KR102084295B1 - 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치 - Google Patents

Abstract

연속적으로 공급되는 각 포장체에 내용물이 중량 미달되어 공급되는 경우 자동 포장장치의 정지없이 자동제어되어 정량의 내용물이 공급되도록 한 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치에 관한 것이다.

Description

서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치{Filling Apparatus by servomotor}

본 발명은 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치에 관한 것으로써, 특히 연속적으로 공급되는 각 포장체에 내용물이 중량 미달되어 공급되는 경우 자동 포장장치의 정지없이 자동제어되어 정량의 내용물이 공급되도록 한 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치에 관한 것이다.

또한, 종류가 다른 내용물을 공급하는 경우 이전의 내용물을 간편하게 세척할 수 있도록 한 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치에 관한 것이다.

일반적으로 기호 식품이나 건강 보조 식품으로 이용되는 커피나 차 등의 인스턴트 음식들은 음용이 편리하고 이동시 휴대가 용이하도록 도 1에 도시된 바와 같은 스틱형 포장체(10)내에 포장되어서, 1회용으로서 간편하게 이용할 수 있도록 제공되고 있다.

상기 스틱형 포장체(10)는 길이방향의 양측 가장자리가 합체되어 실링된 센터실링부(13)와 양 단부의 엔드실링부(11)(12)를 형성하여 밀폐된 공간을 형성시킴으로써 내용물을 충전시킨다.

커피믹서와 같은 내용물을 포장하는 장치는 다음과 같이 구성된다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 이는 소량의 내용물을 충전하며 복수의 포장체(10)를 동시에 생산할 수 있도록 다열의 포장기를 나타낸 것으로써, 폭이 넓은 포장필름(10a)은 일정간격으로 회전가능하게 마련된 커터날(20)에 경유되어서 복수의 분할된 포장필름으로 커팅되도록 되어 있고, 각 커팅된 포장필름은 길이방향으로 길게 형성된 중공의 포밍블럭(50)에 안내되면서 원기둥형으로 형성되도록 되어 있다.

이때 원기둥형으로 형성되는 포장필름(10a)의 내부에는 노즐(31)이 수용되게 되며, 노즐(31)의 상단부에는 호퍼(30)가 마련되어서 상부의 정량공급부(40)로부터 정량 공급되는 내용물(커피믹서 등)이 투입될 수 있도록 되어 있다.

또한, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 포밍블럭(50)에는 길이방향으로 길게 슬릿공(51)이 형성되어서, 포장필름의 양단 가장자리가 슬릿공(51)을 통하여 맞접하여 외부로 돌출되면서 하방향으로 안내될 수 있도록 되어 있다.

상기 포밍블럭(50)의 측방향에는 센터실바(center seal bar;60)가 왕복이동가능하게 마련되어서 슬릿공(51)을 통하여 돌출된 포장필름의 양 가장자리를 열가압하여 센터실링부(13)를 형성시킨다.

또한, 센터실바(60)의 하부에는 엔드실바(end seal bar;70)가 왕복 및 상하이동가능하게 마련되어서 원기둥형으로 형성된 포장필름을 열가압하여 상기 엔드실링부(11)(12)를 형성시킨다.

상기 엔드실바(70)의 하부에는 엔드실링부(11)(12)를 커팅시키는 커팅기(80)가 마련되어 있다.

상기와 같은 다열 자동포장기는 소량의 내용물을 충전하는 것으로써, 상기 정량공급부(40)로부터 정량의 내용물이 공급되어지나 장치의 진동이나 외부충격등으로 함량에 미달되는 내용물이 공급되곤 한다.

종래에는 이러한 스틱형 포장제품을 생산하기 위하여 내용물이 충전된 스틱형 포장제품을 일일이 중량선별장치(ex:저울)에서 중량을 측정한 후 정상품과 불량품을 선별하였으나 이는 대량으로 생산되는 현재의 생산 공정과는 부합되지 못하여 생산량이 매우 저하되는 문제점이 있었다.

