KR100906265B1 - 전기적 저항 소자의 온도 제어 방법 및 장치와 시일링 장치 - Google Patents

전기적 저항 소자의 온도 제어 방법 및 장치와 시일링 장치 Download PDF

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Abstract

시일 와이어(2)와 같은 전기적 저항 소자에 대한 전류 입력을 제어하는 제어 시스템 및 장치가 개시된다. 본 발명의 시스템 및 장치는 종래의 시스템에 대한 폐쇄 루프 피드백 변형이며, 시일 와이어(2)의 가열에 따른 그의 고유 팽창을 이용한다. 피드백 메카니즘은 시일링 와이어의 길이를 모니터링하고 모니터링된 길이에 응답하여 와이에 인가되는 전류를 조정한다. 시일 와이어(2)와 같은 전기적 임펄스 소자의 한쪽 종단은 와이어 인장 블록을 갖는 상단 죠(20)의 밑면에 고정된다. 시일 와이어(2)의 맞은편의 이동 또는 유동적인 종단은 와이어 단자(10)에서 시일 와이어 피봇 부재(1)에 결합된다. 피봇 부재(1)는 피봇 지점(9)에서 상단 죠(20) 상에 피봇식으로 장착되어 시일 와이어 온도에 따른 시일 와이어(2)의 팽창 및 수축에 응답하여 이동한다. 검출기 액추에이터(3)는 시일 와이어 피봇 플레이트 또는 블록(1)에 장착되며, 피봇 부재(1)를 지나 검출기(5)쪽으로 연장된다.

Description

전기적 저항 소자의 온도 제어 방법 및 장치와 시일링 장치{IMPROVED HOT WIRE CONTROL APPARATUS AND METHOD}
제품에 대하여 플라스틱 필름을 래핑 및 시일링(wrapping and sealing)하는 패키징 머신은 통상적으로 가열 와이어(heated wire)를 사용하여 필름 층들을 서로 시일링하고 그 층들을 녹임으로써 제품이 머신을 통과함에 따라 제품은 서로 분리되게 된다. 시일 및 절단 동작을 수행하도록 와이어를 고온으로 가열하기 위해 전류가 와이어에 공급된다. 필름이 패키지 주위에서 팽팽하게 줄어든 경우, 특히 폴리프로필렌 필름이 포함된 경우 결과적인 시일의 외관은 우수하고 깔끔하다. 이러한 고온 와이어는 전형적으로 엔드실(end seals) 및 사이드실(side seals) 모두를 형성하는데 사용된다.
와이어가 필름과 접촉하고 그의 의도한 기능을 수행함에 따라, 와이어는 필름 및 주변 환경에게 열을 잃는다. 따라서, 적절한 와이어 온도를 유지하기 위해 와이어에 연속적으로 또는 지속적으로 전류를 공급해야 한다.
전형적으로, 와이어는 직경이 대략 0.045-0.05 인치인 저항 소자이며, 따라서 온도 상승, 피로 및 고장에 민감하다. 따라서, 와이어에 대한 전류가 적절히 제어되지 않고 와이어 온도가 과도하게 높아지는 경우, 와이어는 파손되는 경향이 있다. 예를 들어, 머신 속도가 증가함에 따라, 와이어를 적절한 온도로 가열하기 위해 시일 와이어에 전송된 전류 임펄스는 시일 시스템이 항상 동작하는 시점이 될 때까지 보다 빈번해진다. 와이어에 열이 인가되는 속도만큼 시일링되는 필름이 초과 열을 냉각시키지 못하는 경우(히트 싱크로서 동작하지 못하는 경우) 와이어는 보다 고장나기 쉽다. 와이어는 결국 부드러워지고, 늘어지며 파손된다. 이러한 것은 특히 적절한 조작자 주의가 없는 경우 흔히 발생한다. 와이어의 교환은 머신의 정지를 필요로 하며, 이는 결과적으로 상당한 생산성 손실을 야기한다.
미국 특허 번호 5,597,499는 시일링 와이어에 인가되는 열 임펄스의 지속기간을 제어하는 시일 와이어 제어 시스템을 제공함으로써 상기 문제를 해결한다. 상기 해결책은 제품의 개수 및 제품이 래퍼(wrapper)를 통과하는 빈도에 기초하여 시일 와이어에 인가되는 열을 조절하는 개방 루프 구성을 이용한다. 그러나, 이러한 해결책의 융통성은 제한된다.
