KR101678883B1 - 유량 모니터링 장치 - Google Patents

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KR101678883B1
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Abstract

본 발명의 유량 모니터링 장치는 공압에 의해 챔버의 게이트 셔터를 개폐시키는 개폐 유니트; 상기 개폐 유니트로 상기 공압을 유발하는 공기를 공급하는 공급 유니트; 및 상기 개폐 유니트와 상기 공급 유니트의 사이에서 상기 공기의 유량을 측정하는 제1 유량 측정부;를 포함할 수 있다.

Description

유량 모니터링 장치{APPARATUS FOR MONITORING AIR FLOW}
본 발명은 공기의 유량을 모니터링하는 장치에 관한 것이다.
챔버에는 챔버 내부와 외부의 출입구에 게이트 셔터가 마련될 수 있다.
게이트 셔터가 오픈되면, 챔버 내에서 가공되는 기판 등 각종 대상물이 오픈된 출입구를 통해 입력되거나 출력될 수 있다.
게이트 셔터가 클로즈되면, 챔버 내에 수용된 대상물에 대한 플라즈마 처리, 가열 처리 등 각종 처리 공정이 수행될 수 있다.
게이트 셔터의 오픈 또는 클로즈는 공압에 의해 이루어지는데, 이때의 공압의 변동에 따라 게이트 셔터의 동작이 불완전하게 이루어질 수 있다.
한국등록특허공보 제0558886호에는 무선 통신을 이용하여 공압 시스템을 모니터링하는 기술이 개시되고 있으나, 게이트 셔터의 동작을 정확하게 수행할 수 있는 기술은 나타나지 않고 있다.
한국등록특허공보 제0558886호
본 발명은 챔버에 마련된 게이트 셔터를 구동시키는 공기의 유량을 모니터링하는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 공압에 의해 챔버의 게이트 셔터를 개폐시키는 개폐 유니트; 상기 개폐 유니트로 상기 공압을 유발하는 공기를 공급하는 공급 유니트; 및 상기 개폐 유니트와 상기 공급 유니트의 사이에서 상기 공기의 유량을 측정하는 제1 유량 측정부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 유량 모니터링 장치는 개폐 유니트의 입력단에 제1 유량 측정부가 마련되므로, 게이트 셔터를 개폐시키는 개폐 유니트로 입력되는 유량을 정확하게 파악할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 개폐 유니트로 공급된 공기의 유량을 거시적으로 측정하는 제2 유량 측정부와 함께 해당 공기의 유량을 미시적으로 측정하는 제1 유량 측정부가 함께 마련될 수 있다. 이에 따르면, 개폐 유니트로 공급되는 공기의 유량을 전체적으로 모니터링할 수 있는 동시에 미세하게 모니터링할 수 있다.
그 결과 챔버의 게이트 셔터를 정밀하게 제어할 수 있는 근간을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유량 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 유량 측정부 및 제2 유량 측정부에서 측정된 유량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 게이트 셔터가 마련된 챔버를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 유량 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 유량 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 유량 모니터링 장치에는 개폐 유니트(110), 공급 유니트(130) 및 제1 유량 측정부(150)가 마련될 수 있다.
개폐 유니트(110)는 챔버(30)의 게이트 셔터(10)를 개폐시킬 수 있다.
플라즈마 처리, 열처리 등 대상물을 가공하는 각종 처리가 이루어지는 챔버(30)가 마련될 수 있다. 챔버(30)에는 대상물이 출입하는 출입구가 마련될 수 있다. 이 출입구는 대상물의 가공시 폐쇄되어야 하며, 대상물의 출입시 개방되어야 한다. 이와 같은 출입구의 개폐를 위해 챔버(30)에는 게이트 셔터(10)가 마련될 수 있다.
게이트 셔터(10)는 소위 챔버(30)의 출입구를 열고닫는 문에 해당할 수 있다.
게이트 셔터(10)는 개폐 유니트(110)에 의해 개폐 동작을 수행할 수 있다
개폐 유니트(110)에는 액추에이터(111), 제어 밸브(113), 니들 밸브(115) 등이 마련될 수 있다.
