KR102574214B1

KR102574214B1 - 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 이를 적용한 자동 코팅 장치

Info

Publication number: KR102574214B1
Application number: KR1020210158362A
Authority: KR
Inventors: 박재현; 이진호; 김건호; 전천후
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2023-09-06
Also published as: KR20230072048A

Abstract

본 발명의 일 실시 예는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법은 복수의 변위 센서와 노즐 및 변위 센서에 연결되어 노즐의 작동을 제어하는 제어부를 구비한 자동 코팅 장치의 노즐을 코팅이 이루어지는 코팅 곡면의 미리 설정된 코팅 경로에 배치하는 단계; 제어부가 코팅 곡면에 대한 복수의 변위 센서의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 코팅 곡면에 대한 노즐의 각도 변화를 감지하는 단계; 제어부가 노즐의 각도 변화를 감지하되, 노즐의 변화된 각도만큼 코팅 곡면의 법선 방향으로 노즐의 분사 각도를 보정하는 단계; 및 제어부가 노즐을 이동시키면서 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계를 포함한다.

Description

고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 이를 적용한 자동 코팅 장치{NORMAL ORIENTATION METHOD OF NOZZLE FOR HIGH CURVATURE COATING PROCESS AND AUTOMATIC COATING APPARATUS TO WHICH THIS IS APPLIED}

본 발명은 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 곡면에 대해 법선 방향으로 노즐을 정렬하여 코팅을 수행하게 만드는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 이를 적용한 자동 코팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스마트폰과 같은 휴대폰의 액정 화면은, 디자인적인 미려한 마감과 구조적인 손상을 방지하기 위해 테두리의 에지 형상을 제거한 곡면 에지로 형성된다.

휴대폰의 곡면 에지는 액정화면 글라스의 사방을 코팅하는 장치로 형성되며, 글라스의 에지 부분에 법선 방향으로 배치되는 제트 밸브 헤드를 이용하여 코팅제를 분사하는 방식이 사용된다. 이러한 곡면 에지의 형성에 관한 기술 내용은 특허문헌 1의 “휴대폰 글라스의 곡면 에지 코팅 장치 및 그 방법”에 개시되어 있다.

한편, 특허문헌 2의 곡면 기재로의 도포액의 도포 장치 및 도포 방법에는, 곡면 기재로의 도포액 도포 방법으로 도포액의 공급량을 일정하게 하고 슬릿 노즐의 이동 속도를 슬릿 선단부에서 곡면 기재의 도포면까지의 거리에 반비례하게 조정하여 슬릿 노즐을 이동시키는 시스템이 개시되어 있다.

특허문헌의 2의 기술 내용은, 오목한 면이나 볼록한 면에 대해 도포액의 표면을 평면으로 만드는 것을 목적으로 하는 도포 방식으로서, 곡면 코팅에 적용하기에는 어려움이 있다.

상기와 같이 액정화면의 곡면 에지 형성에 관한 기존 기술은, 일정한 곡률의 코팅 공정에 적용하거나 곡률 상에서 평면 코팅을 위한 기술로서, 스마트폰의 액정화면과 같이 여러 에지 부분이 다양한 고곡률로 형성되는 물품의 곡면 형성에 적용하기에는 어려움이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제10-2214916호 2. 대한민국 등록특허 제10-1854103호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다양한 곡률을 갖는 곡면을 형성하도록 노즐의 각도가 코팅 형성되는 곡률에 대응하여 곡면의 법선 방향으로 조절되게 만들어, 에지 부분의 여러 곡률에 대응한 코팅을 충분히 형성할 수 있는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 이를 적용한 자동 코팅 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 복수의 변위 센서와 노즐 및 상기 변위 센서에 연결되어 노즐의 작동을 제어하는 제어부를 구비한 자동 코팅 장치의 상기 노즐을 코팅이 이루어지는 코팅 곡면의 미리 설정된 코팅 경로에 배치하는 단계; 상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 복수의 변위 센서의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 각도 변화를 감지하는 단계; 상기 제어부가 상기 노즐의 각도 변화를 감지하되, 상기 노즐의 변화된 각도만큼 상기 코팅 곡면의 법선 방향으로 상기 노즐의 분사 각도를 보정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 노즐의 각도 변화를 감지하는 단계는, 상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 경사진 경사 지점에서 상기 복수의 변위 센서를 사용하여 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 거리를 각각 측정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 수직 거리 차와 상기 복수의 변위 센서 사이의 수평 거리를 기초로 상기 코팅 곡면의 경사각을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 노즐의 분사 각도를 보정하는 단계는, 상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 법선 방향을 결정하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 노즐의 경사 각도만큼 상기 법선 방향에 대해 상기 노즐을 회전시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계는, 상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 법선 방향에 대한 법선 지점을 결정하는 단계; 상기 법선 지점에서 상기 노즐의 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 상기 법선 지점으로부터 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 이동 경로를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계에서는, 상기 노즐의 상기 코팅 곡면에 대한 경사 지점까지 경사 라인과 법선 지점까지 법선이 이루는 각도를 라 하고, 상기 경사 라인의 길이를 a, 상기 경사 지점과 법선 지점의 경사 거리를 b로 정하면, sin = 가 성립하여, b = a sin 가 성립할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계에서는, 상기 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면, cos = 가 성립하여 X = b cos = a sin cos 가 성립하며, sin = 가 성립하여 Z = b sin = a 가 성립할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 X 및 Z 값을 기초로 상기 코팅 곡면 상의 상기 법선 지점에서 경사 지점까지의 경사 구간을 따라 상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 일정 높이를 유지하면서 상기 노즐을 병진 이동시킬 수 있다.