미국 특허 출원 번호 10/251,415 호는 시일링 와이어의 팽창을 모니터링함으로써 상기 문제를 해결한다. 상기 해결책은 와이어의 길이에 기초하여 와이어에 인가되는 전류를 조절하는 폐쇄된 루프 구성을 이용한다. 와이어가 소정의 임계 길이까지 팽창하는 경우, 시일 와이어에 인가되는 전류는 감소 또는 제거된다. 와이어가 임계값 미만의 길이까지 수축되도록 충분히 냉각된 후, 인가되는 전류는 복원된다. 이것은 종래 구성에 비해 개선을 나타내지만, 패키징 머신의 싸이클 비율이 조정되는 경우 여전히 조정을 필요로 한다. 이들 조정이 이루어지지 않는 경우, 시일 와이어는 개방 루프 구성에 의해 제어되는 경우보다 더 오래 유지될 것이지만, 피로로 인해 조기에 고장날 수 있다.
와이어의 팽창 및 수축을 검출하는 폐쇄 루프 피드백 구성을 가지며 와이어를 피로 및 고장으로부터 보호하기 위해 와이어의 길이를 조절하도록 전류를 조절하는 시일 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
이들 및 다른 목적은 후속하는 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 분명해질 것이다.
종래 기술의 문제점은 본 발명에 의해 극복되는데, 본 발명은 시일 와이어와 같은 전기적 저항 소자에 대한 전류 입력을 제어하는 제어 시스템 및 장치를 제공한다. 본 발명의 시스템 및 장치는 종래의 시스템에 대한 폐쇄 루프 피드백 변형물이며, 시일 와이어의 가열에 따른 시일 와이어의 고유 팽창을 이용한다. 피드백 메카니즘은 시일링 와이어의 길이를 모니터링하고 이 모니터링된 길이에 응답하여 와이어에 인가되는 전류를 조정한다.
따라서, 본 발명의 장치는 시일 와이어의 팽창 및 수축을 직접 모니터링하고, 모니터링된 길이에 기초하여 예를 들어 PID (Proportional, Integral, Derivative) 루프와 같은 알고리즘을 사용하여 시일 와이어에 인가되는 전류를 조정한다. 이러한 기법을 사용함으로써, 와이어 스트레스 및 피로는 감소되고, 그에 따라 와이어의 수명은 연장된다.
바람직한 실시예에 있어서, 가변 전류원은 변압기를 포함하는데, 이 변압기의 2차 권선은 시일 와이어에 접속된다. 2차 권선을 통과하는 전류는 1차 권선을 통과하는 전류에 의해 결정된다. 1차 권선은 입력 교류 전류의 듀티 싸이클을 조정하는 비례 제어 회로에 의해 조절된다. 이 비례 제어 회로는 제어기로부터 그의 입력을 수신하고, 그런 다음 제어기는 근접 센서로부터 그의 입력을 수신한다. 근접 센서는 시일링 와이어의 팽창 및 수축의 양에 응답하는 출력을 생성한다. 이 출력은 비례 제어 회로를 제어하는데 사용되며 이 비례 제어 회로는 시일링 와이어에 인가될 전류의 양을 결정한다. 이 시퀀스는 바람직하게는 연속적으로 반복되어, 시일링 와이어의 길이를 유지한다. 시일링 와이어의 길이를 연속적으로 모니터링함으로써, 와이어의 내구성 및 수명은 상당히 개선된다.
