4Frac。装填序列的其它量和它们百分比可以由操作员选择，并可以通过实验修改，以获得改进的结果。
在该方法的下一步中，确定每个组分的散装供给物的浓度，并加入混合物。对于该实施例，假设第一组分的散装供给物具有以重量计29％的浓度；第二组分的散装供给物具有以重量计30％的浓度；在该实施例中，去离子水(纯水)假设100％纯度。这些散装品浓度可以印刷在化学品或者组分的材料数据卡片上。
然后，计算首先两个组分的目标浓度。该实施例的分步装填方法尝试配制批料，以获得第一组分和第二组分的目标浓度。这些目标浓度由变量concChem1、concChem2来表示，其中，concChem1表示第一组分的目标浓度，concChem2表示第二组分的目标浓度。去离子水的目标浓度一般不计算，即当首先两个组分加入混合物时，去离子水通常用来装填分步装填物的剩余体积。应该注意的是，浓度可以测试为重量或者体积的量或者百分比表示，其中，任一种表示方法可以用于该公式。
然后，通过以下公式计算变量concChem1，即concChem1＝(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+chem3Ratio)。然后通过以下公式计算变量concChem2，即conceChem2＝(chem2Ratio·bulkChem2)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+chem3Ratio)。因此，代入我们实施例的数字，concChem1＝(1·29％)÷(1+1+100)＝0.284％，concChem2＝(1·30％)÷(1+1+102)＝0.294％。应该注意的是，每个组分的比重并没有成为该等式的因子，假设每个组分的比重为1。
在本实施例中，该方法的下一步是计算第一分步装填序列中加入槽12的每个组分的理论体积，其中，在该步骤，chem1FracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的第一组分的实际体积；chem2FracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的第二组分的实际体积；diwFracVol表示满足当前或者第一分步装填序列的去离子水的实际体积。
为了计算chem1FracVol，使用以下的等式chem1FracVol＝chem1TotalVol·pourUp1Frac。代入本实施例的数字，chem1FracVol＝98mL·50％＝49ml。chem2FracVol＝chem2TotalVol·pourUp1Frac，代入本实施例的数字，chem2FracVol＝98mL·50％＝49ml。最后，diwFracVol＝diwAddedVol·pourUp1Frac。代入本实施例的数字，diwFracVol＝9804mL·50％＝4902mL。
该实施例的方法如图3中的步骤28很好地示出，对于第一分步装填序列，将组分加入容器12以装填容器整个体积的一部分。在该实施例中，容器12装填49mL的第一组分、49mL的第二组分以及4902mL的去离子水。现在完成第一分步装填序列。
依赖于使用什么种类的组分供给控制装置，控制器26可以驱动供给控制装置16，用合适的装置如泵或者重力供料分配装置，用作流量控制器或者其它来分配所要求量的各个组分。对于泵，例如，泵的冲程数可以通常由控制器12来计算，对于重力供料分配装置，分配时间可以通常由控制器12来计算。
该方法的下一步30要求，测定混合物中的每个组分的量/浓度。分析装置14可以用来达到该目的。对于该实施例，假设分析装置14可以测试混合物中的每个组分的量，该量是以重量百分比表示的，这也是为什么每个组分的目标量/浓度是以重量百分比来计算。对于本实施例，假设测得的第一组分的测试量为以重量计0.210％，该值赋值给变量chem1Val；第二组分的测试量测得为以重量计0.294％，该值赋值给变量chem2Val。
如在该方法公开的实施例中的图3步骤32所示，准备第二和所有随后的分步装填序列，在本实施例中，要求计算混合物中的每个组分的目标量/浓度与测试的量/浓度的比。在本实施例的步骤34中，每个组分的下一个量通过将目标量乘以在步骤32中所计算的各组分的比来计算，以确定校正的量。校正量的每个组分然后加入混合物。
