KR102420339B1

KR102420339B1 - 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템

Info

Publication number: KR102420339B1
Application number: KR1020220007546A
Authority: KR
Inventors: 고성훈; 서진석; 이석찬; 이용환
Original assignee: 고성훈; 서진석; 이석찬; 이용환
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2022-07-14

Abstract

본 발명은 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에 관한 것으로, 생분해성 재료들을 통해 생분해성 일체형 필름을 생산하고, 상기 생분해성 일체형 필름을 이용하여 연속적으로 용기를 생산하는 용기 생산 장치이며, 상기 용기 생산 장치는, 복수의 진공호퍼로부터 공급되는 생분해성 재료들을 가열장치를 통해 각각 가열하고, 여기서 녹인 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기를 혼합시킨 후 일정 온도 이하의 온도로 낮추기 위한 진공 냉각기를 통해 소정의 온도 이하로 냉각시킨 후 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 복수의 롤러, 상기 롤러를 통해 생산된 생분해성 필름을 권취하는 권취 롤러, 상기 권취 롤러를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하기 위한 상부 프레스와 하부 프레스, 상기 상부 프레스와 하부 프레스를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트의 온도를 정해진 시간 안에 정해진 온도 미만으로 낮추기 위한 냉각기 및 상기 냉각기를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기를 포함하여 구성되고, 상기 절단기를 통해 절단 생산된 상기 용기의 바닥면에 대하여 다수의 위치에서 광을 조사하는 복수의 조명부와, 상기 조명부에서 조사된 조명광이 상기 용기 바닥면에 조사된 후 다시 반사되는 반사광(측정광)을 획득하는 광검출기와, 상기 광검출기를 통해 검출된 반사광을 이용하여 용기의 두께 정보를 연산하는 두께 연산부를 포함하는 두께 측정부를 포함하며, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값 정보 신호를 외부로 제공하는 신호처리부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값에 따라 정상범위의 용기 두께를 벗어난 경우 상기 롤러를 통해 생산되는 생분해성 필름의 두께를 결정하는 상기 복수의 롤러를 제어하기 위해 상기 신호처리부로부터 롤러 제어 신호를 제공받고 상기 복수의 롤러를 제어하는 롤러 제어부를 더 포함하여 구성된다.

Description

조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템{High-speed production system for biodegradable integrated film sheet containers using lighting optics}

본 발명은 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 조명광을 이용하여 필름시트로 제작되는 용기의 고속 검사를 구현하여 불량 여부를 빠르게 검사할 수 있는 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에 관한 것이다.

최근까지도 물리적, 기계적, 화학적 특성이 탁월한 합성 플라스틱 수지가 다양한 물품의 재료로 폭넓게 이용되어 왔다. 하지만, 합성 플라스틱 수지 폐기물로 인한 매우 심각한 환경오염으로 인해, 합성 플라스틱 수지의 생산, 판매, 사용을 제한하는 다양한 제도적 법적 규제가 전 세계적으로 생겨나고 있다. 이에 따라. 인체에 무해하고 미생물에 의해 100% 생분해될 수 있으면서도 합성 플라스틱 수지와 유사한 물리적, 기계적 특성을 갖는 생분해성 플라스틱 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 일반적인 생분해성 수지는 가격이 비싸고 기존 합성 플라스틱 수지 제품에 비해 기계적 강도 등 물성이 크게 떨어진다. 반면, PLA(Poly Lactic Acid)와 같은 생분해성 수지 재료는 다른 생분해성 수지와 비교할 때 가격이 싸서 합성 플라스틱 수지 재료를 대신할 수 있는 재료로 많이 고려되고 있다. 그러나, PLA는 열과 충격에 약하고 가공성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, PLA 외에도 다양한 생분해성 수지 재료가 있지만, 가격과, 강도, 내충격성 및 내열성 등 기계적 물성을 모두 만족시키기에는 한계가 있다. 이에 따라, 주성분인 생분해성 수지에 다양한 첨가물을 혼합하여 단점이 보완된 생분해성 재료를 생산하는 기술의 필요성이 존재한다. 그러나, 생분해성 재료와 첨가 재료들을 정량으로 혼합하는 것이 어렵고 생분해성 재료의 특성상 생분해를 억제하는 등 다양한 조건을 맞추기 어렵고, 대량 생산이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 당해 기술 분야에는 최종 생산품(물품)을 만들기 직전 상태의 생분해성 재료 컴파운드를 보관 및 운반이 쉬운 상태로 생산하는 기술의 필요성이 존재하고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 일반적인 생분해성 필름을 이용한 용기 시스템의 개략적이 구성도이다.

