KR100821035B1 - 성형 시스템에서 능동 재료 요소를 이용하는 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에는 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사출 성형 기계를 제어하는 장치(106 또는 206)가 개시되어 있다. 제어 장치(106 또는 206)는 전송 구조물(108B 또는 211)을 통해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 전송될 작동 신호를 발생시키도록 구성된 컴퓨터 프로세서(209)를 포함한다. 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 대응하는 힘을 발생하도록 구성된다. 대응하는 힘은 제1 표면과 제2 표면을 서로 상호작용하도록 가압하도록 구성된다.
제어 장치, 압전-세라믹 센서, 압전-세라믹 액츄에이터, 전송 구조물, 금형, 사출 성형 기계
Description
본 발명은 제어 시스템이 능동 재료 센서 및 액츄에이터와 연계하여 다양한 태양의 사출 성형 기계 장비[예컨대, 삽입체 적층체(insert stack) 또는 핫 러너 노즐 조립체(hot runner nozzle assembly)]를 조절하는 데 사용되는 방법 및 장치에 관한 것이다. "능동 재료 요소"는 압전-액츄에이터(piezoactuator), 압전-세라믹(piezoceramic), 전기-변형-소자(electrostrictor), 자기-변형-소자(magnetostrictor), 형상 기억 합금(shape memory alloy) 등의 형상 변화 재료(shape altering material)의 계열이다. 이러한 제어 시스템은 성형 구조물 내에서의 변형을 집계하고 성형 물품의 사출을 돕고 용탕에 진동 및/또는 압축을 가하고 그에 의해 성형 물품의 품질 그리고 금형 부품의 수명을 개선시키기 위해 사출 금형에서 사용될 수 있다. 사출 성형 장비는 플라스틱 재료의 용탕을 성형하는 장비 그리고 금속의 용탕을 성형하는 장비의 양쪽 모두를 포함한다.
능동 재료는 하나의 형태의 에너지를 또 다른 형태의 에너지로 변환시킬 수 있는 변환기로서 특징화된다. 예컨대, 압전-액츄에이터(또는 모터)는 입력된 전기 에너지를 기계 에너지로 변환시켜 요소 내에서의 치수 변화를 유발시키며, 반면에 압전-센서(piezosensor)(또는 발전기)는 기계 에너지 즉 요소의 치수 형상의 변화를 전기 에너지로 변환시킨다. 압전-세라믹 변환기의 하나의 예가 베르가우스에게 허여된 미국 특허 제5,237,238호에 예시되어 있다. 독일 D-85221 다하우 한스-뵈클러-스트라세 2에 소재한 마르코 시스테마날리제 운트 엔트비클룽 게엠베하가 압전-액츄에이터의 하나의 공급자이며, 그 광고 책자 및 웹사이트가 이러한 장치를 설명하고 있다. 전형적으로, 압전-세라믹 삽입체로의 1,000 V 전위의 인가가 압전-세라믹 삽입체가 그 두께가 대략 0.0381 ㎜(0.0015"/인치)(0.15%)만큼 "성장(grow)"하게 할 것이다. 또 다른 공급자 즉 미국 메인주 메드포드에 소재한 미데 테크놀로지 코포레이션이 자기-변형-소자 및 형상 기억 합금을 포함하는 다양한 능동 재료를 가지며, 그 광고 책자 및 웹사이트가 이러한 장치를 설명하고 있고, 재료 상세 사항 및 다른 공개 세부 사항을 포함한다.
지능형 처리(intelligent processing)가 사출 성형 업계에서 공지되어 있다. 예컨대, 최 등에게 허여된 미국 특허 제6,289,259호는 지능형 유압 매니폴드 장치를 개시하고 있다. 마이크로-제어기가 사출 성형 기계의 유압 회로 내에서의 분산 제어를 제공하기 위해 시스템 제어기에 전기적으로 커플링된다.
본 발명의 장점은 사출 성형 기계 및 금형 부품에서 공통적으로 직면되는 정렬 및 다른 기계적 문제점을 극복하기 위해 제어 장치를 갖는 사출 성형 기계를 제공하고 사출 성형 기계에서 기계 오정렬을 검출 및/또는 보정하는 유리하고 효율적인 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 금형을 위한 제어 장치에 있어서, 제1 표면과 제2 표면 사이의 압축력을 감지하고 대응하는 감지 신호를 발생시키기 위해 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 센서와, 능동 재료 센서로부터의 감지 신호를 전송하도록 구성되는 전송 구조물을 포함하는 장치를 위한 구조 및/또는 기능이 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사출 성형 기계를 위한 제어 장치에 있어서, 작동 신호를 수용하고 제1 표면과 제2 표면 사이에 대응하는 팽창력을 발생시키기 위해 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 액츄에이터와, 능동 재료 액츄에이터로 작동 신호를 전송하도록 구성되는 전송 구조물을 포함하는 장치를 위한 구조 및/또는 기능이 제공된다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 금형의 제1 표면과 제2 표면 사이의 편향을 제어하는 장치에 있어서, 작동 신호를 수용하고 제1 표면과 제2 표면 사이에 팽창력을 발생시키기 위해 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 액츄에이터와, 능동 재료 액츄에이터의 폭의 변화를 검출하고 그에 대응하는 센서 신호를 발생시키기 위해 능동 재료 액츄에이터에 인접하게 배치되는 능동 재료 센서를 포함하는 장치를 위한 구조 및/또는 기능이 제공된다.