为了完成此计算，本实施例的方法涉及计算一系列变量idealChem1Frac、idealChem2Frac，它们为中间变量。借此最终可以获得chem1FracVol、chem2FracVol和diwFracVol，这些量表示组分的校正体积，所述组分应该加入混合物，以校正混合物中当前分步装填序列的各组分的量/浓度。因此，变量idealChem1Frac定义为等于chem1TotalVol·pourUp2Frac。使用本实施例的数字，idealChem1Frac＝98mL·25％＝24.5mL。变量idealChem2Frac＝chem2TotalVol·pourUp2Frac。使用本实施例的数字，idealChem2Frac＝98mL·25％＝24.5mL。
现在，已经计算idealChem1Frac和idealChem2Frac，然后计算chem1FracVol和chem2FracVol，chem1FracVol等于(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val。因此，使用本实施例的数字，chem1FracVol＝(24.5mL·0.284％)÷0.210％＝33.1mL。chem2FracVol等于(idealChem2Frac·concChem2)÷chem2Val。因此，使用本实施例的数字，chem2FracVol＝(24.5mL·0.294％)÷0.294％＝24.5mL。
现在，计算了chem1FracVol和chem2FracVol，然后计算chem1FracDelta和chem2FracDelta，chem1FracDelta和chem2FracDelta分别表示第一组分和第二组分的理想体积与实际体积之间的差。Chem1FracDelta等于idealChem1Frac-chem1FracVol，chem2FracDelta等于idealChem2Frac-chem2FracVol。因此，使用本实施例的数字，chem1FracDelta＝24.5mL-33.1mL＝-8.6mL，chem2FracDelta＝24.5mlL-24.5mL＝0mL。
在本实施例中，现在可以计算变量diwFracVol，diwFracVol等于(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta。因此，将数据代入该公式，diwFracVol＝(9804mL·25％)+-8.6mL+0mL＝2442.4mL。
依据本发明的实施方式，根据本实施例，已经计算当前分步装填序列的每个组分的校正的分步装填体积，依据图3所示的步骤36和38，将它们加入混合物中。例如，对于当前的分步装填序列，33.1mL的第一组分加入混合物，24.5mL的第二组分加入混合物，2442.4mL的去离子水也加入混合物中。
应该注意的是，如果diwFracVol小于零，则chem1FracVol和chem2FracVol会超过当前分步装填序列的体积。在这种情况中，减小chem1FracVol和chem2FracVol值以提供正确的装填部分体积。每个变量通过使自身乘以以下分数来减小，((totalVol-volLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)。
如图3所示的步骤42确定容器是否填满所想要量的全部批料。在该实施例中，当所有的分步装填序列完成时，填满所想要量的全部批料将会发生。如果不是这样，则下一步装填序列从步骤30开始。如果所有的分步装填序列完成，则该方法终止于步骤44。
参考图4和图5，所示的是本发明的另一实施例，它包括分步装填方法，并引入自我诊断。该实施例的方法开始于步骤46，如图4所示。存储的自定义参数值由控制器12收集，以在分步装填方法内随后使用这些参数。这些自定义参数值可以包括待操作的分步装填序列的次数和相对装填体积百分比。自定义的参数值还可以包括信息如关于要加入到混合物中的散装组分的浓度信息。
该方法的下一步，如步骤50所示的，计算加入混合物的第一分步装填序列组分的合适体积。然后，这些组分加入混合物。对于第一分步装填序列，由分析装置如分析装置14的反馈提供存储在槽12中混合物的每个组分的量(以重量百分比浓度表示或者以体积百分比浓度表示或者以其它来表示)。然后决定该方法是在第一分步装填序列内还是第二分步装填序列。如果这是正确的，则自我诊断开始进行。
如图5所示，自我诊断开始于步骤58。该实施例的方法然后评估第一分步装填序列是否完成。如果它完成了，则确定第一分步装填序列增量值是否已经储存。第一分步装填序列增量值包括应该分配加入混合物的组分的理论体积之间的偏差，好比是由于分析装置14所检测到的偏差而可能加入混合物的组分的修订体积。