PLA를 포함하는 생분해성 재료들을 통해 생분해성 일체형 필름을 생산하고, 상기 생분해성 일체형 필름을 이용하여 용기를 생산하는 용기 생산장치(100); 및 상기 용기 생산장치(100)를 제어하는 제어단말기(200)를 포함하며, 상기 용기 생산장치(100)는, 생분해성 재료들을 보관하는 복수의 진공호퍼(110); 상기 복수의 진공호퍼(110)로부터 공급되는 생분해성 재료들을 40℃ 내지 70℃, 110℃ 내지 250℃ 및 110℃ 내지 300℃로 각각 가열하여 녹이는 복수의 온도조절장치(111), 상기 온도조절장치(111)가 녹인 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기(120), 상기 온도조절장치(111)에 의해 가열된 후 상기 진공혼합기(120)를 통해 혼합된 혼합원료들의 온도를 진공상태에서 정해진 시간 안에 정해진 온도 이하로 낮추기 위한 진공 냉각기(130); 상기 진공 냉각기(130)를 통해 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 진공 롤러(140); 상기 진공 롤러(140)를 통해 생산된 생분해성 필름을 100m, 200m, 300m 중 어느 하나의 길이로 권취하는 감속롤러(150), 상기 감속 롤러(150)를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하는 진공 공압프레스기(160), 상기 진공 공압프레스기(160)를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트의 온도를 정해진 시간 안에 정해진 온도미만으로 낮추기 위한 냉각기(170), 상기 냉각기(170)를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기(180) 및 상기 절단기(180)를 통해 생산된 용기를 건조시키는 건조기(190)를 포함하며, 상기 진공 롤러(140)는, 제1롤러(141), 제2롤러(142), 제3롤러(143)로 이루어지되, 생분해성 필름을 생산하는 과정에서 온도를 20℃ 내지 40℃로 유지해주는 온도 및 열 조절부(144)를 더 포함하고, 상기 진공 공압프레스기(160)는 금형을 구비한 상부 프레스(161)와 하부 프레스(162)로 이루어지되, 생분해성 필름을 상기 생분해성 일체형 필름시트로 성형하는 과정에서 온도를 50℃ 내지 70℃로 유지해주는 온도 및 열조절부(163)를 더 포함하며, 상기 상부 프레스(161)와 하부 프레스(162)에 구비된 금형을 이용해 상기 권취된 생분해성 필름을 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성되는 필름을 이용한 연속공정의 용기 생산 장치는 필름 시트를 이용한 프레스 방식의 제조 공법을 사용하기 때문에 필름의 두께 차이로 인한 불량품으로 생산율 저하의 문제가 있다.

더불어, 필름을 이용한 다층 구조의 용기의 경우 필름 두께로 인하여 불량 발생율은 더욱더 발생하고 있는 실정이다.

따라서, 필름을 이용한 연속 공정 방식의 생산 설비에서 용기의 두께차 없이 양품의 제품을 빠르게 생산할 수 있는 설비 개발이 필요한 실정이다.

