KR102571174B1 - 정량 스프레이 도장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정량으로 스프레이 도장을 수행하는 시스템에 있어서: 도장관로 상으로 공압부(11), 이송펌프(13), 스프레이 건(15)을 지닌 분사수단(10); 상기 도장관로에 스프레이 건(15)의 분사압력을 조절하도록 설치되는 조절수단(20); 상기 도장관로에 도료의 이송 조건을 검출하도록 설치되는 검출수단(30); 및 상기 분사수단(10), 조절수단(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 도장 공정에서 정량 스프레이 구성을 기반으로 압력, 유량, 온도 등의 작업 조건들에 부합하도록 일정한 유량으로 제어하여 품질관리와 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

정량 스프레이 도장 시스템 {System for spraying with constant quantity of paint}

본 발명은 정량 스프레이 도장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 건조 과정에서 수작업 의존도가 높은 도장 공정을 개선하기 위한 정량 스프레이 도장 시스템에 관한 것이다.

선박 도장 작업은 일반적으로 에어리스 도장기를 이용하여 수행한다. 도장 작업자는 일반적으로 도장기에 공급되는 압력을 조절하고 도료에 적정량의 신너를 희석하여 도장 작업을 수행한다.

이때 작업자의 성향에 따라 압력 및 신너 희석비율이 달라 시간당 분사되는 도료의 양이 일정하지 않으며, 이는 곧 작업 품질이 일정하지 않다는 의미이며, 작업자에 따라 저도막 또는 과도막을 야기함으로써 추가 수정작업 및 재작업이 항상 발생하고 있다.

도장 관련의 선행기술문헌으로 하기의 한국 등록특허공보 제0620731호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1044825호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

전자는 볼스크류의 선단에 베어링블록을 설치하고, 볼스크류의 타측단에 피스톤 로드를 중공형의 단면을 갖도록 형성하며, 피스톤 로드를 너트에 직접 연결하여 볼스크류와 피스톤 로드가 동일축선상에 위치하도록 텔레스코픽 타입으로 정량토출 실린더부를 구성한다. 이에, 구성이 단순화됨에 따라 경량화가 용이하고, 저가반 로봇에 탑재가 가능한 효과를 기대한다.

후자는 스파이럴 스크류를 지닌 실린더; 실린더에 연결된 스프레이 건; 주제 탱크 또는 경화제 탱크와 실린더를 연결하는 제1 히팅호스; 실린더와 스프레이 건을 연결하는 제2 히팅호스; 스파이럴 스크류의 열원으로 돌출 형성된 스크류편; 등을 포함한다. 이에, 정량 배합 미준수로 인한 품질 저하를 방지하고, 저온 작업 환경에서도 분사압에 부합되는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 실질적인 도료 사용량에 대한 정보는 물론 압력, 유량, 온도 등 작업 조건에 대한 정보가 없어 일반 건축물에 비하여 작업 조건이 까다로운 선박 건조에서 규정된 품질관리를 기대하기 곤란하다.

한국 등록특허공보 제0620731호 "정량 토출 장치" (공개일자 : 2001.11.09.) 한국 등록특허공보 제1044825호 "정량 및 항온 주입이 가능한 환경 친화형 도료 공급 장치" (공개일자 : 2011.06.27.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 도료의 정량 토출을 위한 스프레이 도장의 구성을 기반으로 압력, 유량, 온도 등의 작업 조건들에 부합하도록 일정한 유량으로 제어할 수 있는 정량 스프레이 도장 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 정량으로 스프레이 도장을 수행하는 시스템에 있어서: 도장관로 상으로 공압부, 이송펌프, 스프레이 건을 지닌 분사수단; 상기 도장관로에 스프레이 건의 분사압력을 조절하도록 설치되는 조절수단; 상기 도장관로에 도료의 이송 조건을 검출하도록 설치되는 검출수단; 및 상기 분사수단, 조절수단, 검출수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절수단은 전기 신호에 비례하여 공기압력을 무단계로 변동하는 전공 레귤레이터, 전공 레귤레이터의 출력에 의하여 도장관로의 압력을 조절하는 자동압력 레귤레이터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단은 도장관로 온도를 검출하는 제1온도센서, 외기의 온도를 검출하는 제2온도센서, 도장관로의 상류측 압력을 검출하는 1압력센서, 도장관로의 하류측 압력을 검출하는 제2압력센서, 도장관로의 유량을 검출하는 유량센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 변형예로서, 상기 검출수단은 도장관로의 유속을 검출하는 유속센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 마이컴 회로로 구성되는 제어기, 도료별 온도, 압력, 유량, 점도 조건을 저장하는 메모리, 제어기의 출력으로 분사수단과 조절수단의 작동 전원을 단속하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 도장 공정에서 정량 스프레이 구성을 기반으로 압력, 유량, 온도 등의 작업 조건들에 부합하도록 일정한 유량으로 제어하여 품질관리와 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 주요부 연결을 나타내는 다이아그램
도 2는 본 발명에 따른 제어수단과의 연결 상태를 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면 정량으로 스프레이 도장을 수행하는 시스템에 관하여 제안한다. 선박의 선체와 의장품에 적용되는 에어리스 스프레이 도장 방식을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 에어리스 방식에서 공기의 사용이 배제되지 않으나 공기가 도료에 혼합된 상태로 분사되지 않는다.