如果那些分步装填增量值没有储存，则控制器26存储那些分步装填增量值。控制器26所实施的方法然后在菱形框66作出判断(如图5所示)，确定第二分步装填序列是否完成。如果没有完成，则自我诊断方法终止于步骤74，然后该方法返回到图4所示方法的76。如果第二分步装填序列已经完成，则进行步骤68，在此处，获得第二分步装填增量值，然后，可以计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的差。
如菱形框70所示，根据该实施方式，如果任何第二分步装填增量值高于或者等于第一分步装填增量值，则进行步骤72，该步骤停止装填序列，显示错误信息。当分步装填方法不能校正在第一分步装填序列与第二分步装填序列之间的组分浓度或者量的任何偏差时，会发生该结果。换句话说，如果在第一分步装填序列的任何一组分中发现有偏差或者增量值，则将组分的校正部分装填物加入第二分步装填序列中。假设发现，任一组分的偏差或者增量值在第一分步装填序列与第二分步装填序列之间没有减小，如果是那样的话，分步装填方法注定不能完成制备所想要的批料。
回到附图5中的判断框70，如果任何第二分步装填增量值不大于或者等于第一分步装填增量值，则自我诊断方法终止于步骤74，返回如图4所示的分步装填方法中的76。
参考附图4，判断框78评估混合的组分是否准确。换句话说，分析装置14根据混合物中的样品，分析化学组分的量、重量百分比浓度、体积百分比浓度或者其它。如果它们不准确，则计算随后分步装填序列(如先前描述的)的误差校正，该计算是在步骤80和82中进行的。如果混合的组分是准确的，则该方法立即转到步骤82，在该步骤中，然后计算随后的分步装填序列的每个组分的体积，而不应用任何误差校正。
本实施方式的方法(如图4所示)然后进行到判断框84，确定第四分步是否完成。应该了解的是，如果在步骤48中所储存的自定义参数值要求小于或者大于四个分步装填序列，则判断框84评估所有想要的分步装填序列是否已经完成。
如果第四个或者最后的分步装填已经完成，则本实施方式的方法终止于步骤86，在该步骤中，槽12中的混合物的封闭循环控制可以开始。
关于附图1所更加详细公开的实施方式的分步装填混合装置，气动运行泵88可以用来使槽12中的组分再流通，以获得混合物的均一。泵88通过电磁阀与高压空气源可操作地连接。运行泵88可以是气动操作的，使由于可燃性化合物和组分流过泵88而产生的任何爆炸或者失火的风险最小化。运行泵88与槽12通过导管90以流体传递的方式连接。维修排放阀92可以是手动阀的形式，用于手动操作由导管90排放。
在分步装填混合装置10的再循环管线内，过滤器96与泵88管线连接，导管98将泵88与过滤器96相连。气动三通阀102通过导管98连接到泵88与过滤器96之间的再循环管线内，允许去离子水由高压去离子水源进入导管98，其目的是彻底洗净分步装填混合装置10。
三通阀100与阀102管线连接，以在批料之间排空。阀104与阀102也是管线连接，允许高压氮气进入分步装填混合装置10。三通阀106与过滤器96的流体传递下游连接，选择性地允许存储在槽12中的组分通过导管124传送至利用该批料的工艺室(未显示)。
导管108将过滤器96与阀106和分析泵112以流体传递的方式连接，阀110可以是电磁阀，它允许高压空气驱动分析泵112。导管114以流体传递的方式连接导管108与泵112之间，以再循环槽12中的混合物。
分析器或者分析装置14通过导管116以流体传递的形式与泵112的输出端相连接。分析器14可以是高精度的化学品浓度监视器。这种装置的例子有由HORIBA生产的SC-1监视器(市场型号No.CS-131)。分析装置或者分析器14通过导管118与旁路再循环导管120以流体传递的方式连接，并连接至阀106，所以混合物再循环经过分析器14和旁路导管120，直到导出阀106通过导管124开始传送出批料，混合物再循环至多支管24。
多支管24通过三个导管132、134和136以流体传递方式连接到组分供给控制装置，通常标明为16。组分供给控制装置16包括三个独立的组分控制装置126、128和130。每个控制装置能够准确地将散装供给物(未显示)的组分分配到多支管24。组分控制装置126、128和130每个分别由组分供给管18、20和22独立地进料。多支管24通过导管122以流体传递的方式与槽12连接。
组分控制装置126、128、130可以是任何数量的控制装置，该控制装置如泵、重力自流进料系统、流量控制器或者其它。
