KR102193047B1

KR102193047B1 - 지능형 uv 방사 시스템

Info

Publication number: KR102193047B1
Application number: KR1020157015725A
Authority: KR
Inventors: 이신 양; 윌리엄 이. 3세 존슨; 프라둠나 쿠마르 스웨인; 마이클 케네스 웨스트; 찰스 허드슨 우드; 데이비드 수; 다린 레온하르트; 마흐무드 그하라고즐루
Original assignee: 헤라우스 노블라이트 아메리카 엘엘씨
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2020-12-18
Also published as: US20140138550A1; CN110548659A; WO2014078852A1; EP2920792A4; KR20150091330A; EP2920792A1; CN104956447A; JP2016506016A; EP2920792B1; JP6324400B2; US8785868B2

Abstract

"지능형" UV 큐어링 어셈블리가 개시된다. "지능형" 어셈블리는 성능 파라미터들, 부품 수명, 및 내부 부품들의 인벤토리 제어의 자동화된 모니터링을 허용한다. "지능형" 어셈블리는 온 램프 마이크로프로세서를 포함한다. 온 램프 마이크로프로세서는, 내부 부품들을 인식하고, 각각의 부품의 누적된 동작 시간을 기록하고, 복수의 "지능형" 센서들로부터의 데이터를 샘플링 및 프로세싱하도록 구성될 수 있다.

Description

지능형 UV 방사 시스템{INTELLIGENT UV RADIATION SYSTEM}

[0001] 본 발명은 일반적으로 자외선(UV) 큐어링 램프 어셈블리들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 내부 부품들의 자동화된 인벤토리 및 모니터링을 위한 온-보드 지능(on-board intelligence)을 포함하는 UV 큐어링 램프 어셈블리에 관한 것이다.

[0002] 복사 에너지(radiant energy)는, 광범위한 재료들에 적용되는 표면들, 필름들, 및 코팅들을 처리하기 위해 여러 가지의 제조 프로세스들에서 이용된다. 구체적인 프로세스들은, 큐어링(즉, 고정, 중합(polymerization)), 산화, 정제(purification), 및 소독(disinfection)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 원하는 화학적 변화를 실시하거나 중합시키기 위해 복사 에너지를 이용하는 프로세스들은, 열처리와 비교하여 빠르며, 대개 덜 비싸다. 방사는 또한, 표면 프로세스들을 제어하고, 방사가 적용되는 경우에만 우선적인 큐어링을 허용하기 위해 로컬라이징될 수 있다. 큐어링은 또한, 박막 또는 코팅의 벌크에 또는 계면 구역들에 대한 박막 또는 코팅 내에 로컬라이징될 수 있다. 큐어링 프로세스의 제어는, 방사 소스 유형, 물리적 속성들(예를 들어, 스펙트럼 특성들), 방사의 공간적 및 시간적 변화, 및 큐어링 케미스트리(curing chemistry)(예를 들어, 코팅 조성(coating composition))의 선택을 통해 달성된다.

[0003] 여러 가지의 방사 소스들이, 큐어링, 고정, 중합, 산화, 정제, 또는 소독 애플리케이션들을 위해 이용된다. 이러한 소스들의 예들은, 광자, 전자, 또는 이온 빔 소스들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 통상의 광자 소스들은, 아크 램프들, 백열 램프들, 무전극 램프들, 및 여러 가지의 전자 및 고체-상태 소스들(즉, 레이저들)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 종래의 아크형 UV 램프 시스템(arc type UV lamp system)들 및 마이크로파-구동 UV 램프 시스템(microwave-driven UV lamp system)들은, 용융된 석영 유리 또는 용융된 실리카로 이루어진 관형 벌브 엔빌로프(tubular bulb envelope)들을 이용한다.

[0004] 도 1은 종래 기술의 조사기(irradiator) 및 광 차폐 어셈블리를 도시하는, 마이크로파-전력공급 UV 큐어링 램프 어셈블리(microwave-powered UV curing lamp assembly)의 사시도이다. 도 2는 반-타원형(half-elliptical) 1차 반사기 및 원형 단면의 광원을 도시하는, 도 1의 램프 어셈블리의 부분 단면도이다. 도 3은 2차 반사기 및 단부 반사기들에 메이팅(mate)되는 반-타원형 1차 반사기 및 원형 단면의 광원을 도시하는, 도 1의 광 차폐 어셈블리의 부분 내부 단면도이다.

[0005] 이제 도 1 내지 도 3을 참조하면, 장치(10)는 조사기(12) 및 광 차폐 어셈블리(14)를 포함한다. 조사기(12)는, (본 명세서 아래에서 논의될) 광원(20)을 여기시키기 위해 마이크로파 방사를 수용하기 위한 개구들(18), 및 광원(20)을 냉각시키기 위해 공기 흐름을 수용하기 위한 복수의 개구들(22)을 갖는, 일반적으로 평활한 반-타원형을 갖는 1차 반사기(16)를 포함한다. 광원(20)은 램프(예를 들어, 어떠한 전극들 또는 유리-대-금속 시일(glass-to-metal seal)들도 갖지 않는 마이크로파-전력공급 벌브(예를 들어, 일반적으로 원형 단면을 갖는 관형 벌브)를 갖는 마이크로파-전력공급 램프와 같은 모듈식 램프)를 포함한다. 광원(20)은 1차 반사기(16)에 의해 형성된 반-타원의 내부 포커스에 배치된다. 광원(20) 및 1차 반사기(16)는 페이지 밖으로 움직이는 방향으로 축을 따라 선형으로 연장된다(도시되지 않음). 단부 반사기들(24)의 쌍(하나의 단부 반사기(24)가 도시됨)은, 실질적으로 반-타원형의 반사 실린더를 형성하도록 1차 반사기(16)의 대향 측들에서 종결된다. 도 1 내지 도 3의 광 차폐 어셈블리(14)는, 실질적으로 평활한 타원형을 갖는 2차 반사기(25)를 포함한다. 단부 반사기들(26)의 제 2 쌍(하나의 단부 반사기(26)가 도시됨)은, 실질적으로 반-타원형의 반사 실린더를 형성하도록 2차 반사기(25)의 대향 측들에서 종결된다.