이를 위해서, 실용신안등록 제20-0464257호 및 특허등록 제10-1507366호에 스틱형 포장제품용 다열 중량선별장치가 개시되어 있다. 이들은 제품의 중량을 측정하는 공정이 이송과 함께 동시에 이루어져 작업의 속도가 대폭 향상될 수 있는 이점이 있다.

그러나 상기의 선행기술들은 함량 미달의 포장제품을 선별하는데 그칠뿐 이어서, 정량의 내용물이 공급될 수 있도록 정량공급부(40)를 보정하기 위하여는 장치의 구동을 정지시켜야 하는 문제점이 있다.

실용신안등록 제20-0464257호 특허등록 제10-1507366호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로써, 정량공급부로부터 내용물이 공급되는 도중에 함량 미달이 발생되면 자동 포장장치를 정지시키지 아니하고 함량 미달에 따른 보정이 가능하도록 한 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 다른 내용물을 충전할 경우 이전의 내용물을 간편하게 청소할 수 있도록 한 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은 다열로 포장체가 공급되고, 상기 각 포장체에 각각의 정량공급부를 통하여 정량의 내용물을 공급하고, 내용물이 충전된 포장체를 배출시키는 정량 충진장치에 있어서,

상기 정량공급부는 상기 내용물을 저장하는 저장조와, 상기 저장조로부터 상기 내용물이 일방향으로만 통과되도록 개방되는 제1체크밸브와, 상기 제1체크밸브를 통과한 내용물을 수용하는 실린더와, 상기 실린더에 슬라이딩 가능하게 수용되어 상기 내용물을 배출시키며 피스톤로드를 가지는 피스톤과, 상기 배출되는 내용물이 상기 포장체에 공급되도록 일방향으로만 개방되는 제2체크밸브와, 상기 실린더에 내용물이 유입 및 배출되도록 상기 피스톤을 왕복이동시키는 서보모터를 구비하고;
상기 배출되는 내용물이 충전된 각 포장체(10)의 중량을 계량하고, 계량된 중량값중 최소 및 최대 중량값을 버림하며, 나머지 계량된 중량값의 평균 중량값을 산출하는 계량부를 구비하며;
미리 설정된 상기 피스톤의 스토로크에 해당되는 상기 내용물의 설정중량값과 상기 계량부에서 측정된 평균 중량값을 비교하는 비교부와,

삭제

삭제

상기 비교부에서 얻어진 상기 설정중량값과 평균 중량값의 차이 중량값에 해당되는 스트로크만큼 상기 서보모터(200)를 제어하는 제어부를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더 몸체에 세척수 또는 세척공기가 공급되는 세척관이 연결되고,

삭제

상호 이격되어 대향 배치되는 제1고정벽 및 상기 서보모터가 결합되는 제2고정벽과, 제1고정벽 및 제2고정벽에 고정되는 복수의 안내봉을 구비하는 고정블럭과; 상기 서보모터에 연결되어 회전되며 상기 제1고정벽과 제2고정벽 사이에 배치되는 스크류와; 상기 안내봉에 이동가능하게 결합되고 복수의 연결봉에 의해서 연결되며 상기 피스톤로드의 단부가 결합되는 제1이동벽과 상기 스크류에 나사결합되는 제2이동벽을 구비하는 이동블럭;을 구비하여서,

상기 스크류의 회전에 따라 상기 이동블럭이 왕복이동되도록 되며,
상기 고정블럭에 고정되어 상기 피스톤로드의 이동위치를 감지하는 복수의 센서부재를 더 구비하며,
상기 포장체의 내용물 정량의 중량이 Xg이라면,
상기 센서부재는 Xg+0.05Xg 이하의 내용물이 실린더내에 유입될 수 있도록 상기 피스톤로드의 후퇴 스트로크를 감지하는 제1위치센서와,
적어도 Xg-0.05Xg의 내용물이 실린더로부터 배출되어 상기 포장체에 공급되도록 상기 피스톤로드의 전진 스트로크를 감지하는 제2위치센서를 구비하여서,
정량의 중량 Xg 대비 5중량% 오차범위 내에서 내용물이 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