加热器150加热在槽12内的组分。槽温度控制器170调节加热器150，控制槽12中的混合物温度。槽温度控制器170通过温度探测器146来测试槽12中的混合物的温度。
组分供给控制装置16以及其各个组分控制装置126、128和130通过电缆188由控制器26的数字输出来控制，当希望用分布式网络时，控制器26可以设置为通过电缆186与主机168通信连接，或者直接通过主控制器(未显示)连接。
在操作中，参考附图1，控制器26接受来自于主机的一系列配方参数，这些参数描述在槽12中混合一起的所想要量的每个组分。控制器26然后进行第一分步装填序列，如先前所描述的。控制器26将指令传递给组分供给控制装置16，以分配合适量的第一分步装填物的组分。当这发生时，组分控制装置126、128和130分别通过导管18、20和22开始准确地分配来自于它们各个散装组分供给装置(未显示)的组分。每个组分然后通过导管132、134和136分配加入到多支管24中。各组分在多支管24中部分混合，然后通过导管122供应到槽12。在第一分步装填序列完成以后，分析器14能够测试储存在槽12中的混合物中的每个化学组分的量/浓度。
为了完成这，泵88通过空气阀94驱动再循环来自于槽12的混合物，所其使储存在槽12中的混合物流经导管90和98、经过过滤器96以及经过导管108。在此操作期间，关闭维修排放阀92以及排放阀100、阀102、阀104，阀106也关闭。然后，槽12中的混合物继续流经旁路导管120、多支管24，流回到槽12中。混合物的再循环流通常由弯曲箭头144来表示。在这点上，在分析装置14测试其浓度以前，储存在槽12中的混合物再循环经过各种导管，混合该混合物以生成更均匀的混合物。然后，分析泵112通过空气阀110来激活，它将部分混合物由导管108泵到流过导管114、泵112、分析装置14，在分析装置14中，可以测试混合物的浓度。然后，混合物通过导管118流出分析装置14，流经多支管24，通过导管122进入槽12。
对于随后的分步装填序列，再进行相同的通用方法(如刚刚所述的)。在本实施例中，在随后的分步装填序列进行之前，运行泵88和分析泵112通过它们各自的阀94和阀110都处于停止状态，尽管对于其它的应用领域，它们可能不是停止的。在完成所有的分步装填序列之后或者在其它时候，槽温度控制器170可以使加热器150加热混合物至预定温度。对于某些混合物，为了随后在生产过程中或者其它的过程或者目的应用，可能要求这点。
在所有分步装填序列完成以后，对于某些应用领域，可能希望的是，将储存在槽12中的混合物转移到工艺室(未显示)。这可以通过首先确保关闭维修排放阀92来完成。排放管100是关闭的，DI冲洗阀102是关闭的，氮气阀104也是关闭的。然而，在该步骤中，阀106现在是开的。然后，运行泵88通过阀94运行，它将槽12中的混合物泵到经过导管90、泵88、导管98、过滤器96，到达导管108。由于阀106现在是开的，则混合物流经阀106、导管124，在导管124处，它可以被传递到工艺室或者其它的目的地。
回收排放三通阀140设置在导管138和142之间，所以当回收排放阀140是打开时，通过导管138和142并经过阀140，再循环的混合物可以回收到槽12中。应该注意的是，在所有其它的操作分步装填混合系统10中，回收排放阀140通常是关闭的。
在操作过程中，控制器26通过一系列的通信线160与槽温度控制器170在RS-485通信协议下进行通信。同样地，控制器26还可以通过数字串行线或者通过模拟信号源(如果希望使用)与组分供给控制装置16以及其各个组分控制装置126、128和130进行通信。控制器26可以通过另一串行连接186与主机168进行通信。
参考附图6来更详细地说明控制器26，控制器164包括控制器包180，它包括多个数字输入端、数字输出端、串行端口、A/D信道以及可编程序逻辑控制器总线(PLC BUS)。这种控制器的一个例子有型号为PK 2600的Z-World控制器。这种Z-World控制器包含BL 1700控制器183、OP 7100显示器和触摸屏182。控制器包180有一第一串行端口182，它提供在控制器180与分析装置如分析装置14之间进行RS 232通信。第二串行端口186提供在控制器180与主机168或者主控制器(未显示)之间进行通信。第三串行端口158也设置在控制器包180上，与槽温度控制器170(如图1所示)之间提供RS-485通信。控制器包180还包括16位数字输出端，通常表示为电缆188，它们可操作地连接到分步装填混合装置和系统10的各种泵和阀，包括组分供给控制装置16。控制器包180还包含16位数字输入端，通常表示为190，它们将各种液位传感器、检漏器以及其它的数字信号输入给控制器包180。这样的液位传感器如图1所示的传感器154，它通过数字输入线156与控制器170连接。