액추에이터(111)는 게이트 셔터(10)를 움직일 수 있다. 이를 위해 액추에이터(111)는 실린더, 공압에 의해 구동되는 피스톤, 피스톤 및 게이트 셔텨에 연결된 피스톤 로드를 포함할 수 있다. 예를 들어 실린더 내부에서 피스톤을 기준으로 제1 측에 공기가 유입되면 피스톤 로드가 정방향으로 움직이고 게이트 셔터(10)가 출입구를 폐쇄하도록 할 수 있다. 만약, 실린더 내부에서 피스톤을 기준으로 제2 측에 공기가 유입되면 피스톤 로드가 역방향으로 움직이고 게이트 셔터(10)가 출입구를 개방하도록 할 수 있다.
액추에이터(111)의 입력단에는 니들 밸브(115)가 배치될 수 있다.
니들 밸브(115)는 구형 밸브의 일종으로 밸브체의 끝이 원뿔 형상일 수 있다. 니들 밸브(115)는 액추에이터(111)로 입력되는 공기의 유량을 조절할 수 있다.
제어 밸브(113)는 액추에이터(111)의 입력단에 마련될 수 있다. 만약 니들 밸브(115)가 추가로 배치된다면 제어 밸브(113)는 니들 밸브(115)의 입력단에 배치될 수 있다.
제어 밸브(113)는 액추에이터(111)의 동작을 제어할 수 있다. 일예로, 제어 밸브(113)는 액추에이터(111)를 구성하는 실린더의 제1 측에 공기를 공급할지 제2 측에 공기를 공급할지 결정할 수 있다.
이상의 제어 밸브(113) 및 니들 밸브(115)는 별도로 마련된 제어부(미도시)의 제어에 의해 구동될 수 있다.
이상에서 살펴본 개폐 유니트(110)는 하나의 공급 유니트(130)에 대해 복수로 마련될 수 있다.
공급 유니트(130)는 개폐 유니트(110)로 공압을 유발하는 공기를 공급할 수 있다.
공기 공급의 소스(source)는 에어 펌프(pump)(미도시)일 수 있다. 공급 유니트(130)는 에어 펌프로부터 제공된 공기의 압력, 유량 등을 개폐 유니트(110)에서 요구하는 수준으로 조절할 수 있다.
구체적으로, 공급 유니트(130)에는 필터링부(131), 압력 조정부(133), 제2 유량 측정부(135), 볼 밸브(137), 압력 스위치(139) 등이 마련될 수 있다.
필터링부(131)는 펌프로부터 공급되는 공기를 필터링하고, 불순물이 개폐 유니트(110)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 필터링부(131)는 개폐 유니트(110)의 정확한 동작, 수명 연장을 위해 공급 유니트(130)에 포함되는 것이 좋다.
압력 조정부(133)는 필터링부(131)의 출력단에 배치될 수 있다. 그리고, 특정 압력을 다른 압력으로 조절할 수 있다.
구체적으로, 압력 조정부(pressure regulator)(133)는 펌프에 의하여 얻어진 고압의 1차 압력을 개폐 유니트(110)에서 사용하는 2차 압력으로 조정할 수 있다. 2차 압력의 조절은 압력 조정부(133)에 마련된 압력 조정용 핸들의 조작에 의해 이루어질 수 있다.
1차 압력을 2차 압력으로 정확하게 조정하기 위해 압력 조정부(133)에는 압력계가 마련될 수 있다.
이와 다르게 압력 조정부(133)는 비정상적인 압력 상승이 일어나면 작동되어 압력 상승을 막을 수도 있다. 다시 말해, 불의의 압력 상승으로 개폐 유니트(110) 또는 개폐 유니트(110)와 연결된 배관 등이 파괴되는 것을 방지하기 위해 규정된 압력 이상이 되면 작동하여 압력 상승을 차단할 수 있다.
앞에서 설명된 개폐 유니트(110)의 제어 밸브(113)는 압력 조정부(133)의 출력단에 연결될 수 있다.
제2 유량 측정부(135)는 펌프로부터 공급되는 공기의 유량을 측정할 수 있다.
펌프로부터 공급되는 공기의 유량을 정확하게 측정하기 위해 제2 유량 측정부(135)는 필터링부(131)를 거치기 전 상태의 공기 유량을 측정할 수 있다. 이를 위해 제2 유량 측정부(135)는 필터링부(131)의 입력단에 배치될 수 있다.