KR 제10-1537481호 KR 제10-2008-0078785호 KR 제10-2086972호 KR 10-0771940호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 생분해성 필름을 이용한 연속 공정방식의 용기 제조 설비에서 필름의 두께 차이로 인한 용기 불량률을 개선할 수 있는 생산장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 최종적으로 생산되는 용기의 불량 여부를 검출한 후 용기의 주재료인 필름 생산 장치에 해당되는 롤러의 두께 제어를 위한 피드백 신호를 실시간 제공함에 따라 필름 두께로 인한 불량률 제어를 모니터링 하여 신속하게 두께 조정을 통해 양품의 용기를 고속으로 생산시킬 수 있는 생산 시스템을 제공하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 생분해성 재료들을 통해 생분해성 일체형 필름을 생산하고, 상기 생분해성 일체형 필름을 이용하여 연속적으로 용기를 생산하는 용기 생산 장치이며, 상기 용기 생산장치는, 복수의 진공호퍼로부터 공급되는 생분해성 재료들을 가열장치를 통해 각각 가열하고, 여기서 녹인 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기를 혼합시킨 후 일정 온도 이하의 온도로 낮추기 위한 진공 냉각기를 통해 소정의 온도 이하로 냉각시킨 후 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 복수의 롤러, 상기 롤러를 통해 생산된 생분해성 필름을 권취하는 권취 롤러, 상기 권취 롤러를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하기 위한 상부 프레스와 하부 프레스, 상기 상부 프레스와 하부 프레스를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트의 온도를 정해진 시간 안에 정해진 온도 미만으로 낮추기 위한 냉각기 및 상기 냉각기를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기를 포함하여 구성되고, 상기 절단기를 통해 절단 생산된 상기 용기의 바닥면에 대하여 다수의 위치에서 광을 조사하는 복수의 조명부와, 상기 조명부에서 조사된 조명광이 상기 용기 바닥면에 조사된 후 다시 반사되는 반사광(측정광)을 획득하는 광검출기와, 상기 광검출기를 통해 검출된 반사광을 이용하여 용기의 두께 정보를 연산하는 두께 연산부를 포함하는 두께 측정부를 포함하며, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값 정보 신호를 외부로 제공하는 신호처리부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값에 따라 정상범위의 용기 두께를 벗어난 경우 상기 롤러를 통해 생산되는 생분해성 필름의 두께를 결정하는 상기 복수의 롤러를 제어하기 위해 상기 신호처리부로부터 롤러 제어 신호를 제공받고 상기 복수의 롤러를 제어하는 롤러 제어부를 더 포함하여 구성된다.

또한, 상기 두께 측정부는, 상기 용기의 두께 정보를 측정하기 위한 조명부를 복수개로 구비하되, 각각의 상기 조명부에서 출력되는 조명광은 상기 용기의 바닥면에 대한 임의의 면적으로 분할된 조명광이 각각 조사되도록 상기 조명부가 구성되어 조명광을 출력하고, 상기 복수의 조명부는 순차적으로 조명광을 출력하고 이에 따라 획득되는 각각의 반사광을 상기 광검출기에서 순차적으로 획득하기 위하여 조명 제어부에서 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은, 생분해성을 필름을 이용한 생분해성 필름 용기의 연속 생산 공정에서 필름을 통해 생산되는 용기의 두께 차이로 인한 불량품을 정밀하게 측정하여 불량 여부를 판단함과 동시에 생분해성 필름 생산을 결정하는 롤러의 두께 제어를 신속하게 조정함으로써 양품의 용기를 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 용기의 두께 정보를 보다 정확하게 측정하기 위하여 복수의 조명 광학계를 구성하고 이를 통해 용기의 전체 면적에 대한 정밀한 측정을 통해 결과적으로 불량 정보를 빠르게 검출하여 필름의 두께 제어를 통해 양품의 용기를 고속으로 생산할 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 생분해성 필름을 이용한 용기 생산 시스템의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템의 전체 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 두께 측정부의 상세 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 두께 측정부의 조명부를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 조명 광학계를 통해 획득한 이미지의 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 필름시트의 두께 제어를 위한 롤러 장치의 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 롤러 제어부의 세부 구성도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템은, 생분해성 재료들을 통해 생분해성 일체형 필름을 생산하고, 상기 생분해성 일체형 필름을 이용하여 연속적으로 용기를 생산하는 용기 생산 장치이며, 상기 용기 생산장치는, 복수의 진공호퍼로부터 공급되는 생분해성 재료들을 가열장치를 통해 각각 가열하고, 여기서 녹인 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기를 혼합시킨 후 일정 온도 이하의 온도로 낮추기 위한 진공 냉각기를 통해 소정의 온도 이하로 냉각시킨 후 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 복수의 롤러, 상기 롤러를 통해 생산된 생분해성 필름을 권취하는 권취 롤러, 상기 권취 롤러를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하기 위한 상부 프레스와 하부 프레스, 상기 상부 프레스와 하부 프레스를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트의 온도를 정해진 시간 안에 정해진 온도 미만으로 낮추기 위한 냉각기 및 상기 냉각기를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기를 포함하여 구성되고, 상기 절단기를 통해 절단 생산된 상기 용기의 바닥면에 대하여 다수의 위치에서 광을 조사하는 복수의 조명부와, 상기 조명부에서 조사된 조명광이 상기 용기 바닥면에 조사된 후 다시 반사되는 반사광(측정광)을 획득하는 광검출기와, 상기 광검출기를 통해 검출된 반사광을 이용하여 용기의 두께 정보를 연산하는 두께 연산부를 포함하는 두께 측정부를 포함하며, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값 정보 신호를 외부로 제공하는 신호처리부와, 상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값에 따라 정상범위의 용기 두께를 벗어난 경우 상기 롤러를 통해 생산되는 생분해성 필름의 두께를 결정하는 상기 복수의 롤러를 제어하기 위해 상기 신호처리부로부터 롤러 제어 신호를 제공받고 상기 복수의 롤러를 제어하는 롤러 제어부를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템은 생분해성 필름 시트를 이용하여 프레스 방식의 용기를 생산할 때 필름 시트를 이용하는 공정상 두께 차이로 인한 용기의 두께 불량률을 정밀하게 검출하고 이에 따른 결과값을 피드백하여 필름 시트화 공정을 결정하는 롤러부측의 두께 제어를 제어함으로써 두께 불량 시 보상 피드백 신호를 통해 불량 생산을 방지하고 고속으로 제품 안정화 및 생산을 구현할 수 있는 고속 생산 시스템을 제공하고자 하는데 기술적 요지를 갖고 있다.