본 발명의 다른 구성은, 장치 본체; 상기 장치 본체의 일측에 위치하며, 코팅 곡면에 대해 거리를 측정하는 복수의 변위 센서; 상기 복수의 변위 센서가 위치하며, 코팅 액을 분사하는 노즐을 구비한 코팅 분사부; 상기 코팅 분사부에 마련되어 상기 노즐의 분사 각도를 조절하는 분사 조절부; 상기 코팅 분사부가 결합되며, 미리 설정된 코팅 경로를 따라 상기 노즐을 이동시키는 분사 이동부; 및 상기 복수의 변위 센서, 코팅 분사부, 분사 조절부, 및 분사 이동부에 연결되는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 코팅 곡면에 대한 상기 복수의 변위 센서의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 상기 코팅 곡면의 법선에 대한 상기 노즐의 각도 변화를 감지하며, 상기 노즐의 변화된 각도만큼 상기 코팅 곡면의 법선 방향으로 상기 노즐의 분사 각도를 보정한 후, 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 경사진 경사 지점에서 상기 복수의 변위 센서를 사용하여 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 거리를 각각 측정하며, 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 수직 거리 차와 상기 복수의 변위 센서 사이의 수평 거리를 기초로 상기 코팅 곡면의 경사각을 계산하여 상기 노즐의 각도 변화를 감지할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 법선 방향을 결정한 후, 상기 노즐의 경사 각도만큼 상기 법선 방향에 대해 상기 노즐을 회전시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 법선 방향에 대한 법선 지점을 결정한 후, 상기 법선 지점에서 상기 노즐의 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하며, 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 상기 법선 지점으로부터 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 이동 경로 계산하여 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따른 코팅을 진행할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 노즐의 상기 코팅 곡면에 대한 경사 지점까지 경사 라인과 법선 지점까지 법선이 이루는 각도를 라 하고, 상기 경사 라인의 길이를 a, 상기 경사 지점과 법선 지점의 경사 거리를 b로 정하되, sin= 가 성립하여, b = a sin 가 성립하는 계산식을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면, cos = 가 성립하여 X = b cos = a sin cos 가 성립하며, sin = 가 성립하여 Z = b sin = a 가 성립하는 다른 계산식을 더 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 계산식과 다른 계산식을 수행하기 위한 코팅 제어 프로그램이 저장된 기억 소자, 마이크로 컨트롤러, 및 PLC 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 다양한 곡률을 갖는 곡면을 형성하도록 노즐의 각도가 코팅 형성되는 곡률에 대응하여 곡면의 법선 방향으로 조절되게 만들어, 에지 부분의 여러 곡률에 대응한 코팅을 충분히 형성할 수 있는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 이를 적용한 자동 코팅 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도 측정 상태도이다.
도 4는 도 3의 코팅 곡면에 각도 계산을 위한 기호를 배치한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도만큼 노즐의 회전각을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도만큼 노즐의 회전 및 코팅 이동 경로의 거리 값을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향 각도에 의해 노즐의 회전 및 이동 경로를 따라 이동되면서 코팅을 수행한 개략도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치(100)는, 장치 본체(101), 장치 본체(101)의 하부에 위치하며 코팅 곡면(10)에 대해 거리를 측정하는 복수의 변위 센서(111, 112); 장치 본체(101)의 하부에서 복수의 변위 센서(111, 112) 사이에 위치하며 코팅 액을 분사하는 노즐(121)을 구비한 코팅 분사부(120); 코팅 분사부(120)에 마련되어 노즐(121)의 분사 각도를 조절하는 분사 조절부(130); 코팅 분사부(120)에 결합되어 미리 설정된 코팅 경로를 따라 노즐(121)을 이동시키는 분사 이동부(140); 및 복수의 변위 센서(111, 112), 코팅 분사부(120), 분사 조절부(130), 및 분사 이동부(140)에 연결되는 제어부(150)를 포함한다.