PLC总线也包括在控制器包180上，通常表示为192。PLC总线由控制器包180以带状电缆接出，连接多个延伸装置如扩展IO装置194、辅助串行输出装置208、D/A信道装置199。PLC总线为这些控制器包180上的附属装置提供数字输入和输出控制。
扩展IO装置194提供另外的输出端，它可以用来控制分步装填混合系统10中的另外部分。
辅助串行输出附件208也连接到PLC总线192，并设置另外的RS 232通信端口，用于数据存入和交互，主要用于监视和软件开发。该RS 232通信端口通常表示为210，它也可以连接记录器212，以纪录和监视在控制器包180上的操作。通过该RS 232通信端口210，也可以装载用于控制器包180的软件(如果希望)。
D/A附件199另外连接到PLC总线192，提供模拟输出信号以控制在分步装填混合装置或者系统10(如图1所示)上的各个部件。可以由D/A附件199所控制的该部件可以是组分供给控制装置126、128或者130，也可以是泵88和114。可以选择地是，TAKVTOI附件可以操作性地与D/A附件相连，将来自于附件199的模拟电压输出信号转换成多个电流信号。由TAKVTOI附件201所产生的这些电流信号，可以用于驱动作为分步装填混合装置和系统10的一部分的各种计量泵。
控制器包180还包括八个12位A/D信道，以监视来自于分步装填混合系统10的各种信息。例如，热电偶如热电偶146(图1)可以连接到一个A/D信道204上，所以控制器包180可以监视混合物的温度。另外，A/D信道还可以监视各种流量控制器或者计量泵，它们可以是一般分步装填混合系统10的一部分。
分步装填物法则或者方法可以以软件的形式装载到控制器包180，通过合适的储存媒介如光盘206，其中，它包含分步装填法则或者方法，或者通过RS 232通信端口210来装载。
当此处所公开的本发明实施方式已经具体地展示，并且参考其具体实施方式
来描述时，本领域技术人员应该了解到，在没有偏离本发明的真正精神和范围的情况下，可以作出各种形式上和细节上地变化。
权利要求
1.一种配制批料的方法，其包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B确定容器中的每个组分的量；步骤C计算至少一种组分的目标量与所测定的当前量的比步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E将校正量的组分加入容器的混合物中；步骤F加入一些另外组分，调整各组分的比例到目标配方；以及步骤G重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定待操作的一些分步装填物的所想要的分步装填序列。
3.如权利要求2所述的方法，其中，步骤A进一步地包括装填容器至序列中的第一分步装填百分比，从步骤B到步骤G的每个重复循环进一步地包括装填容器至序列中的随后的分步装填百分比。
4.如权利要求3所述的方法，其中，装填容器至序列中的第一分步装填百分比包括totalVol，其包括(chem1TotalVol+chem2TotalVol+diwAddedVol)，其中chem1TotalVol为第一组分的总体积；chem2TotalVol为第二组分的总体积；VolLowLev为容器中的剩余体积；totalVol为该批料的总体积；以及diwAddedVol为加入VolLowLev以获得TotalVol的第三组分的体积。
5.如权利要求4所述的方法，其中，chem1FracVol包括(chem1TotalVol·pourUp1Frac)，其中，chem1FracVol为满足当前分步装填序列的第一组分的实际体积；以及pourUp1Frac为第一装填序列的分步装填百分比。
6.如权利要求5所述的方法，其中，chem1TotalVol包括(chem1Ratio·x)，其中，x包括(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，并且其中diwAddedVol包括(diwRatio·x)-VolLowLev，其中chem1Ratio为当前分步装填序列的第一组分的装填体积比；chem2Ratio为当前分步装填序列的第二组分的装填体积比；diwRatio为当前分步装填序列的第三组分的装填体积比；diwAddedVol为加入VolLowLev以获得TotalVol体积的第三组分的体积；以及x为中间变量。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定容器中的每个组分的、在步骤B中以重量百分比测试的量。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定要加入容器的组分的目标体积混合比。