특히, 본 발명은 필름 시트로 제작되는 공정 특성에 따라 용기의 위치별 두께 차이로 인한 불량 발생 여부를 보다 정밀하게 검출하여 전체 시스템의 불량률을 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 복수의 조명 광학계를 적용하고 조명광 분포 균일도와 함께 측정광 신호를 획득하여 생산되는 용기의 두께 불량 정보를 빠르게 검출하고 필름 두께 제어 신호를 피드백하여 고속으로 양품의 용기를 생산할 수 있는 목적을 가지고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템의 전체 구성도이다.

본 발명에 따른 용기 생산장하다 각 부문별로 생산 공정 장치를 구성하고 있으며 생분해성 원료 투입에서부터 프레스 공정을 통해 용기 생산과정까지 연속 공정을 통해 고속으로 생분해성 용기를 생산한다.

도면에 도시된 바와 같이 상기 용기 생산장치(10)는 생분해성 원료를 각각 투입 받는 복수의 진공호퍼(미도시)를 구성하고, 여기서 공급되는 생분해성 재료들을 가열장치를 통해 가열하여 필름화 공정을 준비한다.

가열에 따른 일정하게 용융된 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기를 혼합시킨 후 일정 온도 이하의 온도로 낮추기 위한 진공 냉각기를 통해 소정의 온도 이하로 냉각시키고, 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 복수의 롤러(11, 12, 13)와 상기 롤러를 통해 생산된 생분해성 필름을 권취하는 권취 롤러(14)로 구성된다.

이때, 상기 롤러(11,12,13)는 생산되는 필름 수에 따른 복수의 롤러를 구성되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 3중 필름화를 위하여 제 1롤러(11), 제 2롤러(12), 제 3롤러(13)로 각각 구성하였지만, 여기에 한정되는 것은 아니며, 최종 용기 특성에 따라 다양하게 구성될 수 있다.

다음으로 상기 권취 롤러(14)를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하기 위한 상부 프레스(15)와 하부 프레스(16)를 포함하여 구성되며, 상기 상부 프레스와 하부 프레스는 앞선 공정에서 생산된 생분해성 필름 시트를 프레스 공법으로 성형하여 일정 크기의 용기 구조에 따라 용기를 가공한다.

상기 상부 프레스(15)와 하부 프레스(16)를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트는 완전 제품화하기 위하여 온도 조절을 통해 충분히 냉각될 수 있도록 정해진 시간 안에 정해진 온도 미만으로 낮추기 위한 냉각기(17)를 구성하고 프레스 성형으로 가열된 성형 용기를 빠르게 냉각시킴으로써 용기의 형상을 유지시킨다.

마지막으로 상기 냉각기(17)를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기(18)를 통해 절단하여 최종 제품을 완성한다.