도 1은 본 발명에 따른 엔드 시일 어셈블리(end seal assembly)의 부분적 정면도,
도 2는 본 발명에 따라 저온에서 시일 와이어를 갖는 엔드 시일 어셈블리의 부분적 정면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔드 시일 어셈블리의 부분적 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 대표적 근접 센서의 출력의 출력을 나타내는 그래프를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패키징 머신을 위한 엔드 시일 어셈블리의 일부분이 도시되어 있다. 도시되어 있는 엔드 시일 어셈블리는 예시적이며, 본 발명은 시일링 메카니즘의 임의의 특정 위치에 제한되는 것은 아니다. (도 1에는) 상단 죠(top jaw)(20)가 도시되어 있으며, 이 상단 죠(20)는 통상적으로 필름 가드 마운트(film guard mount)(도시되어 있지 않음)를 통해 결합되는 마주보는 한 쌍의 필름 클램프(a pair of opposite film clamp) 사이에 삽입되며, 이어서 상기 마운트는 상단 죠(20)에 결합된다. 시일 와이어(2)와 같은 전기적 임펄스 소자의 하나의 종단은 와이어 인장 블록(도시되어 있지 않음)을 갖는 상단 죠(20)의 밑면에 고정된다. 시일 와이어(2)의 맞은편의 이동 또는 유동적인 종단은 와이어 단자(10)에서 시일 와이어 피봇 부재(seal wire pivot member)(1)에 결합된다. 피봇 부재(1)는 피봇 지점(9)에서 상단 죠(20) 상에서 피봇식으로(pivotally) 장착되어 이 피봇 부재(1)는 시일 와이어 온도에 따른 시일 와이어(2)의 팽창 및 수축에 응답하여 이동한다. 검출기 액추에이터(3)가 시일 와이어 피봇 플레이트 또는 블록(1)에 장착되고 도시되어 있는 바와 같이 피봇 부재(1)를 지나 검출기(5) 쪽으로 연장한다. 바람직하게, 액추에이터(3)는 근접 검출기(5)를 가동시키기에 충분한 표면 영역을 제공하기 위해 플랜지 부분(flange portion)(3A)에서 종결되며, 이는 이하에서 보다 자세히 설명된다. 코일 스프링과 같은 바이어싱 부재(4)의 하나의 종단은 액추에이터(3)에 고정되고 바이어싱 부재(4)의 맞은편 종단은 상단 죠(20)에 고정되어 액추에이터(3)(및 피봇 부재(1))를 인장 상태로 유지하고, 액추에이터를 바이어싱하며, 따라서 와이어 인장 블록으로부터 멀어지는 방향으로 시일 와이어(2)를 바이어싱한다.
근접 센서와 같은 검출기(5)가 액추에이터(3)로부터 설정된 간격으로 이격된다. 시일 와이어(2)의 팽창 및 수축을 모니터링할 수 있는 광학 검출기와 같은 다른 검출기가 적절하며 본 발명의 범주 내에 들어간다. 시일 와이어(2)에 전류가 인가되고 시일 와이어(2)가 가열되어 팽창하는 경우, 이러한 팽창은 바이어싱 부재(4)의 인장력과 피봇 부재(1)의 피봇 동작에 의해 조정된다. 그 결과, 피봇 부재(1)는 도 2에 도시되어 있는 위치에서 도 1에 도시되어 있는 위치로 시계 방향으로 피봇을 수행하여, 액추에이터(3)를 검출기(5)의 센서쪽으로 유도한다. 검출기(5)는 그 자신과 액추에이터(3) 간의 거리를 감지하고 그 거리에 응답하여 출력을 생성한다. 바람직한 실시예에서, 검출기(5)와 액추에이터(3) 간의 거리에 선형적으로 비례하는 응답이 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 생성된다. 그 출력에 기초하여, 시일 와이어(2)에 인가된 전류가 개략적으로 균일한 와이어 길이를 유지하기 위해 변경된다. 따라서, 액추에이터(3)가 원하는 것보다 더 근접해 있음을 (따라서 과도하게 가열되었음을) 검출기(5)의 출력이 나타내는 경우, 시일 와이어(2)에 인가된 전류의 양은 감소된다. 이제, 감소된 전류의 인가를 통해, 시일 와이어(2)는 냉각되고 수축되며, 피봇 부재(1) 및 액추에이터(3)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 시계 반대방향으로 당겨진다. 이것은 검출기(5)와 액추에이터(3) 간의 거리를 증가시키며, 그 결과 검출기(5)로부터의 출력을 증가시킨다. 역으로, 액추에이터(3)가 원하는 것보다 멀리 위치해 있는 것으로 (따라서 과도하게 냉각되어 있는 것으로) 검출기(5)의 출력이 나타내는 경우, 인가된 전류의 양은 증가하고, 따라서 시일 와이어(2)를 가열한다. 증가된 전류의 인가를 통해, 시일 와이어(2)는 가열되고 팽창하며, 피봇 부재(1) 및 액추에이터(3)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 시계방향으로 당겨진다. 이것은 검출기(5)와 액추에이터(3) 간의 거리를 감소시켜, 검출기(5)로부터의 출력을 감소시킨다.