이제, 본 발명의 양호한 특징의 전형적인 실시예가 첨부 도면을 참조하여 기 술될 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예를 위한 제어 시스템의 개략도를 도시하고 있다.
도2는 본 발명의 제2 실시예를 위한 제어 시스템의 개략도를 도시하고 있다.
1. 서론
이제, 본 발명은 사출-성형 기계 및 사출 금형이 제어기 및 1개 이상의 능동 재료 요소를 포함하는 제어 시스템에 링크되는 여러 개의 실시예에 대해 기술될 것이다. 제어 시스템은 사출 금형 및 성형 기계 특히 사출 금형 코어에서의 정렬 문제점의 보정을 돕는 역할을 하고, 다수의 다른 문제점을 보정하는 데 있어서 유용하다. 제어 시스템은 정렬/밀봉 문제에 직면할 수 있는 사출 성형 장치 내의 임의의 개소에 위치될 수 있다.
종래의 사출 성형 기계 또는 사출 금형 중 어떠한 것도 출력 신호로써의 능동 재료 센서로부터 능동 재료 액츄에이터로의 신호의 수용을 조정하여 사출 성형 시스템에서 실시간 제어 루프 피드백을 제공하기 위해 능동 재료 삽입체를 포함하는 제어 시스템 등의 장치를 채용하고 있지 않다. 이러한 제어 시스템은 예컨대 금형 부품들 사이의 압력을 검출하고 금형 부품의 정렬을 조정하고 금형 공동 내의 용탕을 진동 및/또는 압축시키고 금형 코어로부터의 성형 부품의 방출을 돕는 데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다수의 추가 응용예들에도 사용될 수 있다.
다음의 설명에서, 압전-세라믹 삽입체가 양호한 능동 재료로서 기술되지만, 자기-변형-소자, 형상 기억 합금, 압전-액츄에이터, 압전-세라믹, 전기-변형-소자 등의 능동 재료 계열로부터의 다른 재료가 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 가능한 대체 능동 재료 및 이들의 특성의 목록이 아래의 표1에 기재되어 있으며, 이들 능동 재료 중 임의의 능동 재료가 본 발명에 따라 사용될 수 있다:
재료 | 온도 범위 (℃) | 비선형성 (이력) | 구조적 일체성 | 비용/체적 ($/㎤) | 기술적 성숙도 |
압전-세라믹 PZT-5A | -50-250 | 10% | 취성 세라믹 | 200 | 상용 |
압전-단결정 TRS-A | -- | <10% | 취성 세라믹 | 32000 | 연구 |
전기-변형-소자 PMN | 0-40 | 정방형<1% | 취성 세라믹 | 800 | 상용 |
자기-변형-소자 테르페놀-D | -20-100 | 2% | 취성 | 400 | 연구 |
형상 기억 합금 니티놀 | 온도 제어 | 높음 | 통과 | 2 | 상용 |
자기 활성 SMA NiMnGa | <40 | 높음 | 통과 | 200 | 예비 연구 |
압전-중합체 PVDF | -70-135 | >10% | 양호 | 15* | 상용 |
(www.mide.com으로부터 추출된 정보)
2. 제1 실시예의 구조
본 발명의 제1의 양호한 실시예가 그 플래튼(platen)들 사이에 설치되는 툴(tool)(103)을 갖는 클램프(101) 및 사출 유닛(102) 포함하는 사출 성형 기계의 개략도인 도1에 도시되어 있다. 툴(103)은 적어도 1개의 능동 재료 센서(104) 및 적어도 1개의 능동 재료 액츄에이터(힘 인가기)(105)를 포함하며, 이들 중 어느 하나는 전술된 형태의 능동 재료 요소이다. 능동 재료 센서(104)는 또한 카메라, 또는 입력 데이터를 제공하는 다른 광학 또는 전기 변환기일 수 있다. 사출 성형 기계 제어부 또는 기계에 인접하게 위치되는 독립형 시스템 중 어느 하나의 부품일 수 있는, 예를 들어 컴퓨터 제어 시스템과 같은 제어 장치(106)가 센서 데이터를 처리하고 능동 재료 액츄에이터(105)에 명령 신호를 제공하기 위해 능동 재료 센서(104) 및 능동 재료 액츄에이터(105)에 연결된다. 능동 재료 센서(104)는 예를 들어 카메라, 광학, 전기 변환기 등을 포함한다. 능동 재료 액츄에이터(105)는 예를 들어 압전 재료와 같은, 표1로부터 선택된 능동 재료 요소를 포함한다.