한편, 본 발명에서는 투입된 생분해성 원료를 필름화 생산하기 위한 복수개의 롤러에 해당하는 제 1롤러(11) 내지 제 3롤러(13)를 통해 필름화하는 과정에서 롤러의 간격 변화로 인한 생산 필름의 두께 균일도의 문제가 발생되고 있는 이로 인하여 최종 생산된 용기의 두께 불량의 현상을 해소시키고 두께 불량 감지 시 상기 제 1롤러 내지 제 3롤러를 신속하게 제어하기 위한 롤러 제어부(19)를 포함하여 구성되고, 상기 롤러 제어부는 아래에서 구체적으로 설명하겠지만, 최종적으로 생산된 용기의 두께 정보를 검출하는 두께 측정부(20)를 통해 용기의 두께 정보값을 측정한 후 측정된 두께값에 따라 상기 롤러 제어부로 피드백 신호를 제공하여 롤러를 제어하여 두께 불량을 해결하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 두께 측정부의 상세 구성도이다.

본 발명에서는 조명 광학계를 이용한 두께 측정부(20)를 구성하여 고속으로 두께 측정이 가능하고 임의의 면적을 갖는 용기 특성상 복수의 조명부를 구성하여 조명광을 제공함으로써 정확하고 신속한 두께 측정을 구현할 수 있는 장점이 있다.

조명 광학계를 구비한 상기 두께 측정부(20)는 조명광을 조사하는 하나 이상의 조명부(21)와, 상기 조명광을 통해 용기에 조사된 조명광이 반사된 반사광(측정광)을 검출하는 광검출기(22), 상기 광검출기에서 검출된 신호를 통해 용기의 두께 정보를 획득하는 두께 연산부(23)와 상기 두께 연산부(23)에서 연산된 두께 정보에 근거하여 상기 롤러 제어부(19)로 신호를 제공하는 신호 처리부(24)로 구성된다.

상기 조명부(21)는 바람직하게 LED 소자로 구성된 조명부에 해당될 수 있으나, 결코 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 조명부(21)는 두께 측정 대상이 되는 용기의 특성에 따라 파장이 다른 LED 소자를 적용할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 상기 조명부(21)는 적어도 하나 이상의 조명부가 구비되는 것이 바람직한데, 측정 대상이 되는 용기는 임의의 면적을 가지고 있기 때문에 측정 면적이 비교적 대면적에 해당함으로써 복수의 조명부를 적용하여 빠르고 정확한 두께 측정을 구현하기 위함이다.

따라서, 본 발명에서는 다수의 조명부를 적용하여 용기의 전체 면적에 대한 두께 정보를 빠르게 측정할 수 있고, 두께 불량으로 인한 상기 용기 생산장치의 운전신호를 변경함으로써 생산 제품을 빠르게 수정할 수 있는 것이다.

상기 조명부(21)를 통해 용기에서 반사된 반사광 즉, 측정광은 상기 광검출기(22)를 통해 획득하는데, 상기 광검출기는 측정광의 세기(intensity)값을 검출함에 따라 결과적으로 용기의 두께 정보값을 검출할 수 있는 것이며, 여기서 획득된 신호를 두께 연산부(23)에서 연산하여 용기의 면적에 대한 두께값을 측정할 수 있는 것이다.

한편, 조명 제어부(24)는 복수로 구성되는 상기 조명부(21)를 선택적으로 제어하는 것으로써, 이는 용기 면적이나 용기의 특성에 따라 조명부의 파장이나 출력 시간, 세기 등의 동작값을 제어하여 최적화된 측정광을 획득할 수 있도록 조명부를 제어한다.

상기 신호 처리부(25)는 상기 두께 연산부에서 연산된 용기의 두께 정보를 롤러 제어부(19)에 제공하여 용기 생산 장치(10)에서 생산되는 필름 시트의 두께를 제어할 수 있도록 한다. 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이 생분해성 필름을 생산하기 위하여 복수의 롤러를 구성하며, 생분해서 원료가 고온에서 롤러를 통과하면서 시트화되어 생산되는데, 이때, 롤러의 간격에 따라 필름의 두께가 확정된다.