삭제

첫째, 본 발명은 연속적으로 공급되는 각 포장체에 내용물이 중량 미달되어 공급되는 경우라도 측정 중량값과 설정 중량값의 비교차로 서보모터를 보정 제어함으로써 포장장치의 정지없이 정량의 내용물이 지속적으로 공급되도록 하여 자동 생산성을 향상시키며 정량 제품의 품질을 향상시킨다.

둘째, 복수의 포장체(10)의 중량값을 수집한 후 평균 중량값으로 설정 중량값과 비교하여 차이값으로 서보모터(200)를 제어하도록 함으로써, 서보모터(200)의 과부하를 방지하고 제품의 연속생산성을 향상시킨다.

세째, 종류가 다른 내용물을 공급하는 경우 이전의 내용물을 세척관을 통하여 다열의 실린더를 동시에 간편하게 세척할 수 있게 한다.

네째, 피스톤로드(115)의 스트로크 폭을 감지하는 제1위치센서(162)와 제2위치센서(163)를 구비함으로써, 포장체(10)에 오차범위내의 최소한의 내용물이 공급되도록 하고 또한 오차범위를 넘어서는 내용물이 공급되는 것을 방지시킨다.

도 1은 통상의 스틱형 포장체를 나타낸 사시도,
도 2는 통상의 다열 포장장치를 나타낸 요부 사시도,
도 3은 도 2 장치의 작동상태를 설명하는 개략도,
도 4 내지 도 6은 도 2 장치의 포장필름으로부터 원기둥형 포장체를 성형하는 공정을 설명하는 개략도,
도 7은 본 발명 실시예의 정량공급부를 나타낸 사시도,
도 8은 도 7의 일부분 평면도,
도 9는 도 8의 측면도,
도 10은 정량공급부의 요부 사시도,
도 11a 및 도 11b는 정량공급부의 작동 상태도,
도 12는 본 발명 실시예의 정량공급부 작동 블럭도이다.

본 발명 실시예의 충진장치는 연속적으로 공급되는 각 포장체에 내용물이 중량 미달되어 공급되는 경우 자동 포장장치의 정지없이 자동제어되어 정량의 내용물이 공급되도록 하며, 또한 종류가 다른 내용물을 공급하는 경우 이전의 내용물을 간편하게 세척할 수 있도록 한다.

본 발명 실시예의 장치는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다열로 포장체가 공급되고, 상기 각 포장체에 각각의 정량공급부를 통하여 정량의 내용물을 공급하고, 내용물이 충전된 포장체를 배출시키는 다열 포장체 자동 포장장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명 실시예의 충진장치는, 도 2 및 도 3을 참조하면, 포장체에 내용물을 공급할 수 있도록 유도하는 호퍼(30)에 정량적으로 내용물을 공급하는 정량공급부(40)의 개량에 관한 것이다.

본 발명 실시예의 정량공급부(100)는 나타낸 도 7을 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같은 다열의 각 호퍼(30)에 내용물을 각각 공급할 수 있도록 각 호퍼(30)에 대응하는 수의 동일 구성의 정량공급부를 구비한다.