능동 재료 요소는 마르코 시스테마날리제 운트 엔트비클룽 게엠베하에 의해 제조된 장치 중 임의의 장치를 포함할 수 있다. 능동 재료 센서(104)는 그에 가해진 압력을 검출할 것이고, 예를 들어 배선 연결부와 같은 전송 구조물(108A)을 통해 대응하는 감지 신호를 전송할 것이다. 능동 재료 액츄에이터(105)는 예를 들어 배선 연결부와 같은 전송 구조물(108B)을 통해 작동 신호를 수용할 것이고, 툴(103)의 플래튼들 사이에 대응하는 힘을 가할 것이다. 임의의 요구된 위치로부터 압력을 감지하도록 1개보다 많은 능동 재료 센서(104)가 제공될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 마찬가지로, 1개보다 많은 능동 재료 액츄에이터(105)가 플래튼의 확장된 운동, 각도 운동 등을 수행하기 위해 직렬로 또는 앞뒤로 장착된 상태로 제공될 수 있다.
예를 들어 컴퓨터 제어 시스템 또는 처리 회로와 같은 제어 장치(106)는 능동 재료 센서 신호를 수용하고 및/또는 능동 재료 액츄에이터에 작동 신호를 제공한다. 예컨대, 1개 이상의 범용 컴퓨터, 주문형 반도체(ASIC: Application Specific Integrated Circuit), 디지털 신호 프로세서(DSP: Digital Signal Processor), 게이트 어레이, 아날로그 회로, 전용 디지털 및/또는 아날로그 프로세서, 배선-접속 회로(hard-wired circuit) 등이 여기에 기술된 능동 재료 요소를 제어 또는 감지할 수 있다. 1개 이상의 프로세서를 제어하는 명령이 플로피 디스켓, 하드 드라이브, CD-ROM, RAM, EEPROM, 자성 매체, 광학 매체, 자성-광학 매체 등의 임의의 바람직한 컴퓨터-판독 가능한 매체 및/또는 데이터 구조 내에 저장될 수 있다. 제어 장치(106)는 보고 생성, 툴 설계 및 메뉴 영역을 제공한다.
제어 장치(106)에는 또한 데이터 및 메뉴 옵션의 시각적 표시를 위한 출력 장치 및 툴(103)의 시각적 판독을 위한 디스플레이를 포함하는 인간 기계 인터페이스(HMI: human machine interface)(107)가 연결될 수 있다. 인터페이스(107)는 바람직하게는 조작자가 날짜, 지시 또는 사출 성형 기계 제어 장치(106)로부터의 요청에 대한 응답을 제공하게 하는 키패드 또는 터치 감지 스크린 영역 등의 입력 장치를 포함한다.
추가로, 다른 기계 공정 및 장비 센서(304)가 제어 장치(106)에 연결된다. 센서(304)는 성형될 특정한 부품에 대한 사출 성형 공정의 실시간 표시를 제공하기 위해 온도, 샷 크기(shot size), 사출 압력, 금형 개방, 금형 폐쇄, 클램프 업(clamp up) 및 냉각 시간을 감시한다.
3. 제1 실시예의 공정
동작 중, 제어 장치(106)는 툴(103) 내에 제공된 능동 재료 센서(104)에 의해 생성되는 데이터 및/또는 센서(304)에 의해 생성되는 데이터를 수용하며, 그 데이터는 전송 구조물(108A)을 거쳐 제어 장치(106)로 전송된다. 제어 장치(106)는 수행될 성형 응용예의 종류 그리고 HMI(107)를 통한 조작자의 입력을 기초로 하여 제어 컴퓨터 내에 프로그래밍된 소프트웨어, 로직 또는 알고리즘을 사용하여 실시간으로 수용된 데이터를 처리한다.
제어 장치(106)에 의해 수행된 계산을 기초로 하여, 출력 데이터가 생성되고, 전송 구조물(108B)을 거쳐 능동 재료 액츄에이터(105)로 전송된다. 능동 재료 액츄에이터(105)는 그 제조 상세에 따른 출력 데이터에 응답하여 툴(103) 내의 금형 부품에 밀봉 압력을 가하고, 금형 부품을 이동시키고, 사출 성형 노즐 부품을 정렬시키고, 금형 부품 및 그 밖의 여러 유익한 사출 성형 응용예 중 임의의 응용예로부터 성형 부품을 방출시킨다.