9.如权利要求8所述的方法，其中，加入容器的每个组分具有已知的供给浓度。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述方法进一步地包括基于该组分的目标体积混合比与组分的供给浓度来计算某一组分的目标量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述计算包括concChem1，它包括(chem1Ratio·bulkChem1)÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio)，其中chem1Ratio为当前分步装填序列的第一组分的装填体积比；chem2Ratio为当前分步装填序列的第二组分的装填体积比；diwRatio为当前分步装填序列的第三组分的装填体积比；以及bulkChem1为以重量百分比表示的第一组分供给浓度；以及concChem1为第一组分的目标量。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述方法进一步地包括将某一组分的目标量修改为批料中的每个组分的比重的函数。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述计算包括concChem1，它包括(chem1Ratio·bulkChem1·sGravChem1)÷((chem1Ratio·sGravChem1)+(chem2Ratio·sGravChem2))+(diwRatio·sGravChem3)，其中concChem1为第一组分的目标浓度；chem1Ratio为第一组分的装填体积比；chem2Ratio为第二组分的装填体积比diwRatio为第三组分的装填体积比；bulkChem1为第一组分的供给浓度；sGravChem1为第一组分的比重；sGravChem2为第二组分的比重；以及sGravChem3为第三组分的比重。
14.如权利要求3所述的方法，其中，装填容器至序列中的随后的分步装填百分比包括计算idealChem1Frac，它包括(chem1TotalVol·pourUp2Frac)，其中idealChem1Frac为满足分步装填要求的第一组分的理想体积；chem1TotalVol为满足当前分步装填序列要求的第一组分的总体积；pourUp2Frac为序列中的随后分步装填百分比。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算chem1FracVol，它包括(idealChem1Frac·concChem1)÷chem1Val，其中chem1Val为批料中的第一组分的测试量；chem1FracVol为满足当前分步装填系列要求的第一组分的实际体积；以及concChem1为第一组分的目标浓度。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算Chem1FracDelta，它包括(idealChem1Frac-chem1FracVol)，其中chem1FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第一组分的理想体积与实际体积的差。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算diwFracVol，它包括(diwAddedVol·pourUp2Frac)+chem1FracDelta+chem2FracDelta，其中diwFracVol为满足当前分步装填序列要求的第三组分的实际体积；VolLowLev为容器中的剩余体积；diwAddedVol为加入VolLowLev以获得总体积的第三组分的体积；chem1FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第一组分的理想体积与实际体积的差；chem2FracDelta为满足当前分步装填序列要求的第二组分的理想体积与实际体积的差。