KR100809059B1 - 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형해석을 통하여 보압전환 시점의 충진 위치에 온도센서를 구성하여 정확한 보압전환이 가능하도록 하는데 있으며, 온도 센서를 이용한 캐비티 내부의 설정된 성형조건과 실제 성형조건을 분석하여 금형 내부의 최적 사출성형조건을 도출할 수 있도록 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템에 관한 것이다.

본 발명인 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템은,

금형제어시스템에 있어서,

금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서와;

금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와;

상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스하는 인터페이스부와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부와;

금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부와;

충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부와;

상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부와;

상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통성형해석을 통하여 최적의 온도센서 삽입위치를 결정하여 사출성형장치에 최적의 품질의 조건이 유지되도록 하여 사출성형시 성형장치의 재현성 부족으로 인한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있으며, 재생이 불가능한 수지의 불량율 감소로 업체의 손실 비용을 감소시킬 수 있으며, 환경폐기물 발생이 줄어 환경 개선의 효과를 제공할 수 있으며, 제품의 상품화로 매출 증대가 가능하게 된다.

계측, 성형해석, 사출공정, 모니터링, 온도.

Description

성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템{Tradition Metallic Pattern Control System in using Analysis Molding}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템의 블록도이다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템을 적용한 예시도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템의 중요구간에서 금형 내부를 측정한 그래프 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

105 : 온도센서 110 : 압력센서

115 : 신호증폭부 120 : 인터페이스부

125 : 신호분석부 130 : 성형해석부

130a : 성형조건해석부 130b : 사출조건예측부

130c : 유동선단예측부 135 : 시간검출부

140 : 디스플레이부 145 : 비교검사부

150 : 제어부

본 발명은 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형해석을 통하여 보압전환 시점의 충진 위치에 온도센서를 구성하여 정확한 보압전환이 가능하도록 하는데 있으며, 온도 센서를 이용한 캐비티 내부의 설정된 성형조건과 실제 성형조건을 분석하여 금형 내부의 최적 사출성형조건을 도출할 수 있도록 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템에 관한 것이다.

종래에는 사출성형시 양산 조건으로 설정하여 생산하는 도중 사출장치의 재현성 부족으로 인하여 불량이 수시로 발생하고 있어 이로 인하여 불량품이 혼입되어 유출됨으로서 클레임이 빈번히 발생하고 있으나 사출 공정상의 근본적인 해결책을 가지고 있지 못하였다.

이에 따라 상기한 문제점을 개선하기 위해서 압력센서만을 이용한 금형 내압 측정후 보압 전환위치 설정을 하는 기술이 제시된 바 있으나, 보압 전환 시점에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점을 가지고 있었으며, 수차례에 걸친 금형 트라이-아웃을 통하여 센서 위치를 결정하게 되므로 이에 따른 경제적 손실이 큰 문제점을 가지고 있었으며, 측정된 데이터가 선형곡선으로 표시되어 현장 작업자가 양,부 판단이 어렵고 사용이 불편한 문제점을 가지고 있었다.

또한,플라스틱 소재가 복합 소재화되고 있어 재생이 불가한 수지의 경우 손실비용이 증대하며, 환경폐기물 발생에 따른 환경 위해 요인이 되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 성형해석을 통하여 보압전환 시점의 충진 위치에 온도센서를 구성하여 정확한 보압전환이 가능하도록 하는데 있으며, 온도 센서를 이용한 캐비티 내부의 설정된 성형조건과 실제 성형조건을 분석하여 금형 내부의 최적 사출성형조건을 도출할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템은,

금형제어시스템에 있어서,

금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서와;

금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와;

상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스 하는 인터페이스부와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부와;

금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부와;

충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부와;

상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부와;

상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상에 따라 상기 성형해석부를 통해 설정된 데이터와 실제 금형을 통해 성형된 성형 데이터를 비교하여 보정값을 출력하는 비교검사부;를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따라 사출 성형의 충진 및 보압에서 일정하지 않은 압력 분산에 의해 발생하는 코어의 변형을 해석하는 코어변형해석부;를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도센서는,

게이트 일측에 설치하거나, 충진 종점에 설치하는 것을 특징으로 하며, 상기 압력센서는,

게이트 일측에 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형해석부는,

금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하는 성형조건해석부와,

상기 성형조건해석부의 해석에 따라 사출 조건을 예측하는 사출조건예측부와,

상기 사출조건예측부를 통해 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 유동선단예측부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 온도센서는,

상기 비교검사부를 통한 보압전환시점의 충진 위치에 설치하여 정확한 보압전환이 가능한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템의 블록도이다.