따라서, 상기 롤러 제어부(19)는 최종 생산된 용기의 두께 정보를 검출하는 두께 측정부(20)로부터 신호를 피드백 받고, 두께에 문제가 있을 경우 그에 따라 롤러를 제어함으로써 적정한 두께로 출력될 수 있도록 제어하는 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 두께 측정부의 조명부를 나타낸 구성도이다.

도 4는 복수의 조명부를 설명하기 위한 것으로써, 본 발명에 따른 용기 생산 장치에서 생산되는 생분해성 용기(A)는 소정의 면적을 갖는 용기에 해당되며 그 형상은 원형, 사각형, 삼각형 등 다양할 수 있다. 이때 본 발명에서는 용기에서 중요한 바닥면의 두께 불량에 따른 누설, 크랙 등 여러 가지 문제가 발생할 수 있는데, 이러한 바닥면 두께 불량의 문제를 해소하기 위하여 정확한 두께 측정을 통해 용기 생산장치(10)로부터 불량품이 생산되지 않도록 실시간 모니터링 및 제어하기 위한 것이다. 도 4에서 보면, 앞서 설명한 복수의 조명부를 통해 측정광은 L1 ~ L4의 측정광 조사 면적을 갖고 있으며, 이를 통해 비교적 큰 면적을 조사해야하는 용기 측정 기술에서 빠르고 정확하게 두께 정보를 획득할 수 있는 것이다. 단일 방식의 조명부를 적용할 경우 조명광의 균일도가 크게 떨어지기 때문에 결과적으로 두께 정보를 획득하는데 어려움이 있고 정상 두께임에도 불구하고 오류를 일으킬 수 있다.

이에 따라 본 발명의 조명부는 용기 생산장치를 통해 생산되는 용기의 두께 정보를 빠르고 정확하게 측정하여 불량 여부를 판단할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 조명 광학계를 통해 획득한 이미지의 예를 도시한 도면이다. 용기(A) 바닥면에 대하여 조명광을 조사한 후 상기 광검출기(22)에서 획득되는 이미지를 예시한 것으로, 측정광의 세기값이 위쪽에 낮기 때문에 용기를 생산하기 위한 필름에 두께 차이가 발생한 것이다.

본 발명에서는 다수의 필름을 적층시켜 프레스 공정으로 용기를 생산하기 때문에 다층 필름 구조에서 어느 하나의 필름이나 필름의 특정 위치에서 두께 차이가 발생한 경우 전체 두께에 차이가 발생하게 된다. 또는 필름 공정에서 이물질의 투입되었을 경우에도 필름의 두께에 결함이 발생될 수 있기 때문에 두께 측정이 매우 중요하다.

도 6은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 필름시트의 두께 제어를 위한 롤러 장치의 구성도이다. 도 6에서 도시된 바와 같이 (a) 이미지는 정상 두께를 갖는 용기의 신호값이며, (B)와 (C)는 인텐시티값이 균일도도 방향에 따라 다르기 때문에 용기의 두께에 차이가 있는 발생된 것이다.

이처럼 본 발명에서는 용기 생산장치(10)에서 생산되는 용기의 두께 불량에 따른 불량률을 빠르게 검출할 수 있고 이와 같이 용기 생산장치의 운전 신호를 제어함으로써 정상 운전으로 가동되도록 구현된다. 특히 용기 생산 산업에서 두께 불량으로 인해 발생되는 다양한 문제점들은 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에 불량 생산품에 대해서 매우 민감한 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 대면적 용기에 조명 광학계 구조의 두께 측정부를 구성하여 빠르고 정확하게 불량 정보를 검출할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템에서 롤러 제어부의 세부 구성도이다

상기 두께 측정부(20)에서 측정된 용기의 두께값은 롤러 제어부(19)에 전송함으로써 생산중인 필름 두께를 실시간으로 조정할 수 있다. 이때, 롤러를 통과하면서 필름화되는 롤러 장치는 간격 제어가 매우 중요하기 때문에 용기생산장치에 구성된 각각의 롤러(11 ~ 13)의 정밀한 간격 제어를 위하여 제 1롤러 구동부(19a), 제 2롤러 구동부(19b), 제 3롤러 구동부(19c)로 각각 구성되어 각각의 롤러를 정밀하게 제어하게 된다.