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述装填进一步地包括计算diwAddedVol，它包括(diwRatio·x)-VolLowLev，其中，x为(totalVol÷(chem1Ratio+chem2Ratio+diwRatio))，其中chem1Ratio为第一组分的装填体积比；chem2Ratio为第二组分的装填体积比；diwRatio为第三组分的装填体积比；volLowLev为容器中的第三组分的剩余体积；totalVol为批料的总体积；以及X为中间变量。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述方法进一步地包括确定diwFracVol是否为负，如果diwFracVol为负的，则通过将当前分步装填序列加入的第一组分体积乘以((totalVol-VolLowLev)·pourUp2Frac)÷(chem1FracVol+chem2FracVol)，使第一组分的体积减小，其中totalVol为批料的总体积；pourUp2Frac为当前分步装填序列的分步装填百分比；chem1FracVol为满足当前分步装填序列要求的第一组分的实际体积；以及chem2FracVol为满足当前分步装填系列要求的第二组分的实际体积。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步地包括比较至少一种组分的目标量与所确定量的当前比和先前测量比，其中，如果当前比高于先前的比，则发出警报信号。
21.如权利要求1所述的方法，其中，每个组分的量由吸收光谱测定来确定。
22.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为NH4OH。
23.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为H2O2。
24.如权利要求1所述的方法，其中，其中一个组分为H2O。
25.一种计算机可读的媒介，其上存储有用于执行以下方法的计算机可执行指令，所述方法包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B确定容器中的每个组分的量；步骤C计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E将校正量的组分加入容器中的混合物中；步骤F加入一些另外组分，调整各组分的比例到目标配方；以及步骤G重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
26.一种用于制备批料的装置，其包括槽；至少两个化学品分配装置，每个化学品分配装置都有地进口和出口，每个进口与化学品供给连接，每个出口与所述槽连接；分析装置，用于测试一种或者多种组分的量，所述分析装置与所述槽连接；控制器，与所述化学品分配装置和分析装置相连接、执行以下步骤的步骤A为了所想要的批料，控制器使化学品分配装置将至少两种组分加入给定大小的容器，到整个容器体积的一部分；步骤B控制器用于确定容器中的每个组分的量；步骤C控制器用于计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比步骤D控制器通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量；步骤E控制器用于将该校正量的组分加入容器中的混合物中；步骤F控制器用于将一些另外组分加入，以调整各个组分的比例到目标配方；以及步骤G控制器用于重复步骤B到步骤F，直到容器装填所想要量的批料。
27.一种用于配制批料的系统，其包括步骤A为了所想要的批料，将至少两种组分加入给定大小容器，到整个容器体积的一部分的单元；步骤B用于确定容器中的每个组分的量的单元；步骤C用于计算至少一种组分的目标量与所确定的当前量的比的单元步骤D通过将该组分的目标量乘以所述比，以确定校正量，计算至少一种组分的下一个量的单元；步骤E将该校正量的组分加入容器中的混合物中的单元；步骤F将一些另外组分加入以调整各个组分的比例到目标配方的单元；以及步骤G重复步骤B到步骤F直到容器装填所想要量的批料的单元。