시일 와이어(2)의 길이를 결정하는 다른 수단이 사용될 수 있고 본 발명의 범주 내에 들어간다. 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 피봇식의 피봇 부재(1)를 사용하기보다는, 도 3에 도시되어 있는 선형 시스템이 사용될 수 있다.
도 3은 액추에이터가 피봇식보다는 선형적으로 이동하는 실시예를 도시한다. 블록(31)을 지탱하는 선형 가드레일(30)은 상단 죠(20)에 결합된다. 이 실시예에서, 근접 스위치(5')는 액추에이터(3')의 이동을 검출할 수 있도록 배치된다. 따라서, 액추에이터(3')가 도 3에 도시되어 있는 위치에 있는 경우, 시일 와이어(2)는 아직 팽창되지 않았다. 압축 또는 팽창 스프링과 같은 바이어싱 부재(4')는 와이어 인장 블록(이 블록에 액추에이터(3')도 연결됨)에 부착되고 시일 와이어(2)를 이전과 같이 인장 상태로 유지한다. 와이어(2)가 가열되고 팽창함에 따라, 액추에이터(3')는 (도 3의 좌측으로) 검출기(5')쪽으로 선형적으로 이동한다. 이것은 근접 센서의 출력의 감소를 야기하며, 이러한 감소는 시일 와이어(2)에 인가된 전류를 감소시킨다. 시일 와이어(2)가 냉각됨에 따라, 이 와이어(2)는 수축하고, 액추에이터(3')는 검출기(5')로부터 멀어지는 방향으로 (도 3의 우측으로) 선형적으로 이동한다. 이것은 근접 센서의 출력의 증가를 야기하고, 이러한 출력 증가는 시일 와이어(2)에 인가되는 전류를 증가시킨다.
또 다른 실시예에서, 근접 센서 대신에, 전위차계가 사용된다. 이 실시예에서, 전위차계는 회전 이동에 기초하여 출력을 생성한다. 전위차계는 피봇 지점(9)(도 1)에 위치한다. 시일 와이어(2)의 길이가 변경됨에 따라, 피봇 부재(1)는 피봇 지점(9) 주위를 회전한다. 따라서, 시일 와이어(2)의 길이는 피봇 부재(1)의 회전 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 피봇 부재(1)의 회전 이동은 전위차계로부터의 출력에 대응하는 변경을 야기하였다. 이 출력은 근접 센서의 출력과 동일한 방식으로 사용될 수 있으며, 이는 이하에서 기술될 것이다. 당업자라면, 시일 와이어의 길이를 측정하는 다른 방법이 또한 가능하며, 본 상세한 설명은 본 발명을 이들 실시예에만 제한하려 하지 않음을 이해할 것이다.
도 5는 시일 와이어에 인가된 가변 전류를 생성하는데 사용되는 회로에 대한 실시예를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 검출기(5), 바람직하게는 근접 센서는 시일 와이어의 길이에 대해 응답하는 출력을 생성한다. 바람직한 실시예에서, 액추에이터와 검출기 사이에서 측정된 거리와 검출기의 출력 사이에는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 선형적인 관계가 있다. 검출기(5)로부터의 출력은 수신된 입력에 응답하여 가변적인 인가 전류를 생성하는 전원 공급부(90)에 의해 수신된다. 바람직한 실시예에서, 전원 공급부(90)는 프로세싱 유닛(100), 비례 제어 유닛(110), 변압기(120) 및 AC 전원(130)을 포함하며, 이들 각각은 이하에서 자세히 설명될 것 이다.
프로세싱 유닛(100)은 바람직한 실시예에서는 0 내지 10 볼트의 범위를 갖는 입력을 검출기(5)로부터 수신한다. 프로세싱 유닛은 이러한 입력에 기초하여 시일 와이어에 인가할 전류의 적정 양을 결정하는 알고리즘을 사용한다. 간단한 실시예에서, 프로세싱 유닛(100)은 간단히 수신된 신호를 비례 제어 유닛(110)에 전달한다. 이 방법은 인가된 전류의 일정한 조정을 가능하게 하지만, 불안정성, 수용불가능한 과도 응답(transient response) 또는 정상 상태 에러를 야기할 수 있다.