상기 제어부(150)는 코팅 곡면(10)에 대한 복수의 변위 센서(111, 112)의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 코팅 곡면(10)의 법선(15)에 대한 노즐(121)의 각도 변화를 감지하며, 노즐(121)의 변화된 각도만큼 코팅 곡면(10)의 법선(15) 방향으로 노즐(121)의 분사 각도를 보정한 후, 노즐(121)을 이동시키면서 코팅 경로를 따라 코팅을 진행한다.

이러한 제어부(150)는 노즐(121)의 각도 계산식과 코팅 경로 계산식을 수행하여 코팅을 수행하는 코팅 제어 프로그램이 저장된 기억 소자, 마이크로 컨트롤러, 및 PLC(160) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어부(150)에는, 도시된 PLC(160) 외에도 다른 컨트롤러와 기억 소자가 더 구비될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법의 순서도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법은, 복수의 변위 센서(111, 112)와 노즐(121) 및 변위 센서(111, 112)에 연결되어 노즐(121)의 작동을 제어하는 제어부(150)를 구비한 자동 코팅 장치(100)의 노즐(121)을 코팅이 이루어지는 코팅 곡면(10)의 미리 설정된 코팅 경로에 배치하는 단계(S100); 제어부(150)가 코팅 곡면(10)에 대한 복수의 변위 센서(111, 112)의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 각도 변화를 감지하는 단계(S200); 제어부(150)가 노즐(121)의 각도 변화를 감지하되, 노즐(121)의 변화된 각도만큼 코팅 곡면(10)의 법선 방향으로 노즐(121)의 분사 각도를 보정하는 단계(S300); 및 제어부(150)가 노즐(121)을 이동시키면서 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계(S400)를 포함한다.

본 실시 예에 따르면, 노즐(121)은 코팅이 이루어지는 코팅 곡면(10)의 미리 설정된 코팅 경로에 배치되어 코팅 경로를 따라 코팅액을 분사하면서 코팅을 진행하게 된다.

노즐(121)의 코팅 경로는, 제어부(150)에 미리 정해진 코팅 곡면(10) 상을 따르는 것으로서, 스마트폰 모서리와 같이 곡률이 비교적 큰 고곡률 코팅 곡면(10)에서는 곡률이 노즐(121)의 이동에 따라 크게 변화되어 노즐(121)의 각도가 코팅 곡면(10)을 향하지 않으면, 균일하지 않은 코팅이 형성될 수 있다. 이 때문에 노즐(121)은 코팅 경로에 대응하는 코팅 곡면(10)을 향하도록 코팅 곡면(10)의 경사각에 따른 분사 각도의 보정과 경로 설정이 필요하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도 측정 상태도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 제어부(150)가 복수의 변위 센서(110)를 노즐(121)의 진행 경로에 배치하여 경로 상에 있는 곡면의 각도를 미리 입력 받도록 한다. 이때 노즐의 수평 이동거리에 대응하는 X값과 수직 거리 이동거리에 대응하는 Z값은, 곡면의 각도에 따라 바뀌는 변수이기 때문에 측정되는 각도로 계산된 b값 만큼 떨어진 거리에서 회전 시간과 이동 시간에 맞춰 노즐을 회전시키고, Z값 만큼 이동시켜주면 실시간으로 곡면에 수직을 유지할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 노즐(121)의 각도 변화를 감지하는 단계(S200)에서는, 노즐(121)의 코팅이 이루어지는 현 위치에서 복수의 변위 센서(111, 112)를 기반으로 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 분사 각도를 보정하기 위한 코팅 곡면(10)의 경사도를 측정하게 된다.