볼 밸브(137)는 펌프로부터 공급 유니트(130)로 입력되는 공기의 유입 여부를 결정할 수 있다. 즉, 볼 밸브(137)는 펌프와 제2 유량 측정부(135) 사이에 마련된 유로를 폐쇄하거나 개방할 수 있다.
압력 스위치(139)는 필터링부(131)와 압력 조정부(133)의 사이에 배치될 수 있다.
압력 스위치(pressure switch)(139)는 공압이 설정치 이상 또는 이하에 달하면 전기 접점을 개폐하는 스위치를 포함하고, 공압의 감시 및 제어에 이용될 수 있다. 계전기와 함께 사용하여 전자 밸브를 작동시켜 에어 펌프를 온-오프 제어할 수 있다.
제1 유량 측정부(150)는 개폐 유니트(110)와 공급 유니트(130)의 사이에서 공기의 유량을 측정할 수 있다. 구체적으로, 제1 유량 측정부(150)는 공급 유니트(130)의 압력 조정부(133)와 개폐 유니트(110)의 제어 밸브(113)의 사이에 배치될 수 있다.
이상의 설명에 따르면, 유량 모니터링 장치에는 제1 유량 측정부(150), 제2 유량 측정부(135)가 함께 마련될 수 있다.
이때, 공급 유니트(130)에 배치되는 제2 유량 측정부(135)는 압력 조정부(133)의 입력단에서 공기의 유량을 거시적으로 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 유량 측정부(150) 및 제2 유량 측정부(135)에서 측정된 유량을 나타낸 그래프이다.
도 2에서 전체적인 그래프는 펌프로부터 공급되는 공기의 유량을 나타낼 수 있다.
펌프에서 L0~L1 liter/min 유량의 공기가 공급된다면, 제2 유량 측정부(135)는 적어도 L0~L1 liter/min 범위의 유량의 측정할 수 있는 것이 좋다.
그러나, 제2 유량 측정부(135)에 의해 파악된 유량, 즉 도 2의 전체적인 그래프만으로는 개폐 유니트(110)를 정밀하게 제어하기 어려울 수 있다.
도 3은 게이트 셔터(10)가 마련된 챔버(30)를 나타낸 개략도이다.
도 3의 (a)에 개시된 바와 같이 챔버(30)에는 복수의 게이트 셔터(10)가 마련될 수 있다. 참고로, 본 발명의 유량 모니터링 장치는 챔버(30)의 하단에 마련된 여유 공간에 설치될 수 있다.
제2 유량 측정부(135)에서 측정된 유량을 이용해 니들 밸브(115), 압력 조정기 등을 제어할 경우 각 게이트 셔터(10)가 챔버(30)의 출입구를 개방하거나 폐쇄하는 동작을 취하도록 할 수 있다. 그러나, 해당 게이트 셔터(10)의 개폐 속도가 변하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, 이러한 문제는 하나의 공급 유니트(130)에 복수의 개폐 유니트(110)가 연결된 경우 심각하게 발생될 수 있다.
일예로, 특정 게이트 셔터(10)의 폐쇄 동작이 도 3의 (c)와 같이 다른 게이트 셔터(10)의 폐쇄 동작보다 늦다면, 특정 게이트 셔터(10) 혼자 오랜시간 해당 출입구를 개방하고 있을 수 있다. 이에 따르면, 특정 게이트 셔터(10)가 도 3의 (b)와 같이 출입구를 폐쇄할 때까지 후속 작업이 이루어지기 힘들다. 다른 예로, 각 액추에이터(111)로 공급되는 공기의 유량이 불규칙적으로 발생되어 각 액추에이터(111)가 간헐적으로 구동될 수 있다. 이에 따르면, 해당 액추에이터(111)에 연결된 게이트 셔터(10)가 소위 '드드득'거리면서 연속적이지 못하고 이산적으로 움직일 수 있다. 이러한 게이트 셔터(10)의 움직임은 개폐 유니트(110) 또는 게이트 셔터(10)의 훼손을 유발할 수 있다.