제 2 실시예에서, 프로세싱 유닛(100)은 PID(Proportional, Integral, Derivative) 제어기를 포함한다. PID 제어기는 입력 신호에 비례하는 제 1 성분, 입력 신호의 도함수(derivative)에 기초하는 제 2 성분 및 입력 신호의 적분에 기초한 제 3 성분의 3가지 성분에 기초하여 출력을 생성한다. 이들 성분 각각은 PID 제어기의 출력에 영향을 준다. 예를 들어, 도함수 성분은 시스템의 안정성을 증가시키고, 오버슈트를 감소시키며 과도 응답을 개선한다. 적분 성분은 정상 상태 에러를 감소시키지만, 오버슈트 및 과도 응답을 증가시킨다. 비례 성분은 출력 상승 시간을 감소시키고, 정상 상태 에러를 감소시키지만 절대 제거하지는 못할 것이다. 이들 성분 각각은 연관된 이득을 가지며, 이 연관된 이득은 특정 성분이 출력 생성 시에 사용되지 않는 경우 0의 값을 포함한다. 이 이득 값에 대한 조정은 PID 제어기로부터의 결과적인 출력에 영향을 미친다. 당업자라면, 이들 이득은 경험적 수단을 통해, 또는 당업계에서 현재 이용가능한 시뮬레이션 툴 중 하나를 사용하여 특정 애플리케이션에 대해 최적화될 수 있다는 것을 알 것이다.
당업자라면, PID 제어기에 대한 다양한 실시예가 있음을 알 것이다. 바람직한 실시예에서, PLC 즉 프로그램가능 로직 제어기가 사용되어 이 기능을 구현한다. 또 다른 실시예에서, Gefran사에 의해 제작된 것과 같은 분리된 PID 제어기가 사용된다. 이러한 또 다른 실시예는 특히 기존의 머신을 갱신하는 경우에 유용하다.
비례 제어 유닛(110)은 프로세싱 유닛(100)으로부터 생성된 출력을 수신한다. 비례 제어 유닛은 변압기(120)와 AC 전원(130) 사이에서 직렬로 위치한다. 비례 제어 유닛은 변압기(120)의 1차 권선을 통해 흐르는 전류를 그의 듀티 싸이클의 조정을 통해 제어하도록 동작한다. 간단히, 전압원(130)으로부터의 전류 파형은 전형적으로 정현파이다. 비례 제어 유닛(110)은 이 정현파 입력을, 이 입력의 일부분만을 1차 권선에 통과시킴으로써 수정한다. 이를 위해, 비례 제어 회로(110)는 입력 파형을 작은 시간 기간으로 분할한다. 각각의 시간 기간 동안, 회로(110)는 그 시간의 소정의 비율 동안 입력을 통과시키며, 그 시간 기간의 나머지 부분 동안에는 차단한다. 100%의 듀티 싸이클은 입력이 1차 권선으로 변경되지 않고 전달되었음을 나타내고, 0%의 듀티 싸이클은 입력이 1차 권선으로 전혀 전달되지 않았음을 나타낸다. 50%의 듀티 싸이클은 입력이 각 시간 기간의 50% 동안 1차 권선에 전달되었음을 나타낸다. 바람직한 실시예에서, 프로세싱 유닛의 출력은 원하는 듀티 싸이클에 선형적으로 비례한다. 따라서, 프로세싱 유닛(110)으로부터의 출력이 0 내지 10 볼트의 범위였다면, 듀티 싸이클은 수신된 전압에 10을 곱한 값과 동일하다. 예를 들어, 프로세싱 유닛(110)으로부터 4 볼트의 출력은 비례 제어 유닛이 40%의 듀티 싸이클을 사용하도록 야기한다. 이러한 선형적 관계가 바람직 하지만, 다른 실시예가 동일하게 적용가능하며, 본 발명은 이 실시예에 제한되는 것은 아니다.
이런 식으로 입력 전류 파형을 변조함으로써, 변압기(120)의 1차 권선을 통해 전달되는 평균 전류가 제어된다. 또한, 모든 변압기가 그러하듯, 1차 권선을 통과하는 전류는 2차 권선을 통과되는 전류에 직접적으로 비례한다. 따라서, 1차 권선을 통해 전달되는 전류에 대해 이루어진 변동은 2차 권선에 접속된 시일 와이어(2)에 인가된 전류에 유사한 변동을 야기한다.