점선의 노즐(121)이 수직 방향을 향한다고 상정하면, 코팅 곡면(10)의 경사각 는 노즐(121)이 코팅 곡면(10)의 법선 방향으로 회전될 보정 각도에 해당된다. 경사각 는 복수의 변위 센서(111, 112)에서 코팅 곡면(10)으로 거리 값에 의해 측정될 수 있다. 노즐(121)의 코팅 곡면(10)에 대한 법선 방향은 노즐(121)과 코팅 곡면(10)이 직각을 이루는 각도에서 노즐(121)이 향하는 라인을 따른 방향이다.

도 4는 도 3의 코팅 곡면에서 각도 계산을 위한 수식의 기호를 배치한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 노즐(121)의 각도 변화를 감지하는 단계(S200)에서는, 먼저 제어부(150)가 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 경사진 경사 지점(12)에서 복수의 변위 센서(111, 112)를 사용하여 복수의 변위 센서(111, 112)에 대응한 코팅 곡면(10)의 복수 지점(113, 114)까지 거리를 각각 측정하는 단계(S210)가 진행된다.

복수의 변위 센서(111, 112)에서 코팅 곡면(10)에 대한 각각의 수직 거리는 코팅 곡면(10)의 곡률에 따른 경사도에 의해 정해진다.

이어서, 상기 노즐(121)의 각도 변화를 감지하는 단계(S200)에서는, 제어부(150)가 복수의 변위 센서(111, 112)에 대응한 코팅 곡면(10)의 복수 지점(113, 114)까지 수직 거리 차(hc=ha-hb)와 복수의 변위 센서(111, 112) 사이의 수평 거리를 기초로 코팅 곡면(10)의 경사각 를 계산하는 단계(S220)가 진행된다. 복수의 변위 센서(111, 112)에 대응한 코팅 곡면(10)의 복수 지점(113, 114)까지 수직 거리 (ha, hb)에 따른 수직 거리 차(hc)는, “hc=ha-hb”로 표현된다.

경사각 은 노즐(121)의 현위치에서 제어부(150)의 코팅 곡면(10)에 대한 복수의 변위 센서(111, 112)의 수직 거리 값의 차이와 복수의 변위 센서(111, 112) 사이의 수평 거리를 삼각함수에 적용하는 연산에 의해서 산출된다.

예를 들어, 복수의 변위 센서(111, 112) 사이의 수직 거리의 차이 값(hc)과 수평거리(AB)를 알면, 다음과 경사각 계산을 위한 삼각함수의 수학식 1을 적용함으로써 경사각를 계산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도만큼 노즐의 회전각을 나타낸 개략도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향의 각도만큼 노즐의 회전 및 코팅 이동 경로의 거리 값을 나타낸 개략도이다.

도 5와 도 6을 참조하면, 상기 노즐(121)의 분사 각도를 보정하는 단계(S300)는, 제어부(150)가 코팅 곡면(10)에 대해 노즐(121)의 법선 방향을 결정하는 단계(S310), 및 제어부(150)가 노즐(121)의 경사 각도만큼 법선 방향에 대해 노즐(121)을 회전시키는 단계(S320)를 포함할 수 있다.

제어부(150)는 경사각 을 산출하여 코팅 곡면(10) 상의 노즐(121)의 회전 중심 위치에 적용함으로써 코팅 곡면(10)에 대한 법선(15)의 법선 방향을 정할 수 있으며, 법선 방향을 따른 노즐(121)의 회전 작동을 수행할 수 있다.