따라서 이하에서는 하나의 정량공급부의 구성에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명 실시예의 정량공급부(100)는, 도 7 내지 도 10을 참조하면, 이는 상기 내용물을 저장하는 저장조(101)와, 상기 저장조(101)로부터 상기 내용물이 일방향으로만 통과되도록 개방되는 제1체크밸브(111)와, 상기 제1체크밸브(111)를 통과한 내용물을 수용하는 실린더(110)와, 상기 실린더(110)에 슬라이딩 가능하게 수용되어 상기 내용물을 배출시키며 피스톤로드(115)를 가지는 피스톤과, 상기 배출되는 내용물이 상기 포장체(10)에 공급되도록 일방향으로만 개방되는 제2체크밸브(112)와, 상기 실린더(110)에 내용물이 유입 및 배출되도록 상기 피스톤을 왕복이동시키는 서보모터(200)를 구비한다.

또한, 상기 실린더(110) 몸체에는 세척수 또는 세척공기가 공급되는 세척관(116)이 연결된다. 상기 세척관(116)은 도 8에 도시된 바와 같이, 인접하는 각 실린더(110) 몸체에 서로 연통되도록 설치되어서 다열의 각 실린더(110)들이 동시에 세척될 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명 실시예의 정량공급부(100)는, 도 12를 참조하면, 상기 배출되는 내용물이 충전된 각 포장체(10)의 중량을 계량하는 계량부와, 미리 설정된 상기 피스톤의 스토로크에 해당되는 상기 내용물의 설정중량값과 상기 계량부에서 측정된 측정중량값을 비교하는 비교부와, 상기 비교부에서 얻어진 상기 설정중량값과 측정중량값의 차이 중량값에 해당되는 스트로크만큼 상기 서보모터(200)를 제어하는 제어부를 구비한다.

특히, 본 발명 실시예에서는, 상기 측정중량값은 상기 복수의 포장체(10)들 예컨대, 3~5개의 포장체(10)의 중량값을 수집한 후 평균한 평균 중량값을 이용하였다.

낱개의 포장체(10)마다 측정 중량값을 설정중량값과 비교하여 서보모터(200)를 제어하는 경우 서보모터(200)의 과부하를 촉진시킬 뿐만 아니라 제품의 연속생산의 효율성이 저하되므로, 복수의 포장체(10)의 중량값을 수집한 후 평균 중량값으로 설정 중량값과 비교하여 차이값으로 서보모터(200)를 제어하도록 하였다.

한편, 상기 서보모터(200) 및 실린더(110)등을 탑재하여 내용물을 정량공급하기 위해서, 고정블럭(130)과, 상기 고정블럭(130)에 대해 상대이동되는 이동블럭(140)을 구비한다.

상기 고정블럭(130)은 상호 이격되어 대향 배치되는 제1고정벽(131) 및 상기 서보모터(200)가 결합되는 제2고정벽(132)과, 제1고정벽(131) 및 제2고정벽(132)에 양단부가 고정되는 복수의 안내봉(133)을 구비한다.

상기 서보모터(200)에는 스크류(210)가 연결되어 회전되며 상기 제1고정벽(131)과 제2고정벽(132) 사이에 배치된다.

상기 이동블럭(140)은 상기 안내봉(133)에 이동가능하게 결합되고 상기 피스톤로드(115)의 단부가 결합되는 제1이동벽(141)과, 상기 스크류(210)에 나사결합되는 제2이동벽(142)과, 제1이동벽(141)과 제2이동벽(142)을 연결하는 복수의 연결봉(143)을 구비한다.

상기와 같은 구성은 상기 스크류(210)의 회전에 따라 상기 이동블럭(140)이 상기 안내봉(133)을 따라 왕복이동되도록 된다.

한편, 상기 고정블럭(130)에는 상기 이동블럭(140)의 이동위치를 감지하는 복수의 센서부재(160)가 구비되어 있다.

상기 센서부재(160)는 상기 이동블럭(140)의 초기 셋팅위치를 감지하는 초기위치센서(161)와, 상기 이동블럭(140)의 이동위치를 제한하는 제1위치센서(162)와 제2위치센서(163)를 구비한다.