[0006] 원형 단면의 워크 피스 튜브(work piece tube)(30)가 단부 반사기들(26)의 원형 개구들(28)에 수용된다. 개구들(28)의 중심 및 워크 피스 튜브(30)의 축은 통상적으로, 1차 반사기(16)에 의해 형성된 반-타원의 외부 포커스(즉, 2차 반사기(25)에 의해 형성된 반-타원의 포커스들)에 로케이팅된다. 워크 피스 튜브(28) 및 2차 반사기(25)는 페이지 밖으로 움직이는 방향으로 축을 따라 선형으로 연장된다(도시되지 않음).

[0007] 동작에서, 광원(20)의 가스는, 조사기(12)에 로케이팅된 마그네트론(29)과 같은 무선 주파수(RF) 방사의 소스에 의해 플라즈마 상태로 여기된다. 광원(20)의 여기된 가스의 원자들은 더 낮은 에너지 상태로 리턴되고, 이에 의해 자외선 광(UV)을 방출한다. 자외선 광선들(38)은 광원(20)으로부터 모든 방향들로 방사되어, 1차 반사기(16), 2차 반사기(25), 및 단부 반사기들(24, 26)의 내부면들에 충돌한다. 자외선 광선들(38)의 대부분은, 워크 피스 튜브(30)의 중심 축을 향해 반사된다. 광원(20) 및 반사기 설계는, 워크 피스 튜브(30) 내부에 위치된 워크 프러덕트(work product)의 표면에서 (또한, 페이지 밖으로 선형으로 전파되는) 최대 피크 광 세기(램프 방사조도(lamp irradiance))를 생성하도록 최적화된다.

[0008] 도 4는 도 1 내지 도 3의 조사기(12)와 종래의 외부 파워 서플라이(40) 사이의 복수의 케이블 연결들을 도시한다. 메릴랜드, 게이더스버그의 Fusion UV Systems에 의해 제조된 현재의 조사기들은, 고전압 DC로 전력을 공급받고, 무선-주파수(RF) 및 자외선(UV) 방사 누설의 검출 및 측정과 같은 아날로그 파라미터들에 대해 모니터링된다. 외부 파워 서플라이(40)는 종래의 AC 파워를 수용하기 위한 3상 파워 케이블(42)을 포함한다. 외부 파워 서플라이(40)는 AC 파워를 4kV 내지 7kV DC의 범위의 고전압 DC 파워로 변환한다. 고전압 DC 파워는, 외부 파워 서플라이(40)와 조사기(12) 사이에서 연장되는 고전압 HV 케이블(44)에 인가된다. HV 케이블(44)은 통상적으로, 7개의 아날로그 신호 와이어들(도시되지 않음); 고전압(HV) DC 파워를 조사기(12)에 전달(carry)하기 위한 2개의 와이어들; 마이크로파-전력공급 UV-방출 벌브(20)(즉, 광원(20))와 연관된 필라멘트에 전력을 공급하기 위한 2개의 와이어들; 광검출기(photo detector) 및 압력 스위치 센서 각각을 위한 하나의 와이어; 및 케이블 인터로크(cable interlock)를 위한 제 7 와이어를 포함한다. 마이크로파 누설 상태들을 모니터링하기 위한 RF 케이블(46)은 외부 파워 서플라이(40)와 RF 검출기(48) 사이에 로케이팅되는데, 이는 조사기(12) 가까이 장착될 필요가 있다.

[0009] 불행히도, 외부 파워 서플라이(40)와 조사기(12) 사이에서 현재 이용되는 케이블들(44, 46)은 다수의 결점들을 갖는다. 케이블들(44, 46)은 케이블에서의 손실들로 인해 한정된 범위를 갖는다. 현재의 조사기들(12)은 프러덕트 업그레이드, 표준화, 및 호환성에 대해 사용자 친화적이지 않다. 예를 들어, UV 파워, 온도, 기압, 및 부품 유형을 포함하는 특정한 결정적 모니터링가능 파라미터(certain critical monitorable parameter)는, 조사기(12) 내부에 부가적인 센서들의 설치를 요구한다. 케이블들(44, 46)은, 조사기(12)에 대한 외부 파워 서플라이(40)의 인접(close proximity)을 요구하는 상당한 테더링(tethering) 및 한정된 I/O 때문에, 앞서-인용된 파라미터의 원격 모니터링을 수용하기 위해 필요한 변화들을 허용하지 않는다.