이에 따라, 노즐(121)은 수직 방향으로 배치된 현위치에서 코팅 곡면(10)에 직각을 이루도록 회전되며, 노즐(121)이 향한 법선 지점(16)에서 이전 경사 지점(12)까지 코팅 곡면(10)을 이루는 코팅 경로를 따라 코팅을 수행하도록 각도 보정이 이루어진다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법에 따른 곡률면에 대한 법선 방향 각도에 의해 노즐의 회전 및 이동 경로를 따라 이동되면서 코팅을 수행한 개략도이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계(S400)는, 제어부(150)가 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 법선 방향에 대한 법선 지점(16)을 결정하는 단계(S410); 법선 지점(16)에서 노즐(121)의 경사 지점(12)까지 노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계(S420); 및 제어부(150)가 노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 법선 지점(16)으로부터 경사 지점(12)까지 노즐(121)의 이동 경로를 계산하는 단계(S430)를 포함할 수 있다.

노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계(S420)에서는, 노즐(121)의 코팅 곡면(10)에 대한 경사 지점(12)까지 경사 라인(11)과 법선 지점(16)까지 법선(15)이 이루는 각도를 라 하고, 경사 라인(11)의 길이를 a, 경사 지점(12)과 법선 지점(16)의 경사 거리를 b로 정하면, “sin= ”가 성립하여, “b = a sin ” 가 성립할 수 있다.

또한, 노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 이동 경로를 계산하는 단계(S430)에서는, 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면, “cos = ”성립하여 “X = b cos = = a sin cos ”가 성립하며, “sin = ”가 성립하여 “Z = b sin = a ”가 성립할 수 있다.

이에 따라, 제어부(150)는 상기와 같이 산출된X 및 Z 값을 기초로 코팅 곡면(10) 상의 법선 지점(16)에서 경사 지점(12)까지의 고곡률에 따른 경사 구간을 따라 코팅 곡면(10)에 대해 노즐(121)의 일정 높이를 유지하면서 노즐(121)을 이동시키면서 코팅을 수행할 수 있다.

노즐(121)은 산출된 X 및 Z 값을 기초로 코팅 곡면(10)을 따라 코팅액을 분사하면서 코팅을 수행하게 된다. 이에 따라, 고곡률의 곡률 변화가 있는 코팅 곡면(10)의 일 지점에서 다음 지점까지 균일한 코팅이 진행될 수 있다.

이러한 제어부(150)의 고곡률 코팅 공정의 수행은, 전체 코팅 경로를 따른 코팅 곡면(10)의 미세 구간의 각도 변화에 대응하여 노즐(121)의 각도가 거의 실시간으로 보정되면서 이루어지게 된다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법이 적용된 자동 코팅 장치의 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향을 제어하는 제어부에 대해서 설명한다.

전술한 바와 같이 제어부(150)는, 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 경사진 경사 지점(12)에서 복수의 변위 센서(111, 112)를 사용하여 복수의 변위 센서(111, 112)에 대응한 코팅 곡면(10)의 복수 지점(113, 114)까지 거리를 각각 측정하며, 복수의 변위 센서(111, 112)에 대응한 코팅 곡면(10)의 복수 지점(113, 114)까지 수직 거리 차와 복수의 변위 센서(111, 112) 사이의 수평 거리를 기초로 코팅 곡면(10)의 경사각을 계산하여 노즐(121)의 각도 변화를 감지할 수 있다.

또한, 상기 제어부(150)는, 코팅 곡면(10)에 대해 노즐(121)의 법선 방향을 결정한 후, 노즐(121)의 경사 각도만큼 법선(15) 방향에 대해 노즐(121)을 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 제어부(150)는, 코팅 곡면(10)에 대한 노즐(121)의 법선 방향에 대한 법선 지점(16)을 결정한 후, 법선 지점(16)에서 노즐(121)의 경사 지점(12)까지 노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하며, 노즐(121)의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 법선 지점(16)으로부터 경사 지점(12)까지 노즐(121)의 이동 경로 계산하여 노즐(121)을 이동시키면서 코팅 경로를 따른 코팅을 진행할 수 있다.

또한, 상기 제어부(150)는, 노즐(121)의 코팅 곡면(10)에 대한 경사 지점(12)까지 경사 라인(11)과 법선 지점(16)까지 법선(15)이 이루는 각도를 라 하고, 경사 라인(11)의 길이를 a, 경사 지점(12)과 법선 지점(16)의 경사 거리를 b로 정하되, “sin= ”가 성립하여, “b = a sin ”가 성립하는 계산식을 사용할 수 있다.