28.一种方法，使用化学品控制装置和一系列的分步装填序列，在容器中配制所想要量组分的批料，所述方法包括步骤A读取所储存的、多个分步装填百分比的自定义参数值；步骤B使用在步骤A中所读取的定义参数值，计算第一分步装填的、加入容器中的混合物的每个组分的要求量；步骤C将在步骤B中计算的要求量的每个组分加入容器的混合物中；步骤D读取分析仪器的反馈值，用于确定混合物中的每个组分的量；步骤E确定当前分步装填序列是否是第一或者第二分步装填序列；如果它是第一或者第二分步装填序列，转到步骤F；如果它不是第一或者第二分步装填序列，转到步骤L；步骤F确定第一分步装填序列是否完成；如果第一分步装填序列完成，转到步骤G；如果第一分步装填序列没有完成，转到步骤I；步骤G确定第一分步装填增量值是否已经储存；如果第一分步装填增量值已经储存，则转到步骤I；如果第一分步装填增量值没有储存，则转到步骤H；步骤H存储第一分步装填增量值；转到步骤I；步骤I确定第二分步装填是否完成；如果第二分步装填没有完成，则转到步骤L；如果第二分步装填完成，则转到步骤J；步骤J获得第二分步装填增量值；计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的增量值；确定任一第二分步增量值是否高于或者等于第一分步增量值；如果任一第二分步增量值高于或者等于第一分步增量值，则转到步骤K；如果任一第二分步增量值不高于或者不等于第一分步增量值，则转到步骤L；步骤K停止分步装填序列；传送错误信息；步骤L比较分析仪器的反馈与组分所想要的量；如果分析仪器的反馈与组分所想要的量不相等，计算化学控制装置的误差校正；使用所计算的误差校正，计算加入容器的混合物中的、下一分步装填的每个组分的要求量；确定最后的分步装填序列是否完成；如果最后的分步装填序列没有完成，则转到步骤E。
29.一种计算机可读的媒介，它存储有用于操作以下方法的计算机可执行指令，所述方法用化学控制装置和一系列的分步装填序列在容器中来配制所想要量组分的批料，其包括步骤A读取所储存的、多个分步装填百分比的自定义参数值；步骤B使用在步骤A中所读取的定义参数值，计算第一分步装填的、加入容器的混合物中的每个组分的要求量；步骤C将在步骤B中计算的要求量的每个组分加入容器的混合物中；步骤D读取分析仪器的反馈值，用于确定混合物中的每个组分的量；步骤E确定当前分步装填序列是第一或者第二分步装填序列；如果它是第一或者第二分步装填序列，转到步骤F；如果它不是第一或者第二分步装填序列，转到步骤L；步骤F确定第一分步装填序列是否完成；如果第一分步装填序列完成，转到步骤G；如果第一分步装填序列没有完成，转到步骤I；步骤G确定第一分步装填增量值是否已经储存；如果第一分步装填增量值已经储存，则转到步骤I；如果第一分步装填增量值没有储存，则转到步骤H；步骤H存储第一分步装填增量值；转到步骤I；步骤I确定第二分步装填是否完成；如果第二分步装填没有完成，则转到步骤L；如果第二分步装填完成，则转到步骤J；步骤J获得第二分步装填增量值；计算在第一分步装填增量值与第二分步装填增量值之间的增量值；确定任一第二分步增量值是否高于或者等于第一分步增量值；如果任一第二分步增量值高于或者等于第一分步增量值，则转到步骤K；如果任一第二分步增量值不高于或者不等于第一分步增量值，则转到步骤L；步骤K停止分步装填序列；传送错误信息；步骤L比较分析仪器的反馈与组分所想要的量；如果分析仪器的反馈与组分所想要的量不相等，计算化学控制装置的误差校正；使用所计算的误差校正，计算加入容器中的混合物的、下一分步装填的每个组分的要求量；确定最后的分步装填序列是否完成；如果最后的分步装填序列没有完成，则转到步骤E。
全文摘要
配备包括至少两种组分的批料的系统和方法。将各组分加入容器，部分装填容器(28)。确定在容器中各组分的量(30)，并计算至少一个组分的目标量与所确定的当前量的比(32)。待加入混合物组分的下一个量通过将目标量乘以所计算的比以确定其校正量(34)来计算。将校正量的组分加入混合物(36)，并将一些另外组分加入该混合物，以调整各组分的比例到目标配方(38)。可以重复这些步骤直到完成批料。
文档编号B01F15/02GK1997949SQ200480043760
公开日2007年7月11日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年7月8日
发明者迈克尔·B.·辛普森, 乔治·V.·伍德利, 加里·R.·安德森 申请人:特雷斯－阿尔克公司
本文链接： http://fracchem.immuno-online.com/view-739173.html
发布于 ： 2021-03-25
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