본 발명에 따른 분사수단(10)은 도장관로 상으로 공압부(11), 이송펌프(13), 스프레이 건(15)을 지닌다. 도장관로는 파이프나 호스의 내부로 유동하는 도료와 같은 유체를 포함하는 광의적 개념으로 호칭될 수 있다. 도장관로의 상류에서 하류 측으로 공압부(11), 이송펌프(13), 스프레이 건(15)이 연결된다. 공압부(11)는 공압탱크, 공압탱크를 충진하는 공압펌프 등으로 구성된다. 이송펌프(13)는 공압부(11)의 공압을 이용하여 도장관로로 도료를 이송한다. 스프레이 건(15)은 도장관로의 하류단에 장착된다.

또한, 본 발명에 따르면, 조절수단(20)이 상기 도장관로에 스프레이 건(15)의 분사압력을 조절하도록 설치되는 구조이다. 조절수단(20)은 외부 환경을 비롯한 다양한 작업 조건의 변동에 불구하고 스프레이 건(15)을 통한 분사가 균일성을 유지하도록 한다. 작업자가 표준화된 도료량으로 작업함으로써 작업 표준화 및 품질 표준화를 달성할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절수단(20)은 전기 신호에 비례하여 공기압력을 무단계로 변동하는 전공 레귤레이터(22), 전공 레귤레이터(22)의 출력에 의하여 도장관로의 압력을 조절하는 자동압력 레귤레이터(24)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 전공 레귤레이터(22)와 자동압력 레귤레이터(24)를 연계하는 제어가 직동식 정압기에 비하여 비교적 복잡하지만 도장관로의 압력을 일정하게 유지하는 측면에서 유리하다. 전공 레귤레이터(22)의 공기압력은 공압부(11)를 이용하거나 별도의 진공장치(도시 생략)에 연결된 진공압을 이용할 수 있다. 후술하는 제어기(42)는 전공 레귤레이터(22)에 PWM 신호를 인가하여 무단계 조절을 수행한다.

한편, 본 발명의 조절수단(20)은 도장관로 상에 히터(26)를 더 구비하는 것이 좋다. 히터(26)는 도료의 점도를 일정하게 유지하여 토출되는 양의 균일성을 확보한다. 히터(26)는 안전성을 고려하여 방폭형으로 설치하며, 도장관로 상에 복수로 배치할 수 있다. 히터(26)를 통하여 도료 스프레이 작업성을 높이면 신너 사용량을 줄임으로써 VOC를 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 검출수단(30)이 상기 도장관로에 도료의 이송 조건을 검출하도록 설치되는 구조이다. 검출수단(30)은 도장관로를 유동하는 도료의 점도에 영향을 미치는 온도, 압력 등의 인자를 검출한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 검출수단(30)은 도장관로 온도를 검출하는 제1온도센서(31), 외기의 온도를 검출하는 제2온도센서(32), 도장관로의 상류측 압력을 검출하는 1압력센서(33), 도장관로의 하류측 압력을 검출하는 제2압력센서(34), 도장관로의 유량을 검출하는 유량센서(36)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 1에서 도료의 이송방향을 기준으로 상류와 하류로 구분하여 온도센서와 압력센서가 이격 설치된 상태를 예시한다.

제1온도센서(31), 제1압력센서(33), 제2압력센서(34)는 도장관로 상에 직접 장착되는 소형 구조를 택하며, 도장 작업에 영향을 주는 전선을 배제하기 위해 별도의 전원과 무선 송신회로를 탑재할 수 있다. 대기 온도를 검출하는 제2온도센서(32)는 후술하는 제어기(42) 상에 설치할 수 있다. 유량센서(36)는 도료와 같은 점성이 높은 유체에 적용 가능한 소형의 터빈식 등의 구조를 설치한다. 이와 같은 검출수단(30)은 제어기(42)의 입력인터페이스에 연결된다.