[0010] 현재의 조사기들(12)은 UV-방출 벌브(20)로부터 발산(emanate)되는 UV 출력 파워의 모니터링을 허용하지 않는다. 각각의 UV-방출 벌브(20)는 그것의 UV 출력 파워에 있어서 동일하지 않다. 다수의 UV-방출 벌브들(20)이 서로 인접하여 장착되는 특정 UV 큐어링 애플리케이션들이 존재한다. 램프 마다의 UV 출력 파워의 변화들을 이퀄라이징하기 위해 전압을 더 낮추거나 증가시키기 위한 수동 조정들이 요구된다. 그러므로, UV 출력 파워의 자동 모니터링 및 조정을 허용하는 것이 바람직할 것이다.

[0011] 현재 이용되는 압력 스위치들(도시되지 않음)은 조사기(12) 내부의 기압의 실시간 모니터링을 허용하지 않는다. 조사기(12) 내부의 공기 흐름의 레이트는, UV-방출 벌브(20) 및 마그네트론(29)의 수명에 매우 중요하다. 그러므로, 실시간 데이터를 다시(back) 제어기에 전송할 수 있는 모니터링가능 압력 센서를 설치하는 것이 바람직하다. 게다가, 모니터링가능 압력 센서는, 모니터링가능 압력 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 "스마트 블로어(smart blower)"의 속도의 변화 및 공기흐름을 자동으로 관리하기 위해, "스마트 블로어"와 통합될 수 있다.

[0012] 따라서, 바람직할 것이지만 아직 제공되지 않은 것은, 고전압 파워 서플라이에 대한 주요한 변화들을 필요하게 하지 않으면서, 성능 파라미터들, 부품 수명, 및 인벤토리 제어를 위해 내부 센서들을 모니터링하기 위한 마이크로프로세서-제어 UV 큐어링 조사기이다.

[0013] 성능 파라미터들, 부품 수명, 및 내부 부품들의 인벤토리 제어의 자동화된 모니터링을 허용하는 "지능형" 조사기를 제공함으로써, 당해 기술 분야에서 앞서-설명된 문제들이 처리되고 기술 솔루션이 달성된다. 조사기는 온 램프 마이크로프로세서(on lamp microprocessor)를 포함한다. 온 램프 마이크로프로세서는, 내부 부품들을 인식하고, 각각의 부품에 대해 누적된 동작 시간을 기록하고, 복수의 센서들로부터의 데이터를 샘플링 및 프로세싱하고, 직렬 버스 케이블을 통해 외부 "지능형" 파워 서플라이 내에 로케이팅된 마스터 컴퓨터 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.

[0014] 본 발명의 실시예에 따르면, 온 램프 마이크로프로세서는, 하나 또는 둘 이상의 내부 마그네트론들 및 내부 1차 반사기와 연관된 복수의 지능형 마커들(IM들)과 통신하도록 구성된다. 지능형 마커들은, 모니터링될 각각의 부품에 부착된 소형 풋프린트 마이크로제어기 또는 무선 주파수 식별 태그(RFID) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 온 램프 마이크로프로세서는, 직렬 주변기기 인터페이스(SPI) 버스와 같은 표준 직렬 링크들을 통해 IM들과 통신한다. 온 램프 마이크로프로세서는 또한, 벌브 인식기(BR)로서 동작하는 하나 또는 둘 이상의 온도 검출기들, 조사기 내의 내부 팬(internal fan)으로부터의 공기 흐름의 레이트를 검출하기 위한 기압 센서, UV 파워 센서, 및 마이크로파 누설 검출을 위한 RF 검출기를 포함하는 복수의 아날로그/디지털 센서들과 통신한다.

[0015] "지능형" 조사기는, 저렴한 표준 통신 프로토콜(예를 들어, CAN 버스)을 이용하여 조사기와 파워 서플라이 사이의 통신을 위한 디지털 직렬 통신 버스를 통해 온 램프 마이크로프로세서에 의해 조사기를 제어하고 데이터 프로세스들을 판독하기 위한, 마스터 컴퓨터 프로세서를 포함하도록 수정된 "지능형" 외부 파워 서플라이와 통신한다.

[0016] 본 발명은, 첨부 도면들과 함께 고려되는 아래에 제공된 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 더 용이하게 이해될 수 있고, 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 유사한 엘리먼트들을 나타내며, 도면들에서:
[0017] 도 1은 종래 기술의 조사기 및 광 차폐 어셈블리를 도시하는 UV 큐어링 램프 어셈블리의 사시도이고;
[0018] 도 2는 반-타원형 1차 반사기 및 원형 단면의 광원을 도시하는, 도 1의 램프 어셈블리의 부분 단면도이고;
[0019] 도 3은 2차 반사기 및 단부 반사기들에 메이팅되는 반-타원형 1차 반사기 및 원형 단면의 광원을 도시하는, 도 1의 광 차폐 어셈블리와 상호연결된 램프 어셈블리의 부분 내부 단면도이고;
[0020] 도 4는 도 1 내지 도 3의 조사기들과 종래의 외부 파워 서플라이 사이의 복수의 케이블 연결들을 도시하고;
[0021] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 지능형 제어부를 포함하도록 수정된 도 2의 조사기의 부분 단면도이고;
[0022] 도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 조사기와 함께 동작하도록 수정된 외부 파워 서플라이와 도 5의 조사기 사이의 복수의 케이블 연결들을 도시하고;
[0023] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 도 5 및 도 6의 조사기 내에 장착된 온 램프 마이크로프로세서 보드의 개략적인 전기 블록도이고;
[0024] 도 8a는 공통 평면 내에 로케이팅된 코일형 안테나 및 반도체 칩을 갖는 종래의 RFID 태그를 도시하고; 그리고
[0025] 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른, 반도체 칩은 수평면에 로케이팅되고 코일형 안테나는 수직면에 로케이팅되는, 도 8a의 RFID 태그의 수정된 버전을 도시한다.
[0026] 첨부 도면들은 본 발명의 개념들을 예시하는 목적들을 위한 것이며, 실척에 맞지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다.