4. 제2 실시예의 구조
도2는 그 플래튼들 사이에 설치되는 툴(203)을 갖는 클램프(201) 및 사출 유닛(202)을 포함하는 사출 성형 기계를 포함하는 본 발명의 제2의 양호한 실시예를 도시하고 있다. 툴(203)은 적어도 1개의 능동 재료 센서(204) 및 적어도 1개의 능동 재료 액츄에이터(힘 인가기)(205)를 포함하며, 이들 중 어느 하나가 전술된 형태의 능동 재료 요소이다. 능동 재료 센서(204)는 또한 카메라, 또는 입력 데이터를 제공하는 다른 광학 또는 전기 변환기일 수 있다. 사출 성형 기계 제어부의 일부를 형성하는, 예를 들어 컴퓨터 제어 시스템과 같은 제어 장치(206)가 센서 데이터를 처리하고 능동 재료 액츄에이터(205)에 명령 신호를 제공하기 위해 능동 재료 센서(204) 및 능동 재료 액츄에이터(205)에 연결된다.
이러한 제2 실시예에 따르면, 컴퓨터 프로세서(209) 및 저장 장치(210)가 제공되고, 이들에는 바람직하게는 툴(203)이 직접적으로 장착된다. 이것은 툴의 변화가 성형 공정의 더 신속한 초기화를 가져오도록 툴(203)로써 특정한 공정 데이터 및 정보를 보유하는 장점을 제공한다. 바람직하게는, 예를 들어 CPU와 같은 컴퓨터 프로세서(209) 및 기억-장치(store)(210)에는 금형의 저온 절반부(cold half)가 위치된다. 대체예에서, 컴퓨터 프로세서(209) 및 기억-장치(210)에는 금형의 열로부터 전기 부품을 보호하기 위해 적절한 단열부를 갖는 금형의 고온 절반부(hot half)가 위치될 수 있다. 대체예에서, 컴퓨터 프로세서(209)는 기계의 클램프 영역에서 금형 근처에 장착될 수 있거나, 컴퓨터 프로세서(209)에는 제어 장치(206)가 장착될 수 있다.
컴퓨터 프로세서(209)는 데이터 및 지시를 업로드 및 다운로드하기 위해 단속적으로 통신 선로(211)를 거쳐 제어 장치(206)와 통신한다. 툴(203) 상에 탑재된 컴퓨터 프로세서(209)는 그 소프트웨어 내에 프로그래밍된 소정의 세트의 알고리즘 및 명령을 기초로 하여 센서 신호를 처리하고 능동 재료 액츄에이터(205)에 대응하는 명령 신호를 보낼 정도로 충분히 장비된다. 추가로, 다른 기계 공정 및 장비 센서(304)가 제어 장치(106)에 그리고 툴(203)과 결합된 CPU 기억-장치에 연결된다. 센서(304)는 성형될 특정한 부품에 대한 사출 성형 공정의 실시간 표시를 제공하기 위해 온도, 샷 크기, 사출 압력, 금형 개방, 금형 폐쇄, 클램프 업 및 냉각 시간을 감시한다. 센서(304)로부터의 데이터 및 정보에 대한 직접 액세스를 갖는 CPU 기억-장치는 제어 장치(206)와 독립적으로 금형을 완전히 제어할 수 있다.
HMI(207)가 또한 제어 장치(206)에 의해 생성되는 질문에 대해 사용자 입력 및 요청을 수용하기 위해 이러한 실시예에 따라 제공된다.
5. 제2 실시예의 공정
동작 중, 제2 실시예의 제어 시스템은 또한 툴(203)의 플래튼들 사이에서 사출 금형 내에 제공된 센서(204)에 의해 발생되는 데이터를 수용하며, 그 데이터는 또한 전기 도관(208)을 거쳐 컴퓨터 프로세서(209)로 전송된다. 센서(304)는 또한 툴(203)의 CPU에 데이터 및 정보를 제공한다. 제어 시스템의 탑재 위치는 센서(204), 컴퓨터 프로세서(209) 및 능동 재료 액츄에이터(205) 사이의 통신 구성을 단축시키고, 그에 의해 응답 시간 및 그에 따라서 이러한 구성에서 제공될 수 있는 제어의 품질을 최적화시킨다. 사출 성형 제어 장치(206)에 대한 제어 시스템 컴퓨터 프로세서(209)의 접근에 의해 처리 시간이 가속되고, 툴 자체 상에 제어 시스템을 위치시킴으로써 더 짧은 전기 도관 또는 연결부(208)가 가능해진다.
제어 시스템은 수행될 성형 응용예의 종류 그리고 HMI(207)를 통한 조작자의 입력을 기초로 하여 제어 시스템 내에 프로그래밍된 소프트웨어, 로직 또는 알고리즘을 사용하여 실시간으로 수용된 데이터를 처리한다.