도1에 도시한 바와 같이, 금형제어시스템에 있어서,

금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서(105)와;

금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서(110)와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와(115);

상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스하는 인터페이스부(120)와;

상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부(125)와;

금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부(130)와;

충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부(135)와;

상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부(140)와;

상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부(150);를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 부가적인 양상에 따라 상기 성형해석부를 통해 설정된 데이터와 실제 금형을 통해 성형된 성형 데이터를 비교하여 보정값을 출력하는 비교검사부(145);를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 부가적인 다른 양상에 따라 사출 성형의 충진 및 보압에서 일정하지 않은 압력 분산에 의해 발생하는 코어의 변형을 해석하는 코어변형해석부;를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 온도센서는,

게이트 일측에 설치하거나, 충진 종점에 설치하는 것을 특징으로 하며, 상기 압력센서는,

게이트 일측에 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 성형해석부는,

금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하는 성형조건해석부(130a)와,

상기 성형조건해석부의 해석에 따라 사출 조건을 예측하는 사출조건예측부(130b)와,

상기 사출조건예측부를 통해 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 유동선단예측부(130c)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 구성으로 통해 온도 센서를 이용하여 캐비티 내부의 사출성형공정을 모니터링할 수 있게 된다.

좀 더 상세히 설명하자면, 상기 성형해석부를 통해 입력된 성형조건과 실제 성형조건을 분석하여 사출온도와 사출속도를 예측할 수 있게 되며, 보압전환시점 및 시간을 최적화함으로써, 원재료 비용을 최소화하는 장점을 가지게 된다.

또한, 성형 해석을 통해 보압전환 시점의 충진 위치에 온도센서를 설치구성하여 정확한 보압전환이 가능한 장점을 가지게 된다.

상기 디스플레이부(140)는 각 부에서 측정된 데이터가 레벨 미터로 표현되도록 하여 제품의 양,부를 판정하여 주므로 작업자가 쉽게 사용가능하도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

상기 온도센서는 금형 내부의 온도를 측정하며, 게이트 일측에 설치하거나, 충진 종점에 설치하는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 게이트 일측에 구성한 온도센서와 충진 종점에 구성한 온도 센서를 통해서 충진의 시작과 종료 시간을 검출할 수 있으며, 종료 시점과 응고 온도를 통해서 보압 절환 시기를 실제 성형 상태에 따라 검출할 수 있게 된다.

바람직하게는 금형에 응답속도가 빠르고, 300℃ 이하 온도를 계측할 수 있는 열전대 방식의 온도 센서이어야 한다.

상기한 인터페이스부는 센서의 신호를 신호증폭부를 통해 증폭하여 표시할 수 있도록 제어부와 인터페이스할 수 있도록 하여 금형 내부의 온도를 통해서 실제 성형조건을 파악할 수 있게 되는 것이다.

상기한 성형해석부의 해석결과를 활용하여 금형 내부의 센서의 설치 위치를 선정하여 효과적인 성형 조건을 검출할 수 있다.

성형해석의 종류로는 충진해석, 변형해석, 냉각해석, 응력해석등이 있다.

상기한 성형해석은 바람직하게는 유한요소법 모델을 통한 생성방법을 이용하게 되는데, 이는 당분야에 공지된 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 디스플레이부를 통해 중요한 값들이 사용자들에게 표시될 수 있도록 함으로써 표시값으로 성형 품질을 관리할 수 있게 된다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템을 적용한 예시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 일반적으로 사출공정상의 제품을 모델링하여 금형을 설계하게 되는데, 성형해석부(130)의 금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하는 성형조건해석부(130a)와 상기 성형조건해석부의 해석에 따라 사출 조건을 예측하는 사출조건예측부(130b)와 상기 사출조건예측부를 통해 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 유동선단예측부(130c)에 의해 예측된 데이터 값을 금형 설계에 적용하게 된다.

금형 설계에 상기한 성형 해석값을 도입하여 금형을 제작하게 되며, 트라이-아웃시 상기 온도센서를 통해 측정된 온도를 기준으로 일반적인 사출공정시 최적의 사출공정을 제시하게 된다.

상기 제시된 최적의 사출공정을 통한 값을 기준으로 비교검사부를 통해 사출물 측정 및 평가를 하여 양산을 위한 최적조건을 선정하게 된다.

사출물 측정 및 평가에서 나온 데이터(보합전환, 시퀀스 게이트 등)가 양산 사출공정으로 넘어가게 되는데, 만약 실제 성형해석 데이터와 양산 데이터가 다르다면 다시 성형해석을 해서 그 차이를 보정하게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템의 중요구간에서 금형 내부를 측정한 그래프 예시도이다.