전류계와 같은 시각적 참조부(140)가 선택에 따라 변압기(120)와 시일 와이어(2) 사이에 직렬로 삽입되어 시일 와이어를 통과하는 전류의 양에 대한 표시를 조작자에게 제공한다.
바람직한 실시예에서, 검출기(5)는 시일 와이어(2)의 길이를 지속적으로 모니터링하고, 프로세싱 유닛(100)은 시일 와이어(2)에 인가되는 전류를 지속적으로 조정한다. 또 다른 실시예에서, 프로세싱 유닛(100)이 검출기(5)로부터 생성된 출력을 규칙적인 간격으로 샘플링되고, 그런 다음 규칙적으로 간격으로 그 출력을 생성하고 전송한다. 따라서, 프로세싱 유닛(100)으로부터의 출력을 지속적으로 변경하기 보다는, 시일 와이어(2)에 인가되는 전류를 제어하는데 사용되는 시간적으로 불연속의 지점에서 출력이 생성된다. 프로세싱 유닛이 검출기로부터의 입력을 샘플링하고 그 출력을 생성하는 주파수는 시스템의 구현에 따라 다르다. 본 발명은 이 샘플링 주파수를 제한하지 않으며 연속적으로 또한 불연속적으로 샘플링된 시스템 모두에 적용가능하다.
바람직한 실시예에서, 피봇 부재 및 바이어싱 부자는 시일 와이어에서의 대략 1인치의 팽창 및 수축을 보상할 수 있다. 예를 들어, 0.0 인치의 팽창은 냉각 와이어를 나타내는 반면, 1인치의 팽창은 최대로 가열된 시일 와이어일 수 있다. 팽창의 길이는 와이어의 온도에 비례한다. 제어기는 예를 들어 1/2"의 팽창과 같은 디폴트값의 와이어 팽창 설정을 갖는다. 시스템은 와이어의 길이를 모니터링하고 그에 인가되는 전류를 조정하여 시일 와이어의 길이를 원하는 길이로 유지한다. 따라서, 시일 와이어의 실제 길이와 원하는 길이 간의 차이를 모니터링하면서, 본 발명을 사용하여 시일 와이어에 인가되는 전류를 적절히 제어함으로써, 와이어의 길이는 약 1/8"의 원하는 값 내에 유지될 수 있다.
본 발명은 시일링 동작의 다양한 상이한 레벨 동안 이 공차를 유지할 수 있다. 예를 들어, 시일 와이어가 고속 시일링에 사용되는 경우, 플라스틱과 같은 시일링 물질은 시일 와이어에 히트 싱크를 제공하는데, 그 이유는 그들이 직접 접촉하는 시간의 양 때문이다. 시일링 물질이 시일 와이어로부터의 열을 낮춤에 따라, 시일 와이어는 냉각되고 따라서 수축된다. 본 발명은 이러한 수축을 검출하고 시일 와이어에 인가되는 전류를 적절히 증가시켜 원하는 길이를 복원한다. 역으로, 시일링 동작이 저속으로 사용되는 경우, 히트 싱크로서 역할을 하는 시일링 물질의 영향은 감소되는데, 그 이유는 그들이 접촉하는 빈도가 더 낮기 때문이다. 따라서, 와이어는 가열될 것이고 팽창하기 시작할 것이다. 다시, 본 발명은 이러한 팽창을 검출하고 시일 와이어에 인가되는 전류를 적절히 감소시킨다. 본 발명은 폐쇄된 루프 제어 시스템으로 인해 시일링 동작의 변동 레벨에 자동적으로 적응할 수 있다.
본 발명이 장착된 머신의 조작자는 PID 제어기의 정상 설정값을 길이 및 외형에 기초하여 적절한 시일을 제공하는 값으로 조정함으로써 디폴트값의 설정 파라미터를 선택에 따라 변경할 수 있다. 이 조정가능 설정값이 결정되면, 속도와는 무관하게 머신은 더 이상 조정을 필요로 하지 않는데, 그 이유는 폐쇄된 루프 제어는 일정한 길이 및 온도를 보장할 것이기 때문이다.