6. 전형적인 응용예
이제, 사출 성형 기계를 위한 제어 시스템을 제공하는 본 발명의 양호한 실시예는 사출 성형 기계 및 사출 금형과 연계하여 이러한 제어 시스템의 다수의 전형적인 응용예에 대해 기술될 것이다. 다음의 예는 한정을 위한 것으로 간주되어서는 안되며, 본 발명에 따른 제어 시스템의 가능한 용도의 예로서 제공될 뿐이다.
예 A
압전-세라믹 방출기 링이 코어, 스트리퍼 링(stripper ring) 및 배출구 핀을 포함하는 사출 금형의 코어와 스트리퍼 링 사이에 제공된다. 성형 부품이 코어 상에 새롭게 형성되고 충분한 냉각이 변형을 유발시키지 않고 부품의 취급을 가능케 하도록 일어난 후, 부품은 코어로부터 떨어져 방출될 준비가 된다. 압전-세라믹 방출기 링은 능동 재료 요소이고, 방출기 링이 높이가 증가하게 하기 위해 방출기 링에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 연결부는 제어 장치(106)를 툴(203) 내의 CPU 기억-장치에 연결할 수 있다. 압전-세라믹 방출기 링은 금형 개방 위치의 감지 또는 금형 개방 위치의 시작을 기초로 하여 CPU 기억-장치(203) 또는 제어 장치(106) 중 어느 하나에 의해 작동될 수 있다. 이러한 작용은 부품이 초기의 거리만큼 코어로부터 상승되게 하며, 종래의 수단이 그 다음에 방출 공정을 완료시키는 데 사용될 수 있다.
예 B
압전-세라믹 삽입체가 코어, 공동 및 방출 수단을 포함하는 사출 금형의 코어 또는 공동 내에 그 사이에 제공된다. 공동 내에서의 성형 부품의 사출 동안에, 삽입체는 금형 내의 배출구 간극을 제어하고 그에 의해 사출 동안에 공동 내에서의 플라스틱의 충전을 돕거나 그 충전 속도를 지연시키는데 사용된다. 압전-세라믹 삽입체는 능동 재료 요소이고, 배출구 간극의 증가 또는 감소를 유발시키기 위해 삽입체에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 작용은 금형 공동을 충전하는 플라스틱의 사출 속도가 변화되게 한다. 이것은 특정한 부품 및 플라스틱 재료에 대한 사출 압력 및 사출 속도의 양쪽 모두의 감지를 기초로 하여 수행될 수 있다.
예 C
압전-세라믹 삽입체가 코어, 공동, 가동 코어 부품, 금형 구조 부품 및 방출 수단을 포함하는 사출 금형의 가동 코어 부품과 금형 구조 부품 사이에 제공된다. 가동 코어 부품 및/또는 맞물림 구조 부품의 마모 표면은 삽입체에 의해 보상된다. 압전-세라믹 삽입체는 능동 재료 요소이고, 삽입체가 높이가 증가하게 하기 위해 삽입체에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 처리 능력 및 데이터는 CPU 기억-장치 내에 보유된다. 이러한 작용은 마모에 의해 생성된 간극이 삽입체의 증가된 높이에 의해 충전되게 하고 그에 의해 보수 및 유지 작업들 사이의 금형의 유용 수명을 연장시킨다.
예 D
압전-세라믹 액츄에이터가 성형 시스템 내에 제공된다. 성형 부품이 금형 내에서 새롭게 형성되는 동안 또는 그 후, 액츄에이터에는 용탕의 응고 전에 사출 동안에 또는 그 직후에 용탕 내로 진동을 부여하도록 에너지가 공급된다. 압전-세라믹 액츄에이터는 능동 재료 요소이고, 액츄에이터가 높이가 급속하게 변화하게 하기 위해 액츄에이터에 교류 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 처리 능력 및 데이터는 CPU 기억-장치 내에 보유된다. 이러한 작용은 용접선(weld line)을 개선시키고 공동 내의 용탕을 더 양호하게 분포시키기 위해 용탕이 응고 전에 진동되게 하고 그에 의해 성형 부품의 완전성 및 균질성을 개선시킨다. 용탕 진동은 금형 내로의 사출을 감지한 후 개시된다.
예 E
압전-세라믹 삽입체가 사출 금형의 코어와 코어 판 사이에 제공된다. 성형 부품이 코어 상에 새롭게 형성되는 동안 또는 그 후, 액츄에이터에는 코어와 코어 판 사이에서 검출되는 임의의 오정렬을 보정하도록 에너지가 공급된다. 압전-세라믹 액츄에이터는 능동 재료 요소이고, 액츄에이터가 높이가 증가하게 하기 위해 방출기 링에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 처리 능력 및 데이터는 CPU 기억-장치 내에 보유된다. 이러한 작용은 감지된 오정렬을 보상하기 위해 완전히 또는 어떤 각도로 중 어느 하나의 방식으로 코어가 코어 판으로부터 상승되게 한다.