다시 도 2로 돌아가서, 게이트 셔터(10)의 이런 불규칙한 움직임은 개폐 유니트(110)로 공급되는 공기의 유량이 미세하게 변동되기 때문이다. 이때의 미세 변동은 도 2의 ⓐ에 나타난 바와 같이 L2~L3 liter/min 범위를 가질 수 있다. 그런데, L0~L1 liter/min의 측정 범위를 갖는 제2 유량 측정부(135)에서는 L2~L3 liter/min의 미세 유량 변동을 단순히 하나의 값으로 인식하기 쉽다. 다시 말해, L0~L1 범위의 거시적인 공기 유량을 측정하는 제2 유량 측정부(135)는 L2~L3 범위의 미시적인 공기 유량을 측정하기 힘들다.
이에 대비하여, 제1 유량 측정부(150)가 이용될 수 있다.
제1 유량 측정부(150)는 L2~L3 liter/min 범위의 공기 유량을 측정할 수 있다. 대신, L0~L1과 같은 큰 범위의 공기 유량을 측정하기 어렵다. 제1 유량 측정부(150)는 공급 유니트(130)와 개폐 유니트(110)의 사이에 배치되므로, 개폐 유니트(110)의 동작에 영향을 주는 공기 유량의 미세 변동을 정확하게 측정할 수 있다.
제1 유량 측정부(150)의 측정 결과는 제어부의 의해 분석되고, 니들 밸브(115), 제어 밸브(113), 압력 조정부(133) 중 적어도 하나의 제어에 이용될 수 있다. 일예로, 유량 모니터링 장치에는 제1 유량 측정부(150)의 측정 결과를 이용해 개폐 유니트(110) 또는 공급 유니트(130)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 제1 유량 측정부(150)에서 측정된 공기 유량의 미세 변동이 게이트 셔터(10)에 미치는 영향을 예측할 수 있다. 그리고, 게이트 셔터(10)의 움직임이 자연스럽고 부드럽게 이루어지도록 니들 밸브(115) 등을 제어할 수 있다. 경우에 따라 제어부는 게이트 셔터(10)에 미치는 영향이 심각한 것으로 판단되면, 해당 판단 결과를 알람 등을 통해 경고할 수 있다.
정리하면, 제1 유량 측정부(150)는 제1 측정 범위 내에서 공기의 유량을 측정할 수 있다. 그리고, 제2 유량 측정부(135)는 제2 측정 범위 내에서 공기의 유량을 측정할 수 있다. 이때, 제1 측정 범위는 제2 측정 범위보다 작을 수 있다. 이때, 제1 측정 범위를 갖는 것을 미시적이라 칭하고, 제2 측정 범위를 갖는 것을 거시적이라 칭할 수 있다.
다른 관점에서 살펴보면, 제1 유량 측정부(150)는 액추에이터(111)에 의한 게이트 셔터(10)의 개방 또는 폐쇄시 미세 공기 유량을 측정하는 것일 수 있다. 그리고, 제2 유량 측정부(135)는 개폐 유니트(110)에서 게이트 셔터(10)의 개폐에 사용한 공기의 적산량을 측정하는 것일 수 있다.
일예로, 제2 유량 측정부(135)는 유량의 변화량이 50 liter/min ~ 500 liter/min인 경우에 유량의 변화를 감지할 수 있다. 이에 반하여, 제1 유량 측정부(150)는 유량의 변화량이 0~10 liter/min인 경우에 유량의 변화를 감지할 수 있다. 즉, 제2 유량 측정부(135)는 유량이 0~10 liter/min 단위로 변할 때, 이를 감지하지 못할 수 있다. 그 결과 0~10 liter/min의 유량 변화량에 의해 정상적으로 동작하지 못하는 게이트 셔터(10)의 상태를 파악하기 힘들다. 그러나, 본 발명에 따르면, 제1 유량 측정부(150)가 제2 유량 측정부(135)와 함께 배치되므로, 공기의 유량 변화를 미시적 및 거시적으로 모두 파악할 수 있다.
제1 유량 측정부(150)는 질량 유량계를 포함할 수 있다.
질량 유량계(mass flow sensor)는 유체의 체적 유량이 아니라 질량 유량을 측정하는 방식의 유량계일 수 있다. 질량 유량게는 직접 질량 유량에 비례하는 양을 검출하는 방식의 직접형 질량 유량계와, 체적 유량계와 밀도계를 조합시켜 질량 유량을 측정하는 방식의 간접형 질량 유량계로 구분될 수 있다.