[0027] 도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 지능형 제어부(즉, 조사기(50))를 포함하도록 수정된, 도 2의 UV 큐어링 조사기(12)의 부분 단면도이다. 조사기(50)는, 도시된 바와 같이 구성된 온-램프 마이크로프로세서 보드(52), 복수의 지능형 마커들(54a-54n)(IM1-IMn으로 라벨링됨), 및 복수의 센서들(56a-56n)(예를 들어, BR로 라벨링된 벌브 인식기(56a), 기압 센서(56b), 및 광검출기(56c))을 포함한다. 도 5의 컴포넌트들(52, 54a-54n, 및 56a-56n)의 배치는, 바람직하지만 배타적이지 않은 레이아웃을 나타낸다. 지능형 컴포넌트들(52, 54a-54n, 및 56a-56n) 각각의 설명은 이하에서 도 6과 관련하여 제공된다.

[0028] 도 6은, 본 발명의 실시예에 따른, 조사기(50)와 함께 동작하도록 수정된 외부 파워 서플라이(60)와 조사기(50) 사이의 복수의 케이블 연결들을 도시한다. 외부 파워 서플라이(60)는 종래의 AC 파워를 수용하기 위한 3상 파워 케이블(42)을 포함한다. 외부 파워 서플라이(60)는, AC 파워를 4 kV 내지 7 kV DC의 범위의 고전압 DC 파워로 변환한다. 고전압 DC 파워는, 외부 파워 서플라이(60)와 조사기(50) 사이에서 연장되는 수정된 고전압(HV) 케이블(62)에 인가된다. HV 케이블(62)은 고전압(HV) DC 파워를 전달하기 위한 2개의 와이어들 및 마그네트론(29)의 필라멘트 전류의 제어 및 모니터링을 위한 복수의 부가적인 컨덕터들을 포함한다. 직렬 버스 케이블(63)은, 표준 직렬 통신 프로토콜(예를 들어, CAN 버스)을 이용한 외부 파워 서플라이(60)와 조사기(50) 사이의 통신을 위한 둘 또는 셋 이상의 디지털 직렬 통신 와이어들을 포함한다. 외부 파워 서플라이(60) 내의 마스터 컴퓨터 프로세서(64)는, 온-램프 마이크로프로세서 보드(52)로의/온-램프 마이크로프로세서 보드(52)로부터의 직렬 데이터를 제어 및 수신하도록 구성된다. 마스터 컴퓨터 프로세서(64)는 또한, 표준 직렬 링크(70)(예를 들어, CAN 버스)를 통해 모니터(68) 상에서 사용자(66)로부터 명령들을 수신하고 데이터를 사용자(66)에게 제공하기 위한 외부 지능형 제어 시스템(도시되지 않음)과 통신하도록 구성된다. 조사기(50)로부터의 마이크로파 방사 누설을 모니터링하기 위한 RF 케이블(72)은, 외부 파워 서플라이(60)로부터 RF 검출기(76)로 연장된다. RF 검출기(76)와 연관된 RF 케이블(72)은 일반적으로, 도 2의 조사기(12)와 외부 파워 서플라이(40) 사이에 연결된 비교적 긴 케이블과 비교하여 짧은 로컬 케이블이라는 것을 주목한다.

[0029] 도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 도 5 및 도 6의 조사기(50) 내에 장착된 온 램프 마이크로프로세서 보드(52)의 개략적인 전기 블록도이다. 온 램프 마이크로프로세서 보드(52)는, 컴퓨터-판독가능 저장 매체(82)(즉, 각각 RAM 및 플래시 메모리와 같은 휘발성 및 비휘발성 메모리)와 신호 통신하는 온 램프 마이크로프로세서(80)를 포함한다. 온 램프 마이크로프로세서(80)는, 센서 포트(86)를 통한 8 채널 아날로그-투-디지털 컨버터(ADC)(84)를 통해 복수의 센서들(56a-56n)로부터의 명령 및 데이터를 프로세싱하기에 충분한 속도를 갖는 임의의 상업적 8/16 비트 마이크로프로세서일 수 있다. 온 램프 마이크로프로세서(80)는 추가로, 직렬 주변기기 인터페이스 버스(SPI 버스) 프로토콜(그러나, 이에 한정되지 않음)일 수 있는 표준 직렬 버스 프로토콜을 이용하는 직렬 버스(88) 및 직렬 버스 포트(90)를 통해 복수의 지능형 마커들(54a-54n)(IM1-IMn으로 라벨링됨)로부터의 디지털 데이터를 제어 및 판독한다.