예 F
압전-세라믹 삽입체가 사출 금형의 핫 러너 시스템 내의 다양한 위치에 제공된다. 성형 부품의 사출 동안에, 액츄에이터에는 핫 러너 시스템 내의 다양한 부품이 서로에 대해 밀봉되게 하고 그에 의해 사출 동안에 고온 플라스틱의 누출을 최소화시키도록 에너지가 공급될 수 있다. 압전-세라믹 액츄에이터는 능동 재료 요소이고, 액츄에이터가 높이가 증가하게 하기 위해 액츄에이터에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 처리 능력 및 데이터는 CPU 기억-장치 내에 보유된다. 이러한 작용은 밀봉이 유지되는 것을 보증하기 위해 액츄에이터와 접촉하는 부품이 그 상대편에 대해 압박되게 한다.
예 G
압전-세라믹 삽입체가 사출 금형의 코어와 코어 판 사이에 제공된다. 성형 부품이 코어 상에 새롭게 형성되는 동안 또는 그 후, 액츄에이터에는 코어가 성형 부품 내로 전진하게 하고 그에 의해 그 벽 두께를 감소시키도록 에너지가 공급된다. 압전-세라믹 액츄에이터는 능동 재료 요소이고, 액츄에이터 링이 높이가 증가하게 하기 위해 액츄에이터에 전기 신호를 보내는 배선에 의해 제어기 시스템에 연결된다. 대체예에서, 압전-세라믹 삽입체는 툴(103) 내의 CPU 기억-장치에 연결될 수 있으며, CPU 기억-장치는 배출구 간극을 증가 또는 감소시키기 위해 전기 신호를 제어하고 보낸다. 이러한 처리 능력 및 데이터는 CPU 기억-장치 내에 보유된다. 이러한 작용은 코어가 초기의 거리만큼 코어 판으로부터 상승되게 하고 그에 의해 코어에 의해 형성되고 재료의 용탕의 사출 후에 감지될 때의 성형 부품의 벽 두께를 감소시킨다.
7. 결론
이와 같이, 사출 성형 장치에서 유용한 개선을 유용한 개선을 수행하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사출 성형 기계에서 능동 재료 요소를 사용하는 제어 시스템 방법 및 장치가 기술되었다.
본 발명에 따른 유리한 특징은 1. 사출 성형 장치에서 힘을 발생시키거나 힘을 감지하고 실시간으로 그 힘에 대응하게 하기 위해 1개 이상의 능동 재료 요소와 연계하여 사용되는 제어 시스템; 2. 제어 시스템을 포함하는 폐쇄형 루프 제어 힘 발생기에 의한 성형 기계 내에서의 편향의 반작용; 그리고 3. 이전에 성형된 부품으로부터 측정된 데이터를 사용하여 제어 시스템에 의해 계산된 소정의 힘을 가하는 국부 인가 힘 발생기에 의한 성형 장치 내에서의 코어 시프팅(shifting)의 보정을 포함한다.
본 발명은 사출 성형 기계의 제어 특히 사출 성형 기계의 폐쇄형-루프 자동화 제어에 대해 분명한 장점을 제공하지만, 당업자라면 본 발명이 다른 산업 장치 및 공정의 자동화 제어에 균등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 모든 이러한 제어 시스템 및 방법은 첨부된 청구의 범위의 범주 내에 속한다.
첨부 도면에서 개략적으로 도시되거나 블록에 의해 나타낸 개별 구성 요소는 모두 사출 성형 업계에 주지되어 있으며, 그 특정한 구성 및 동작은 본 발명을 수행하는 동작 또는 가장 우수한 모드에 있어서 중요하지 않다.
본 발명은 양호한 실시예라고 현재까지 생각되는 것에 대해 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구의 범위 내에 포함되는 다양한 보정 및 등가 배열을 포함하도록 해석되어야 한다. 다음의 청구의 범위의 범주는 모든 이러한 보정 그리고 등가 구조 및 기능을 포함하도록 된 가장 넓은 해석과 일치되어야 한다.