따라서, 본 발명은 두께 측정부에서 측정된 용기의 두께 불량을 파악함으로써 신속하게 두께 불량을 개선할 수 있으며, 이러한 프로세스를 통해 용기 고속 생산이 가능한 이점이 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 생분해성을 필름을 이용한 생분해성 필름 용기의 연속 생산 공정에서 필름을 통해 생산되는 용기의 두께 차이로 인한 불량품을 정밀하게 측정하여 불량 여부를 판단함과 동시에 생분해성 필름 생산을 결정하는 롤러의 두께 제어를 신속하게 조정함으로써 양품의 용기를 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10 : 용기 생산 장치 11 : 제 1롤러
12 : 제 2롤러 13 : 제 3롤러
14 : 권취롤러 15 : 상부프레스
16 : 하부프레스 17 : 냉각기
18 : 절단기 19 : 롤러 제어부
19a : 제 1롤러 구동부 19b : 제 2롤러 구동부
19c : 제 3롤러 구동부 20 : 두께 측정부
21 : 조명부(L1,L2,L3,L4) 22 : 광검출기
23 : 두께 연산부 24 : 조명 제어부
25 : 신호 처리부

Claims

생분해성 재료들을 통해 생분해성 일체형 필름을 생산하고, 상기 생분해성 일체형 필름을 이용하여 연속적으로 용기를 생산하는 용기 생산 장치이며,
상기 용기 생산 장치는,
복수의 진공호퍼로부터 공급되는 생분해성 재료들을 가열장치를 통해 각각 가열하고, 여기서 녹인 생분해성 재료 및 첨가 재료들을 혼합하는 진공혼합기를 혼합시킨 후 일정 온도 이하의 온도로 낮추기 위한 진공 냉각기를 통해 소정의 온도 이하로 냉각시킨 후 온도가 낮아진 혼합원료를 두께 0.15mm 내지 0.5mm인 생분해성 필름으로 생산하는 복수의 롤러;
상기 롤러를 통해 생산된 생분해성 필름을 권취하는 권취 롤러;
상기 권취 롤러를 통해 권취된 생분해성 필름을 금형을 이용해 용기 형태들을 일체로 포함하는 생분해성 일체형 필름시트로 성형하기 위한 상부 프레스와 하부 프레스;
상기 상부 프레스와 하부 프레스를 통해 성형된 생분해성 일체형 필름시트의 온도를 정해진 시간 안에 정해진 온도 미만으로 낮추기 위한 냉각기; 및
상기 냉각기를 통해 온도가 낮아진 생분해성 일체형 필름시트를 절단하여 용기를 생산하는 절단기;를 포함하여 구성되고,
상기 절단기를 통해 절단 생산된 상기 용기의 바닥면에 대하여 다수의 위치에서 광을 조사하는 복수의 조명부와, 상기 조명부에서 조사된 조명광이 상기 용기 바닥면에 조사된 후 다시 반사되는 반사광(측정광)을 획득하는 광검출기와, 상기 광검출기를 통해 검출된 반사광을 이용하여 용기의 두께 정보를 연산하는 두께 연산부를 포함하는 두께 측정부를 포함하며,
상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값 정보 신호를 외부로 제공하는 신호처리부;와,
상기 두께 측정부에서 측정된 상기 용기의 두께값에 따라 정상범위의 용기 두께를 벗어난 경우 상기 롤러를 통해 생산되는 생분해성 필름의 두께를 결정하는 상기 복수의 롤러를 제어하기 위해 상기 신호처리부로부터 롤러 제어 신호를 제공받고 상기 복수의 롤러를 제어하는 롤러 제어부;를 더 포함하여 구성되고,
상기 두께 측정부는 상기 용기의 두께 정보를 측정하기 위한 조명부를 복수개로 구비하되, 각각의 상기 조명부에서 출력되는 조명광은 상기 용기의 바닥면에 대한 임의의 면적으로 분할된 조명광이 각각 조사되도록 상기 조명부가 구성되어 조명광을 출력하고,
상기 복수의 조명부는 순차적으로 조명광을 출력하고 이에 따라 획득되는 각각의 반사광을 상기 광검출기에서 순차적으로 획득하기 위하여 조명 제어부에서 제어하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 이용한 생분해성 일체형 필름시트 용기 고속 생산 시스템.
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