도 3에 대해 상세히 설명하자면, 일반적으로 수지의 용융 온도가 180~250℃이므로 온도 센서를 수지와 직접적으로 접촉시킬 경우 센서가 오동작하거나 타버리게 되므로 온도 센서를 수지와 가까이 접촉시키지 않고 금형에 매립을 하기 때문에 표면에서 매입거리가 문제가 될 수 있어 보통 1센티미터 이상 띄워서 매립을 하게 된다. 결국, 이에 측정되는 온도는 상기한 180~250℃보다 낮게 형성되게 된다.

도 3에 예로 제시된 사출시작은 24℃이며, 일정시간이 지난 뒤 금형표면온도는 24℃와 같거나 약간 떨어지게 되며, 온도센서가 위치한 곳에 수지가 도달하는 시간은 4초 정도이며, 이때 측정되는 온도가 32℃까지 올라가게 되고, 시간이 지날수록 서서히 온도가 내려가게 되는 것을 나타낸 것이다.

예를 들어 온도가 28℃ ~ 30℃ 정도 구간에서 센싱을 하게 되면, 이때를 보합전환시점으로 정할 수 있거나 게이트 온/오프 시점으로 정할 수 있으며, 보합전환시점 및 게이트 온/오프 시점으로 동시에 정할 수 있게 된다.

또한, 캐비티의 온도가 떨어지는 29초 정도에서 냉각완료신호를 전송하게 되면 냉각완료가 되어 금형에서 제춤을 추출하게 되는 것이다.

상기한 그래프에서 제시된 바와 같이, 온도센서가 본 발명의 중요한 요소로 작용하는 것을 알 수 있다. 즉, 온도센서의 역할은 금형의 온도가 어느 정도 떨어졌을 때 명령을 수행하는 것으로서 기준은 종래의 시간이 아니라, 온도가 되어 온도로 제어 시점을 설정하게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되 는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템은,

성형해석을 통하여 최적의 온도센서 삽입위치를 결정하여 사출성형장치에 최적의 품질의 조건이 유지되도록 하여 사출성형시 성형장치의 재현성 부족으로 인한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있으며, 재생이 불가능한 수지의 불량율 감소로 업체의 손실 비용을 감소시킬 수 있으며, 환경폐기물 발생이 줄어 환경 개선의 효과를 제공할 수 있으며, 제품의 상품화로 매출 증대가 가능하다.

Claims (7)

1. 금형제어시스템에 있어서,

   금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서와;

   금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와;

   상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스하는 인터페이스부와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부와;

   금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부와;

   충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부와;

   상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부와;

   상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
2. 금형제어시스템에 있어서,

   금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서와;

   금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와;

   상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스하는 인터페이스부와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부와;

   금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부와;

   충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부와;

   상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부와;

   상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부와;

   상기 성형해석부를 통해 설정된 데이터와 실제 금형을 통해 성형된 성형 데이터를 비교하여 보정값을 출력하는 비교검사부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
3. 금형제어시스템에 있어서,

   금형 내부의 온도를 측정하는 온도센서와;

   금형 내부의 압력을 측정하는 압력센서와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 전달되는 신호를 증폭시키는 신호증폭부와;

   상기 신호증폭부를 통해 증폭된 신호를 디스플레이할 수 있도록 인터페이스하는 인터페이스부와;

   상기 온도센서와 압력센서를 통해 얻어진 신호를 분석하여 최적의 보압시간과 압력, 냉각 시간을 분석하는 신호분석부와;

   금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하고, 해석에 따라 사출 조건을 예측하며 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 성형해석부와;

   충진의 시작 시간과 종료 시간을 검출하는 시간검출부와;

   상기 각 부를 통해 출력되는 충진 시간, 보압전환 시점, 냉각 시간 및 온도, 압력에 관한 정보를 사용자에게 출력시키는 디스플레이부와;

   상기 각 부와 전기적으로 연결되어 전반적인 제어를 담당하는 제어부와;

   사출 성형의 충진 및 보압에서 일정하지 않은 압력 분산에 의해 발생하는 코어의 변형을 해석하는 코어변형해석부;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 온도센서는,

   게이트 일측에 설치하거나, 충진 종점에 설치하는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 압력센서는,

   게이트 일측에 설치하는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 성형해석부는,

   금형 설계에 따른 사출 온도 및 사출속도와 보압전환 시점에 관한 성형 조건을 해석하는 성형조건해석부와,

   상기 성형조건해석부의 해석에 따라 사출 조건을 예측하는 사출조건예측부와,

   상기 사출조건예측부를 통해 예측된 조건을 기준으로 유동선단을 예측하는 유동선단예측부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 온도센서는,

   상기 비교검사부를 통한 보압전환시점의 충진 위치에 설치하여 정확한 보압전환이 가능한 것을 특징으로 하는 성형해석을 이용한 센서 장착 금형제어시스템.

Images