Claims (31)
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 금형을 위한 제어 장치(106 또는 206)이며,제1 표면과 제2 표면 사이의 압축력을 감지하고 대응하는 감지 신호를 발생시키기 위해 사출 금형의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 센서(104 또는 204)와;작동 신호를 수용하고 제1 표면과 제2 표면 사이에 대응하는 힘을 발생시키기 위해 제1 표면과 제2 표면 사이에서 능동 재료 센서(104 또는 204)에 인접하여 배치되도록 구성되는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)와;사용 중에 능동 재료 센서(104 또는 204)로부터의 감지 신호를 전송하고 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 작동 신호를 전송하도록 구성되는 전송 구조물(108A, 108B 또는 211)과,전송 구조물과 상호작용하고 감지 신호를 판독하도록 구성되는 컴퓨터 프로세서(209)를 포함하는 제어 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 복수개의 능동 재료 센서(104 또는 204) 및 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 더 포함하며, 각각은 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 제어 장치.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사출 성형 기계를 위한 제어 장치(106 또는 206)이며,작동 신호를 수용하고 제1 표면과 제2 표면 사이에 대응하는 팽창력을 발생시키기 위해 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)와;능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)로 작동 신호를 사용 중에 전송하도록 구성되는 전송 구조물(108A, 108B 또는 211)과,전송 구조물과 상호작용하고 작동 신호를 발생시키도록 구성되는 컴퓨터 프로세서(209)를 포함하는 제어 장치.
- 제4항에 있어서, 제1 표면과 제2 표면 사이의 압축력을 감지하고 대응하는 감지 신호를 발생시키기 위해 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 센서(104 또는 204)를 더 포함하며, 전송 구조물(108A, 108B 또는 211)은 사용 중에 능동 재료 센서(104 또는 204)로부터의 감지 신호를 전송하도록 구성되는 제어 장치.
- 제5항에 있어서, 복수개의 능동 재료 센서(104 또는 204) 및 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 더 포함하며, 각각은 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 제어 장치.
- 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이의 편향을 제어하는 장치(106 또는 206)이며,작동 신호를 수용하고 제1 표면과 제2 표면 사이에 팽창력을 발생시키기 위해 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)와;능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)의 폭의 변화를 검출하고 그에 대응하는 센서 신호를 발생시키기 위해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 인접하여 배치되는 능동 재료 센서(104 또는 204)와,센서 신호를 판독하도록 구성되고, 또한 작동 신호를 발생시키도록 구성되는 컴퓨터 프로세서(209)를 포함하는 제어 장치.
- 제7항에 있어서, 컴퓨터 프로세서(209)가 폐쇄형 루프 제어를 사용하여 능동 재료 센서(104 또는 204)로부터 센서 신호를 수용하고 대응하는 작동 신호를 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 전송하는 제어 장치.
- 제8항에 있어서, 복수개의 능동 재료 센서(104 또는 204) 및 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 더 포함하며, 각각은 사출 성형 기계의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되도록 구성되는 제어 장치.
- 코어 및 코어 판을 갖는 금형에서의 코어 시프팅을 보정하기 위한 제어 장치(106 또는 206)이며,코어와 코어 판 사이에 팽창력을 각각 발생시키기 위해 코어의 주연 주위에 배치되도록 구성되고, 개별적으로 제어 가능하도록 각각 구성되는 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)와;복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)의 각각의 능동 재료 액츄에이터로 사용 중에 작동 신호를 제공하도록 구성되는 전송 구조물(108A, 108B 또는 211)과;코어 시프팅을 보정하기 위해 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205) 중 선택된 능동 재료 액츄에이터에 작동 신호를 제공하도록 구성되고, 작동 신호를 발생시키도록 구성된 컴퓨터 프로세서(209)를 구비하는 제어 구조물을 포함하는 제어 장치.
- 제10항에 있어서, 코어와 코어 판 사이의 압축력을 각각 감지하고 대응하는 감지 신호를 발생시키기 위해 코어의 주연 주위에 배치되도록 구성되는 복수개의 능동 재료 센서(104 또는 204)를 더 포함하며, 전송 구조물(108A, 108B 또는 211)은 제어 구조물에 감지 신호를 전송하도록 구성되는 제어 장치.
- 제11항에 있어서, 각각의 능동 재료 센서(104 또는 204)는 대응하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 인접하여 배치되는 제어 장치.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사출 금형을 제어하는 방법이며,능동 재료 센서(104 또는 204)가 사출 금형의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치된 상태에서 제1 표면과 제2 표면 사이의 압축력을 감지하는 단계와;감지된 압축력에 대응하는 감지 신호를 발생시키는 단계와;능동 재료 센서(104 또는 204)로부터 컴퓨터 프로세서(209)에 감지 신호를 전송하는 단계와;전송된 감지 신호에 따라 사출 금형 제어 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 제어 방법.
- 제13항에 있어서, 제어 신호는 (ⅰ) 클램핑력 신호, (ⅱ) 사출 압력 신호 및 (ⅲ) 사출 속도 신호 중 하나 이상을 포함하는 제어 방법.