[0030] 본 발명의 실시예에 따르면, 온 램프 마이크로프로세서(80)는: (1) 지능형 마커들(IM1 및 IM2)과 각각 연관된 하나 또는 둘 이상의 마그네트론들(29), 지능형 마커(IM3)와 연관된 1차 반사기(16), 및 벌브 인식기(BR)와 연관된 마이크로파-전력공급 UV-방출 벌브(20)(즉, 광원(20))를 포함하는 부품들을 인식하고; (2) 비휘발성 메모리(즉, 컴퓨터-판독가능 저장 매체(82))에 저장가능한, 각각의 부품에 대해 누적된 동작 시간을 기록하고; (3) UV-방출 벌브(20)의 유형을 검출하기 위한 벌브 인식기(BR)로서 동작하는 하나 또는 둘 이상의 온도 센서들(56a), 조사기(50) 내의 내부 팬(도시되지 않음)으로부터의 공기 흐름의 레이트를 검출하기 위한 기압 센서(56b), 조사기(50)로부터의 UV 광 출력을 측정하기 위한 광검출기(56c), 및 필라멘트 전류 센서 및 HV 케이블 인터로크(도시되지 않음)와 같은 다른 선택적인 센서들을 포함할 수 있는(그러나, 이에 한정되지 않음) 복수의 센서들(56a-56n)로부터의 데이터를 샘플링 및 프로세싱하고; (4) 직렬 버스 케이블(63)을 통해 외부 파워 서플라이(60) 내의 마스터 컴퓨터 프로세서(64)와 통신하도록 구성될 수 있다.

[0031] 부품들은, 센서 포트(86)를 통해 복수의 센서들(56a-56n)(예를 들어, 벌브 인식기(BR))을 경유하여 아날로그/디지털 수단에 의해 그리고 직렬 버스 포트(90)를 통해 지능형 마커들(54a-54n)(IM1-IMn으로 라벨링됨)을 경유하여 디지털 수단에 의해 인식될 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 지능형 마커(IM)는, 생성 일자, 부품 번호, 및 수명 한계와 같은(그러나, 이에 한정되지 않음) 제조 정보를 영구적으로 유지하는 반도체 칩(그러나, 이에 한정되지 않음)을 나타낸다. 조사기(50)는 2개의 유형들의 IM들: 무선 주파수 식별 태그(RFID) 또는 소형 풋프린트 마이크로제어기 중 하나 또는 양쪽 모두(그러나, 이에 한정되지 않음)를 포함할 수 있다. IM은 에폭시 또는 다른 접착제를 이용하여 부품에 영구적으로 부착될 수 있다.

[0032] IM이 RFID 태그인 경우, RFID 태그는, 판독기(도시되지 않음)와 데이터를 교환하기 위해 무선 주파수(RF) 파들을 통해 무선으로 통신하도록 구성된다. Texas Instruments의 RI-103-114A-01 및 ATMEL의 AT88SCRF-ADK2와 같은, 여러 유형들의 RFID 프러덕트들이 알려져 있다. RFID 태그들은 이러한 다양한 애플리케이션들에서, 드라이버 라이센스들, 패스포트들, 및 버스, 메트로 및 하이웨이 패스들로서 이용되어 왔다. 도 8a에 도시된 RFID 태그(92)와 같은 현재의 RFID 태그 설계들은 반도체 칩(94) 및 코일형 안테나(96)를 포함한다. RFID 태그(92)는, 마그네트론(29) 또는 반사기 상에 직접적으로 장착하기에 적합하지 않은데, 그 이유는, 마그네트론(29)/반사기가 금속으로 이루어져 있기 때문이다. 마그네트론(29)/반사기의 금속은 코일형 안테나(96)를 차폐하고, 이에 의해, 반도체 칩(94)으로부터 저장된 RFID 데이터를 "판독"하기 위한 충분한 전류의 생성을 감소시킨다. 하나의 개선이 도 8b에 도시되는데, 여기서, 마그네트론(29)/반사기는 RFID 태그(100)의 코일형 안테나(98)를 차폐하지 않는데, 그 이유는 코일형 안테나가 수직면에 로케이팅되는 한편, RFID 태그(100)의 칩(102)은 수평면의 마그네트론(29)/반사기 상에 로케이팅되어 장착되기 때문이다.

[0033] IM을 구현하기 위한 대안적인 솔루션은, Microchip Technology에 의해 생산된 8-bit PIC10F222T-I/OT 마이크로제어기 또는 Atmel에 의해 생산된 ATTINY10-TSHR과 같은 매우 소형의 풋프린트를 갖는 마이크로제어기를 이용하는 것이다. 소형 풋프린트 마이크로제어기형 IM은 3개 내지 5개의 와이어들을 통해 온 램프 마이크로프로세서 보드(52)에 연결될 수 있다. 이러한 환경들에서, 온 램프 마이크로프로세서(80)는, 트랙킹될 부품의 제조자에 의해 사전-기록된 정보에 액세스하기 위해 직렬 버스 포트(90)를 통해 직렬 버스(88)를 경유하여 소형 풋프린트 마이크로제어기와 통신한다.

[0034] 인식기(BR)로서 이용하기 위해 IM을 구현하는데 있어서의 주요한 어려움은, UV-방출 벌브(20)의 높은 동작 온도이다. 완전히-동작하는(fully-operating) UV-방출 벌브(20)는 약 700℃ 내지 900℃의 범위의 온도를 갖는데, 이는 몇몇의 값비싼 군용 규격 마이크로제어기(military specification microcontroller)들을 제외한 모두를 손상시킬 수 있다. 부가하여, IM은 높은 레벨들의 UV 및 마이크로파 방사에 노출될 것이다. 그러므로, 저렴한 반도체-기반 IM을 UV-방출 벌브(20)에 부착하는 것은 금지된다.