예컨대, 포장체(10)에 10g의 내용물이 정량이라면, 오차 중량으로서 제1위치센서(162)에 상기 피스톤로드(115)의 후퇴 스트로크를 감지하여서 10.5g 이하의 내용물이 실린더(110)내에 유입될 수 있도록 하고, 상기 피스톤로드(115)의 전진 스트로크를 감지하여서 적어도 9.5g이 실린더(110)로부터 배출되어 포장체(10)에 공급될 수 있도록 하였다.

상기와 같은 구성을 갖는 충진장치의 정량공급부(100)는 다음과 같이 작동된다.

도 9 내지 도 12를 참조하면, 상기 각 서보모터(200)가 초기 설정된 회전수로 제어되어 상기 스크류(210)가 회전되면, 도 11a에 도시된 바와 같이, 상기 이동블럭(140)이 안내봉(133)을 따라 후퇴하면서 상기 피스톤로드(115)가 상기 스크류(210)의 회전수에 비례하는 스트로크로 후진하여 상기 저장조(101)로부터 내용물을 상기 실린더(110)내로 유입시킨다.

이때 상기 제1체크밸브(111)가 개방되어 내용물이 실린더(110)내로 유입이 가능해지며, 상기 제2체크밸브(112)는 폐쇄된다.

이어서 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 각 서보모터(200)가 역회전하여 상기 피스톤로드(115)가 전진하면서 실린더(110)내의 내용물을 상기 제2체크밸브(112)을 통과하여 다열로 포장필름이 공급되면서 성형되는 포장체(10)(도 2 및 도 12 참조)에 내용물을 충전시킨다. 이때 제1체크밸브(111)는 폐쇄되고 제2체크밸브(112)는 개방된다.

내용물이 충전된 포장체(10)는 입구가 실링되고 커팅되어서 계량부에서 중량이 계량되고 측정된 중량값은 저장된다.

상기와 같은 정량공급부(100)의 작동으로 계속적으로 포장체(10)에 내용물이 공급되고 계량이 이루어지게 되는데, 이후 예컨대 5개의 포장체(10) 측정중량값이 저장되면 최소 측정중량값과 최대 측정중량값을 버림하고 나머지 측정 중량값을 평균하여 평균 측정 중량값을 산출한다.

이어서 상기 평균 측정 중량값과 최초 설정 중량값을 비교하여 차이값만큼 상기 서보모터(200)의 회전수가 제어된다.

상기와 같이 회전수가 보정된 서보모터(200)의 작동으로 최소의 오차범위에서 내용물이 공급될 수 있게 된다.

한 종류의 내용물 공급이 완료하게 되면 상기 세척관(116)을 통하여 세척수 또는 세척공기를 공급하여 상기 실린더(110) 내부를 세척한다. 이때 세척수 또는 세척공기는 제2체크밸브(112)를 통하여 배출되게 된다. 상기 세척관(116)은 각 실린더(116)들과 연통되어서 1회의 세척수 공급으로 세척이 완료되게 된다.

상기 세척은 실린더(110)를 분해하지 않고도 간편하게 내용물을 세척할 수 있게 한다.

한편, 상기 보정된 서보모터(200)에 의해 이동되는 피스톤로드(115)의 이동 위치가 상기 제2센서(163)에 못미치는 경우, 상기 서보모터(200)가 계속 회전하여 제2센서(163)에 피스톤로드(115)가 감지할때까지 이동되도록 하여 최소한의 오차범위 내에서 내용물이 공급될 수 있도록 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 연속적으로 공급되는 각 포장체에 내용물이 중량 미달되어 공급되는 경우라도 측정 중량값과 설정 중량값의 비교차로 서보모터를 보정 제어함으로써 포장장치의 정지없이 정량의 내용물이 지속적으로 공급되도록 하여 자동 생산성을 향상시키며 정량 제품의 품질을 향상시킨다.