- 제13항에 있어서, 전송된 감지 신호에 대응하는 작동 신호를 계산하는 단계와;작동 신호에 대응하여 제1 표면과 제2 표면 사이에 팽창력을 발생시키기 위해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 사용하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제13항에 있어서, 제1 표면과 제2 표면 사이에 복수개의 능동 재료 센서(104 또는 204) 및 복수개의 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 배치하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 사출 금형을 제어하는 방법이며,제1 표면과 제2 표면 사이의 공간을 제어하기 위해 힘 작동 신호를 결정하는 단계로서, 힘 작동 신호가 컴퓨터 프로세서(209)에 의해 발생되는 단계와;사출 금형의 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 힘 작동 신호를 전송하는 단계와;제1 표면과 제2 표면 사이에 대응하는 팽창력을 발생시키기 위해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 작동시키도록 컴퓨터 프로세서(209)를 사용하는 단계를 포함하는 제어 방법.
- 제17항에 있어서, 제1 표면과 제2 표면 사이의 압축력을 감지하기 위해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 사용하는 단계와;감지된 압축력에 대응하는 감지 신호를 발생시키는 단계와;능동 재료 센서(104 또는 204)로부터 컴퓨터 프로세서(209)에 감지 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제17항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205) 내에서의 폭 변화를 검출하고, 검출된 폭 변화에 대응하는 피드백 신호를 발생시키기 위해 능동 재료 센서(104 또는 204)를 사용하는 단계와;피드백 신호에 따라 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)를 실시간 폐쇄형 루프 제어하는 단계를 더 포함하는 제어 방법.
- 제1 및 제2 표면을 가진 사출 성형 기계를 위한 제어 장치(106 또는 206)이며,전송 구조물(108A, 108B 또는 211)을 통해 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 전송될 작동 신호를 발생시키도록 구성되는 컴퓨터 프로세서(209)를 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 대응하는 힘을 발생시키도록 구성되고, 대응하는 힘은 제1 표면 및 제2 표면을 서로 상호작용하도록 가압하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면은 금형의 코어를 포함하고,제2 표면은 금형의 스트리퍼 링을 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 스트리퍼 링을 가압하여 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 코어로부터 성형 부품을 상승시키는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면은 금형의 코어를 포함하고,제2 표면은 금형의 공동을 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 코어와 공동 사이에 제공되고, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 금형에 간극을 형성하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면은 금형의 코드를 포함하고,제2 표면은 금형의 공동을 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)가 코어와 공동 사이에 제공되고, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료로 금형을 충전하는 속도를 변화시키는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면은 금형의 가동 코어 부품을 포함하고,제2 표면은 금형의 금형 구조 부품을 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 가동 코어 부품과 금형 구조 부품 사이에 제공되고, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 높이가 증가하고, 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 금형의 표면을 마모시킴으로써 형성된 간극을 충전하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면은 금형의 코어를 포함하고,제2 표면은 금형의 코어 판을 포함하고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 코어와 코어 판 사이에 제공되고, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 제어기 시스템에 의해 검출된, 코어와 코어 판 사이의 오정렬을 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 보정하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 금형과 협력하도록 구성되고, 금형은 성형 부품을 성형하도록 구성되고, 성형 부품은 성형 재료로 제조되며,제1 표면 및 제2 표면은 금형에 포함되고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료에 진동을 부여하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 성형 시스템과 협력하도록 구성되고, 성형 시스템은 성형 재료를 운반하도록 구성되며,제1 표면 및 제2 표면은 금형에 포함되고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료에 진동을 부여하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 핫 러너와 협력하도록 구성되고, 핫 러너는 성형 재료를 운반하도록 구성되며,제1 표면 및 제2 표면은 핫 러너에 포함되고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료에 진동을 부여하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 핫 러너와 협력하도록 구성되고, 핫 러너는 성형 재료를 운반하도록 구성되며,제1 표면 및 제2 표면은 핫 러너의 부품에 포함되고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 핫 러너 시스템의 부품을 가압하여 서로에 대해 밀봉하고, 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료의 누출을 최소화하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 성형 시스템과 협력하도록 구성되고, 성형 시스템은 성형 재료를 운반하도록 구성되며,제1 표면 및 제2 표면은 성형 시스템의 부품에 포함되고,능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)는 성형 시스템의 부품을 가압하여 서로에 대해 밀봉하고, 작동 신호를 수신하는 능동 재료 액츄에이터(105 또는 205)에 응답하여 성형 재료의 누출을 최소화하는 제어 장치.
- 제20항에 있어서, 컴퓨터 프로세서(209)는 능동 재료 센서(104 또는 204)로부터의 감지 신호를 수신하도록 구성되고,능동 재료 센서(104 또는 204)는 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되고, 제1 표면과 제2 표면 사이의 힘을 감지하며, 힘을 감지하는 것에 응답하여 감지 신호를 발생시키도록 구성되는 제어 장치.
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