[0035] BR의 대안적인 구현은, 메릴랜드, 게이더스버그의 Fusion UV Systems, Inc.에 의해 제조된 마이크로파-전력공급 벌브들의 특성의 이점을 취할 수 있다. 이러한 벌브들은, 소량의, 방사성 엘리먼트 크립톤(즉, "Kr 85")의 동위원소를 포함하며, 이는, 미리 결정된 시간량(즉, 단지 마이크로파-전력공급 벌브가 동작 온도에 도달하는 것을 허용할 만큼 충분함) 후에 비-방사성 부산물(non-radioactive byproduct)들로 붕괴(decay)된다. 조사기가 Kr 85를 이용하지 않는 경우, 마이크로파-전력공급 벌브가 완전 동작 온도까지 증가되는 시간은 상당히 연장되어, 마그네트론(29)에 대한 잠재적 유해 영향들을 초래한다. 이러한 환경들에서, Kr 85의 존재를 인식하는 센서가 이용될 수 있다. Kr 85에 의해 방출된 방사를 검출하는 센서는 조사기(50) 내의 UV-방출 벌브(20)로부터 안전한 거리에 멀리 장착될 수 있다. 방사 검출기-기반 센서는, Kr 85의 방출 스펙트럼을 인식하기 위해 온 램프 마이크로프로세서(80)와 동작가능한 소형 가이거 계수기(Geiger counter), CMOS 또는 CCD 이미저(imager), 또는 바람직한 실시예에서는, Microsemi Corp.에 의해 제조된 UM9441 또는 UM9442와 같은 방사 검출기로서 이용되는 PIN 다이오드(그러나, 이에 한정되지 않음)를 포함할 수 있다.

[0036] BR을 구현하기 위한 또 다른 접근방식은, 크립톤의 존재 상태에서 UV-방출 벌브(20)의 거동을 분석하는 것이다. 벌브 점화 동안, UV-방출 벌브(20)로부터의 방출 스펙트럼은, 크립톤에 특정한 특징적 광학 전이 파장을 갖는다. 이러한 광학 전이 파장은 단지, UV-방출 벌브(20)가 처음 점화될 때, 수은 압력이 매우 낮은 경우에, 방출될 것이다. 그 다음으로, 광검출기는 점화 동안 짧은 크립톤 방출을 검출하기 위해 BR로서 이용될 수 있다.

[0037] UV-방출 벌브(20) 및 1차 반사기(16)와 같은(그러나, 이에 한정되지 않음), IM들(54a-54n)에 의해 모니터링된 조사기(50)의 특정 내부 부품들은 일회용(disposable)이도록 의도된다. 조사기(50) 내부의 모든 일회용 부품들은, 인벤토리 트랙킹 시스템의 부품으로서 IM들(54a-54n)에 저장된 사전-기록된 정보를 가질 수 있다. 저장된 정보는, 부품 번호, 제조 일자, 및 수명 한계를 포함할 수 있다(그러나, 이에 한정되지 않음). 이러한 정보를 나타내는 데이터는, IM들(54a-54n)로부터 온 램프 마이크로프로세서(80)에, 그리고 그 다음으로, 외부 파워 서플라이(60)의 마스터 컴퓨터 프로세서(64)에 통신될 수 있다.

[0038] 동작에서, 일회용 부품들 각각의 초기 설치 및 임의의 추후의 설치시, IM들(54a-54n)에 저장된 정보는 직렬 버스(88)를 통해 온 램프 마이크로프로세서(80)에 의해 판독될 수 있다. 온 램프 마이크로프로세서(80)는 각각의 부품에 부품 ID를 할당한다. 온 램프 마이크로프로세서(80)는 모니터링되는 부품들 각각에 대한 시작 일자 및 시간을 기록한다. 온 램프 마이크로프로세서(80)는 부품의 동작 시간을 부품의 예상된 최대 수명과 비교할 수 있다. 동작 시간이 사전-확립된 만료 일자에 근접하거나 초과한 경우, 온 램프 마이크로프로세서(80)는, 직렬 버스 케이블(63)을 통해 외부 파워 서플라이(50) 내의 마스터 컴퓨터 프로세서(64)에, 그리고 마스터 컴퓨터 프로세서(64)로부터 직렬 링크(70)(예를 들어, CAN 버스 직렬 링크) 및/또는 네트워크(예를 들어, 인터넷)를 통해 사용자에게, 그 부품을 체크 및/또는 교체할 시간이라는 메시지를 전송한다. 사용자 사이트에서의 외부 모니터링 시스템은 각각의 부품의 동작 시간을 카운트 및 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 온 램프 마이크로프로세서(80)는, 명시된 제조자의 수명 한계보다 20% 내지 30% 더 큰, 각각의 부품에 대한 수명 한계를 저장할 수 있다. 동작 시간이 저장된 수명 한계를 초과하는 경우, 부품 및/또는 조사기(50)는, 마스터 컴퓨터 프로세서(64)에 의해 또는 외부 파워 서플라이(60)를 셧다운시킴으로써 디스에이블될 수 있다.