이상의 제1 유량 측정부(150)와 제어부에 따르면, 실시간으로 공기의 유량을 피드백 제어할 수 있다.
한편, 하나의 공급 유니트(130)에 복수의 개폐 유니트(110)가 연결될 때, 각 개폐 유니트(110)를 정밀하게 제어할 필요가 있을 수 있다.
일예로, 도 4와 같이 공급 유니트(130)에 복수의 개페 유니트가 병렬로 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 유량 모니터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4에서 제1 유량 측정부(150)는 각 개폐 유니트(110)마다 설치될 수 있다.
도 1과 도 4에서 공급 유니트(130)와 각 개폐 유니트(110)가 연결되는 지점을 접점이라 정의할 때, 도 1의 실시예는 공급 유니트(130)와 위 접점의 사이에 제1 유량 측정부(150)가 1개 설치되고 있다. 이에 따르면, 제1 유량 측정부(150)를 1개만 설치하면 되는 장점이 있으나, 각 게이트 셔터(10)를 정밀하게 제어하기 힘들 수 있다.
이와 달리 도 4의 실시예는 각 개폐 유니트(110)와 위 접점의 사이에 제1 유량 측정부(150)가 설치되고 있다. 이에 따르면, 제1 유량 측정부(150)는 개폐 유니트(110)와 동일한 개수가 필요한 반면, 각 게이트 셔터(10)를 정밀하게 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...게이트 셔터 30...챔버
110...개폐 유니트 111...액추에이터
113...제어 밸브 115...니들 밸브
130...공급 유니트 131...필터링부
133...압력 조정부 135...제2 유량 측정부
137...볼 밸브 139...압력 스위치
150...제1 유량 측정부

Claims (5)

  1. 공압에 의해 챔버의 게이트 셔터를 개폐시키는 개폐 유니트;
    상기 개폐 유니트로 상기 공압을 유발하는 공기를 공급하는 공급 유니트;
    상기 개폐 유니트와 상기 공급 유니트의 사이에서 상기 공기의 유량을 측정하는 제1 유량 측정부;
    제어부;를 포함하고,
    상기 공급 유니트에는 필터링부, 압력 조정부, 제2 유량 측정부, 볼 밸브, 압력 스위치가 마련되며,
    상기 필터링부는 펌프로부터 공급되는 공기를 필터링하고,
    상기 압력 조정부는 상기 필터링부의 출력단에 배치되고 압력을 조절하며,
    상기 제2 유량 측정부는 상기 필터링부의 입력단에 배치되고 상기 펌프로부터 공급되는 공기의 유량을 측정하고,
    상기 볼 밸브는 상기 펌프와 상기 제2 유량 측정부 사이에 마련된 유로를 폐쇄하거나 개방하며,
    상기 압력 스위치는 상기 필터링부와 상기 압력 조정부 사이에 배치되고 상기 유로의 공압의 감시에 이용되고,
    상기 제어부는 상기 제1 유량 측정부의 측정 결과를 이용해서 상기 개폐 유니트 또는 상기 압력 조정부를 제어하며,
    상기 공급 유니트에는 복수의 상기 개폐 유니트가 병렬로 연결되고,
    상기 공급 유니트와 복수의 상기 개폐 유니트가 연결되는 지점을 접점이라 정의할 때,
    상기 제1 유량 측정부는 복수로 마련되며,
    각 제1 유량 측정부는 각 개폐 유니트와 상기 접점 사이에 설치되는 유량 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유량 측정부는 제1 측정 범위 내에서 상기 공기의 유량을 측정하며,
    상기 제2 유량 측정부는 제2 측정 범위 내에서 상기 공기의 유량을 측정하고,
    상기 제1 측정 범위는 상기 제2 측정 범위보다 작은 유량 모니터링 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개폐 유니트에는 상기 게이트 셔터를 움직이는 액추에이터, 상기 액추에이터의 동작을 제어하고 상기 압력 조정부의 출력단에 연결된 제어 밸브가 마련되며,
    상기 제어부는 상기 압력 조정부 또는 상기 제어 밸브를 제어하는 유량 모니터링 장치.
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