본 발명의 변형예로서, 상기 검출수단(30)은 도장관로의 유속을 검출하는 유속센서(38)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 유속센서(38)는 비접촉식인 초음파 방식을 사용하더라도 도장관로의 도료에서 신호를 검출하기 용이하다. 초음파 센서의 신호는 유량센서(36)의 신호와 연계하여 유량 측정의 신뢰성을 높인다. 유속센서(38)의 신호는 도료의 점도를 연산하는 인자로 활용될 수 있다. 유속센서(38)는 도장 작업에 영향을 주지 않는 위치에 설치하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 제어수단(40)이 상기 분사수단(10), 조절수단(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 제어수단(40)은 검출수단(30)의 입력에 대응하여 분사수단(10)과 조절수단(20)에 인가되는 출력을 조절하는 알고리즘을 수행한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 마이컴 회로로 구성되는 제어기(42), 도료별 온도, 압력, 유량, 점도 조건을 저장하는 메모리(44), 제어기(42)의 출력으로 분사수단(10)과 조절수단(20)의 작동 전원을 단속하는 구동부(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 제어기(42)의 마이컴 회로는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한다. 메모리(44)는 제어기(42)의 메모리와 구분되는 저장소로서 알고리즘 수행에 필요한 데이터를 저장하고 갱신한다. 구동부(46)에는 분사수단(10)의 이송펌프(13), 조절수단(20)의 전공 레귤레이터(22)와 히터(26) 등이 연결된다.

작동의 일예로서, 제어기(42)의 알고리즘은 도료가 분사되기 직전의 압력값을 일정하게 유지하여 도료를 정량 토출함을 요체로 하며, 이를 위해 검출수단(30)의 신호를 주기적으로 입력하여 도료의 점도를 연산한다. 설정된 온도와 압력으로 유지된 도료에 대한 유량 및 유속 신호가 제어기(42)로 피드백되고, 제어기(42)는 실제 토출값과 제어값과의 차이를 전공 레귤레이터(22)와 자동압력 레귤레이터(24)로 조절하여 일정량을 분사한다. 도료의 점도는 제2온도센서(32)의 신호를 참고하여 히터(26)의 가동을 단속하는 방식으로 조절한다. 이외에 이송펌프(13)에서 토출된 도료의 압력(P1)과 스프레이 건(15)으로 분사되기 전의 압력(P2)을 비교하는 것은 장비를 보호하기 위한 경보 신호로 활용할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도료의 토출량을 일정하게 함으로써 도장 품질을 균일하게 할 수 있으며, 유량 등의 모니터링을 통하여 도료의 총 사용량 및 기간별, 적용처별 사용량 관리가 가능하다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 분사수단 11: 공압부13: 이송펌프
15: 스프레이 건 20: 조절수단
22: 전공 레귤레이터 24: 자동압력 레귤레이터
26: 히터 30: 검출수단
31: 제1온도센서 32: 제2온도센서
33: 제1압력센서 34: 제2압력센서
36: 유량센서 38: 유속센서
40: 제어수단 42: 제어기
44: 메모리 46: 구동부

Claims (5)

1. 에어리스 스프레이 도장 방식으로 정량 스프레이 도장을 수행하는 시스템에 있어서:
   도장관로 상으로 공압부(11), 이송펌프(13), 스프레이 건(15)을 지닌 분사수단(10);
   상기 도장관로에 스프레이 건(15)의 분사압력을 조절하도록 설치되는 조절수단(20);
   상기 도장관로에 도료의 이송 조건을 검출하도록 설치되는 검출수단(30); 및
   상기 분사수단(10), 조절수단(20), 검출수단(30)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(40);을 포함하되,
   상기 조절수단(20)은 전기 신호에 비례하여 공기압력을 무단계로 변동하는 전공 레귤레이터(22), 전공 레귤레이터(22)의 출력에 의하여 도장관로의 압력을 조절하는 자동압력 레귤레이터(24)를 구비하고,
   상기 검출수단(30)은 도장관로 온도를 검출하는 제1온도센서(31), 외기의 온도를 검출하는 제2온도센서(32), 도장관로의 상류측 압력을 검출하는 1압력센서(33), 도장관로의 하류측 압력을 검출하는 제2압력센서(34), 도장관로의 유량을 검출하는 유량센서(36)를 구비하며,
   상기 검출수단(30)은 도장관로의 유속을 검출하는 유속센서(38)를 더 구비하고,
   상기 제어수단(40)은 마이컴 회로로 구성되는 제어기(42), 도료별 온도, 압력, 유량, 점도 조건을 저장하는 메모리(44), 제어기(42)의 출력으로 분사수단(10)과 조절수단(20)의 작동 전원을 단속하는 구동부(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 정량 스프레이 도장 시스템.
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