[0039] 조사기(50)는, 외부 파워 서플라이(60) 또는 케이블들(62, 63)에 대한 변화들을 요구하지 않으면서 업그레이드가능하다. 예를 들어, 조사기(50)는, 온도 센서로서 이용되는 선택적인 비-접촉 적외선(IR) 센서를 구비할 수 있다. 비-접촉 온도 센서를 이용하는 것은, 1000℃ 이상의 온도들에 도달할 수 있는, UV-방출 벌브(20)의 잠재적 과열로 인한 손상을 회피한다. 조사기(50)에서의 이용에 적합한 예시적인 IR 센서는, Perkin Elmer에 의해 제조된 TPD 333/733 서모파일(thermopile)이다.

[0040] 조사기(50)는 또한, UV-방출 벌브(20)에 의해 방출된 UV 방사의 파워 레벨을 검출하기 위한 선택적인 UV 센서를 구비할 수 있다. 조사기(50)에서의 사용에 적합한 UV 파워 센서의 유형은, UV 광 파워 밀도 광다이오드(UV light power density photodiode)를 포함할 수 있다. 종래 기술의 조사기(12)에서, 측정된 출력 UV 파워 레벨(도시되지 않음)은 UV 광 파워 출력의 수동 조정을 위한 지원(aid)으로서 이용된다. 도 4의 종래의 외부 파워 서플라이(40)는, 마그네트론(29)을 구동시키기 위해 필요한 퍼센티지 전력만을 표시하는 디스플레이를 구비할 수 있다(도시되지 않음).

[0041] 종래의 조사기들(12)은 상이한 길이들 및 유형들의 UV-방출 벌브들(20)을 이용하도록 동작가능하다. 특정 길이 및 유형의 UV-방출 벌브(20)에 있어서, 사용자가, UV-방출 벌브(20)로부터 발산되는 UV 광 파워를 측정하기 위해 외부 UV 광 파워 검출기를 수동으로 이용하는 것이 필요하다. 온-램프 UV 파워 검출기를 이용하는 것은, 어떠한 수동 캘리브레이션 없이, UV 파워의 자동 조정 및 디스플레이를 허용한다.

[0042] 본 발명의 실시예에 따라, 도 6을 다시 참조하면, 센서들(56a-56n) 중 하나 또는 둘 이상은, Kr 85 특성 측정들, UV 파워 검출, 및 광 인터로크 기능을 포함하는, 앞서 개요된 기능들 중 몇개를 수행하도록 동작가능한 하나 또는 둘 이상의 광검출기들로 대체될 수 있다.

[0043] 도 5 내지 도 8b에 예시된 조사기(50)는 도 1 내지 도 3에 예시된 종래 기술의 조사기(12)보다 몇몇의 이점들을 갖는다. 직렬 버스 케이블(63) 내의 디지털 직렬 통신 와이어들은 주로, 디바이스 구성, 명령, 및 상태 송신을 전달하도록 구성된다. 결과적으로, 온 램프 마이크로프로세서(80)와 마스터 컴퓨터 프로세서(64) 사이의 데이터 흐름은 비교적 낮고, 이에 의해, 저렴한 표준 통신 프로토콜/케이블들(예를 들어, CAN 버스)의 이용을 허용한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 온 램프 마이크로프로세서(80)는 복수의 센서들(56a-56n), IM들(54a-54n)로부터 로컬로 수신된 데이터를 프로세싱하는 것을 담당하며, 단지 프로세싱된 결과들만이 마스터 컴퓨터 프로세서(64)에 전송된다.

[0044] 도 6을 다시 참조하면, 센서들(56a-56n), IM들(54a-54n), 및 온 램프 마이크로프로세서 보드(52) 사이의 연결들 모두가 조사기(50) 내의 로컬 연결들이기 때문에, HV 케이블(62) 및 직렬 버스 케이블(63) 각각 내의 파워 및 직렬 통신을 위한 와이어링만이 조사기(50)와 외부 파워 서플라이(60) 사이에서 필요하다. 결과적으로, HV 케이블(62) 및 직렬 버스 케이블(63)은 HV 케이블(44)에 대한 더 낮은 비용의 대안들이다. 게다가, 신호들의 품질이 개선되고, 조사기(50)와 외부 파워 서플라이(60) 사이의 거리가 변화될 수 있다. 몇몇 애플리케이션에서, 신호 송신 품질을 개선하고 케이블링 비용들을 감소시키기 위해, HV 케이블(62) 및 직렬 버스 케이블(63)을 더 짧게 하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 외부 파워 서플라이(60) 및 조사기(50)가 설비의 상이한 플로어들에 로케이팅될 수 있도록, HV 케이블(62) 및 직렬 버스 케이블(63)의 길이를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한 게다가, HV 케이블(62) 및/또는 직렬 버스 케이블(63) 및/또는 외부 파워 서플라이(60) 내의 임의의 포트/보드를 수정하지 않으면서, 부가적인 센서들을 조사기(50)에 부가하는 것이 비교적 용이하다.

[0045] 예시적인 실시예들은 단지 본 발명을 예시할 뿐이며, 앞서-설명된 실시예들의 많은 변형들이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 당업자에 의해 고안될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로, 모든 이러한 변형들이 다음의 청구항들 및 청구항들의 동등물들의 범주 내에 포함되는 것이 의도된다.