또한, 종류가 다른 내용물을 공급하는 경우 이전의 내용물을 세척관을 통하여 다열의 실린더를 동시에 간편하게 세척할 수 있게 한다.

100...정량공급부 101...저장부
110...실린더 111...제1체크밸브
115...피스톤로드 116...세척관
130...고정블럭 140...이동블럭
160...센서부재 200...서보모터
210...스크류

Claims (5)

1. 다열로 포장체가 공급되고, 상기 각 포장체에 각각의 정량공급부를 통하여 정량의 내용물을 공급하고, 내용물이 충전된 포장체를 배출시키는 정량 충진장치에 있어서,
   상기 정량공급부(100)는 상기 내용물을 저장하는 저장조(101)와, 상기 저장조(101)로부터 상기 내용물이 일방향으로만 통과되도록 개방되는 제1체크밸브(111)와, 상기 제1체크밸브(111)를 통과한 내용물을 수용하는 실린더(110)와, 상기 실린더(110)에 슬라이딩 가능하게 수용되어 상기 내용물을 배출시키며 피스톤로드(115)를 가지는 피스톤과, 상기 배출되는 내용물이 상기 포장체(10)에 공급되도록 일방향으로만 개방되는 제2체크밸브(112)와, 상기 실린더(110)에 내용물이 유입 및 배출되도록 상기 피스톤을 왕복이동시키는 서보모터(200)를 구비하고;
   상기 배출되는 내용물이 충전된 각 포장체(10)의 중량을 계량하고, 계량된 중량값중 최소 및 최대 중량값을 버림하며, 나머지 계량된 중량값의 평균 중량값을 산출하는 계량부를 구비하며;
   미리 설정된 상기 피스톤의 스토로크에 해당되는 상기 내용물의 설정중량값과 상기 계량부에서 측정된 평균 중량값을 비교하는 비교부와,
   상기 비교부에서 얻어진 상기 설정중량값과 평균 중량값의 차이 중량값에 해당되는 스트로크만큼 상기 서보모터(200)를 제어하는 제어부를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 실린더(110) 몸체에 세척수 또는 세척공기가 공급되는 세척관(116)이 연결되고,
   상호 이격되어 대향 배치되는 제1고정벽(131) 및 상기 서보모터(200)가 결합되는 제2고정벽(132)과, 제1고정벽(131) 및 제2고정벽(132)에 고정되는 복수의 안내봉(133)을 구비하는 고정블럭(130)과;
   상기 서보모터(200)에 연결되어 회전되며 상기 제1고정벽(131)과 제2고정벽(132) 사이에 배치되는 스크류(210)와;
   상기 안내봉(133)에 이동가능하게 결합되고 복수의 연결봉(143)에 의해서 연결되며 상기 피스톤로드(115)의 단부가 결합되는 제1이동벽(141)과 상기 스크류(210)에 나사결합되는 제2이동벽(142)을 구비하는 이동블럭(140);을 구비하여서,
   상기 스크류(210)의 회전에 따라 상기 이동블럭(140)이 왕복이동되도록 되며,
   상기 고정블럭(130)에 고정되어 상기 피스톤로드(115)의 이동위치를 감지하는 복수의 센서부재(160)를 더 구비하며,
   상기 포장체(10)의 내용물 정량의 중량이 Xg이라면,
   상기 센서부재(160)는 Xg+0.05Xg 이하의 내용물이 실린더(110)내에 유입될 수 있도록 상기 피스톤로드(115)의 후퇴 스트로크를 감지하는 제1위치센서(162)와,
   적어도 Xg-0.05Xg의 내용물이 실린더(110)로부터 배출되어 상기 포장체(10)에 공급되도록 상기 피스톤로드(115)의 전진 스트로크를 감지하는 제2위치센서(163)를 구비하여서,
   정량의 중량 Xg 대비 5중량% 오차범위 내에서 내용물이 공급될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어에 의한 정량 충진장치.
4. 삭제
5. 삭제

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