상술한 설명은 머신이 시일링 동작에 능동적으로 사용되는 동안에 사용되는 PID 제어기의 설정값의 최적화를 나타낸다. 이러한 설정 이외에, 머신이 동작하지 않는 기간 동안 시일 와이어의 길이 및 그에 따른 온도를 제어하는 것도 선택에 따라 또한 가능하다.
제 1 실시예에서, PID 제어기는 단일 세트의 설정을 구현한다. 따라서, 시일 와이어는 머신이 시일링 과정에 능동적으로 사용되느냐 또는 사용되지 않느냐에 상관없이, 동일한 길이로 유지될 것이고, 따라서 동일한 온도로 유지될 것이다.
제 2 실시예에서, PID 제어기 설정의 제 2 세트는 머신이 비활성 상태에 있는 동안에 사용된다. 예를 들어, 제어기는 사전결정된 비활성 상태, 즉 벨트의 비활성 상태의 기간에 기초하여 머신이 동작하고 있지 않음을 검출할 수 있다. 이러한 정보에 기초하여, 머신은 자동으로 제 2 PID 제어기 설정으로 전환한다. 이 제 2 설정은 전형적으로 조작 설정보다는 낮으며, 와이어 피로를 최소하고 과도 응답을 개선하는 역할을 한다. 이 실시예에서, 머신의 비활성 상태를 검출한 경우, 제어기는 제 2 설정을 이용한다. 머신이 다시 시일링 동작에 착수하는 경우 머신은 이전에 최적화된 설정으로 전환한다. PID 제어기 설정의 제 2 세트는 다수의 상이한 메카니즘을 사용하여 생성될 수 있다.
일 실시예에서, PID 제어기는 머신의 비활성 상태 기간 동안 특히 사용되는 사전결정된 값의 제 2 세트를 유지한다. 비활성 상태의 검출시, PID 제어기는 이 제 2 세트의 값을 사용하여 시일 와이어를 적절한 길이 및 그에 따른 적절한 온도로 유지한다.
또 다른 실시예에서, 사용자는 머신의 비활성 상태 동안에 사용될 제 2 세트의 값을 정의할 수 있다. 따라서, 사용자는 머신의 비활성 상태 동안에 시일 와이어가 유지되게 될 온도를 결정할 수 있다. 이러한 선택은 다수의 요소, 예를 들어 와이어 피로, 동작 온도에 도달하는 시간 및 다른 요소에 기초한다.
본 발명은 외부 PID 제어기, 액추에이터, 검출기, 및 전원을 수정할 적절한 회로를 간단히 부가함으로써 기존의 장비를 갱신할 수 있다.

Claims (15)

  1. 삭제
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  5. 전기적 저항 가열 소자의 온도를 제어하는 장치로서,
    피로 및 고장에 민감하며, 고정된 부분 및 이동가능 부재(movable member)에 장착된 이동가능 부분을 갖는 전기적 저항 가열 소자 - 상기 이동가능 부재는 상기 소자의 팽창 및 수축에 응답하여 이동하도록 구성됨 - 와,
    상기 이동가능 부재의 움직임을 검출하여 상기 이동가능 부재의 상기 움직임에 응답하여 제 1 전기 신호를 생성하는 검출기와,
    상기 제 1 전기 신호를 수신하도록 구성된 제어기를 포함하며 상기 소자에 가변 전류를 공급하는 전원 공급부 - 상기 제어기는 상기 제 1 전기 신호에 응답하여 상기 전류를 조절하는 데 PID 제어(proportional, integral and derivative control)를 이용하도록 구성됨 - 를 포함하는
    온도 제어 장치.
  6. 삭제
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  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제 1 전기 신호에 응답하여 제 2 전기 신호를 생성하도록 구성된
    온도 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는
    1차 권선 및 2차 권선을 갖는 변압기와,
    교류 전압원과,
    상기 전압원과 상기 1차 권선 사이에 직렬로 삽입되며, 상기 제 2 전기 신호에 응답하여 상기 전압원의 듀티 싸이클을 변경하도록 구성된 회로를 더 포함하는
    온도 제어 장치.
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  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 가열 소자는 와이어를 포함하는
    온도 제어 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 와이어의 직경은 0.045-0.050 인치인
    온도 제어 장치.
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