Claims

마이크로파-전력공급 자외선 큐어링 램프 장치(microwave-powered ultraviolet curing lamp apparatus)로서,
자외선(UV) 큐어링 램프 및 복수의 컴포넌트들을 포함하는 조사기(irradiator) ― 상기 복수의 컴포넌트들은, 상기 UV 큐어링 램프 및 1차 반사기를 여기시키기 위해 하나 이상의 마그네트론들을 포함함 ―;
상기 조사기 내에 장착된 마이크로프로세서;
상기 마이크로프로세서와 신호 통신하고, 복수의 컴포넌트들 중에 상기 하나 이상의 마그네트론들 및 상기 1차 반사기 중 적어도 하나를 모니터링하도록 구성된 복수의 마커(marker)들; 및
상기 마이크로프로세서와 신호 통신하고, 상기 복수의 컴포넌트들과 연관된 복수의 동작 상태들을 감지하도록 구성된 복수의 센서들
을 포함하고,
상기 복수의 마커들은, 무선 주파수 식별 태그 및 소형 풋프린트 마이크로제어기 중 적어도 하나를 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
각각의 소형 풋프린트 마이크로제어기는 각각의 모니터링된 컴포넌트에 부착되도록 구성되는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는 표준 직렬 버스를 통해 상기 복수의 마커들 각각과 통신하도록 구성되는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 표준 직렬 버스는 직렬 주변기기 인터페이스 버스(serial peripheral interface bus)인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 마커들 각각은, 적어도 생성 일자, 부품 번호, 및 수명 한계를 포함하는 제조 정보를 유지하도록 구성되는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 마이크로프로세서는,
상기 복수의 컴포넌트들 각각의 유형 및 파라미터들을 인식하고,
상기 복수의 컴포넌트들 각각의 누적된 동작 시간을 기록하고,
상기 복수의 센서들로부터의 데이터를 샘플링 및 프로세싱하고,
직렬 버스를 통해 마스터 컴퓨터 프로세서와 통신하도록 구성되는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 직렬 버스는 CAN 버스인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 센서들은, 벌브 인식기(bulb recognizer)로서 동작하는 하나 또는 둘 이상의 온도 검출기들, 내부 팬(internal fan)으로부터의 공기 흐름의 레이트를 검출하기 위한 기압 센서, UV 파워 센서, 및 마이크로파 누설 검출을 위한 RF 검출기 중 적어도 하나인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 무선 주파수 식별 태그는, 마그네트론과 관련하여 수직면 상에 장착된 코일형 안테나 및 상기 마그네트론과 관련하여 수평면 상에 장착된 내부 칩을 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 센서들은 적어도, 상기 조사기 내의 마이크로파-전력공급 램프(microwave-powered lamp)에서 Kr 85의 존재를 인식하도록 구성된 벌브 인식기를 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 벌브 인식기는, Kr 85의 방출 스펙트럼을 인식하도록 상기 마이크로프로세서와 동작가능한 가이거 계수기(Geiger counter), CMOS 또는 CCD 이미저(imager), 또는 PIN 다이오드 중 하나인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 벌브 인식기는 Kr 85의 초기 점화 파장(an initial ignition wavelength)을 검출하도록 구성된 광검출기(photo detector)인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 컴포넌트들 중 적어도 하나는 일회용(disposable)인,
지능형 자외선 큐어링 장치.
마이크로파-전력공급 자외선 큐어링 램프 장치를 동작시키는 방법으로서,
조사기를 제공하는 단계 ― 상기 조사기는,
UV 큐어링 램프,
상기 UV 큐어링 램프 및 1차 반사기를 여기시키기 위해 하나 이상의 마그네트론들을 포함하는 복수의 컴포넌트들,
상기 조사기 내에 장착된 마이크로프로세서, 및
상기 마이크로프로세서와 신호 통신하는 복수의 마커들을 포함함 ―;
상기 복수의 마커들을 이용하여, 상기 복수의 컴포넌트들 중에 상기 하나 이상의 마그네트론들 및 상기 1차 반사기 중 적어도 하나를 모니터링하는 단계; 및
복수의 센서들을 이용하여, 상기 복수의 컴포넌트들과 연관된 복수의 동작 상태들을 감지하는 단계
를 포함하고,
상기 복수의 마커들은, 무선 주파수 식별 태그 및 소형 풋프린트 마이크로제어기 중 적어도 하나를 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치를 동작시키는 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 마이크로프로세서를 이용하여, 일회용 컴포넌트의 초기 설치 및 추후의 설치시, 상기 마커들에 저장된 정보를 판독하는 단계;
상기 복수의 모니터링된 컴포넌트들 각각에 부품 ID를 할당하는 단계; 및
상기 모니터링된 컴포넌트들 각각에 대한 시작 일자 및 시간을 기록하는 단계
를 더 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치를 동작시키는 방법.
제 17 항에 있어서,
모니터링된 컴포넌트의 동작 시간을 상기 모니터링된 컴포넌트의 예상된 최대 수명과 비교하는 단계
를 더 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치를 동작시키는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 동작 시간이 사전-확립된 만료 일자에 근접하거나 초과하는 경우, 상기 모니터링된 컴포넌트를 체크 또는 교체할 시간이라는 것을 표시하는 메시지를 전송하는 단계
를 더 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치를 동작시키는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 동작 시간이 저장된 수명 한계에 근접 또는 초과하는 경우, 상기 모니터링된 컴포넌트를 디스에이블(disable)하는 단계
를 더 포함하는,
지능형 자외선 큐어링 장치를 동작시키는 방법.