또한, 상기 제어부(150)는, 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면, “cos = ” 가 성립하여 “X = b cos = a sin cos ”가 성립하며, “sin = ” 가 성립하여 “Z = b sin = a ”가 성립하는 다른 계산식을 더 사용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법 및 자동 코팅 장치는, 다양한 곡률을 갖는 곡면을 형성하도록 노즐(121)의 각도가 코팅 형성되는 곡률에 대응하여 곡면의 법선 방향으로 조절되게 만들어, 에지 부분의 여러 곡률에 대응한 코팅을 충분히 형성할 수 있는 장점을 제공한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 코팅 곡면 11: 경사 라인
12: 경사 지점 15: 법선
16: 법선 지점
100: 자동 코팅 장치
101: 장치 본체 110: 복수의 변위 센서
111: 제1 변위 센서 112: 제2 변위 센서
113, 114: 복수 지점
120: 코팅 분사부
121: 노즐 130: 분사 조절부
140: 분사 이동부 150: 제어부
160: PLC

Claims

복수의 변위 센서와 노즐 및 상기 변위 센서에 연결되어 노즐의 작동을 제어하는 제어부를 구비한 자동 코팅 장치의 상기 노즐을 코팅이 이루어지는 코팅 곡면의 미리 설정된 코팅 경로에 배치하는 단계;
상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 복수의 변위 센서의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 각도 변화를 감지하는 단계;
상기 제어부가 상기 노즐의 각도 변화를 감지하되, 상기 노즐의 변화된 각도만큼 상기 코팅 곡면의 법선 방향으로 상기 노즐의 분사 각도를 보정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계를 포함하고,
상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계는,
상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 법선 방향에 대한 법선 지점을 결정하는 단계; 및
상기 법선 지점에서 상기 노즐의 경사 지점까지 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계;를 포함하며,
상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계에서는,
상기 노즐의 상기 코팅 곡면에 대한 경사 지점까지 경사 라인과 법선 지점까지 법선이 이루는 각도를 라 하고,
상기 경사 라인의 길이를 a, 상기 경사 지점과 법선 지점의 경사 거리를 b로 정하면,
sin= 가 성립하여, b = a sin 가 성립하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 노즐의 각도 변화를 감지하는 단계는,
상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 경사진 경사 지점에서 상기 복수의 변위 센서를 사용하여 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 거리를 각각 측정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 수직 거리 차와 상기 복수의 변위 센서 사이의 수평 거리를 기초로 상기 코팅 곡면의 경사각을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 노즐의 분사 각도를 보정하는 단계는,
상기 제어부가 상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 법선 방향을 결정하는 단계; 및
상기 제어부가 상기 노즐의 경사 각도만큼 상기 법선 방향에 대해 상기 노즐을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하는 단계는,
상기 제어부가 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 상기 법선 지점으로부터 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 이동 경로를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하는 단계에서는,
상기 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면,
cos = 가 성립하여 X = b cos = a sin cos 가 성립하며,
sin = 가 성립하여 Z = b sin = a 가 성립하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 제어부는 상기 X 및 Z 값을 기초로 상기 코팅 곡면 상의 상기 법선 지점에서 경사 지점까지의 경사 구간을 따라 상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 일정 높이를 유지하면서 상기 노즐을 병진 이동시키는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법.
장치 본체;
상기 장치 본체의 일측에 위치하며, 코팅 곡면에 대해 거리를 측정하는 복수의 변위 센서;
상기 복수의 변위 센서가 위치하며, 코팅 액을 분사하는 노즐을 구비한 코팅 분사부;
상기 코팅 분사부에 마련되어 상기 노즐의 분사 각도를 조절하는 분사 조절부;
상기 코팅 분사부가 결합되며, 미리 설정된 코팅 경로를 따라 상기 노즐을 이동시키는 분사 이동부; 및
상기 복수의 변위 센서, 코팅 분사부, 분사 조절부, 및 분사 이동부에 연결되는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 코팅 곡면에 대한 상기 복수의 변위 센서의 각각의 측정된 거리 값을 기초로 상기 코팅 곡면의 법선에 대한 상기 노즐의 각도 변화를 감지하며,
상기 노즐의 변화된 각도만큼 상기 코팅 곡면의 법선 방향으로 상기 노즐의 분사 각도를 보정한 후, 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따라 코팅을 진행하고,
상기 제어부는, 상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 법선 방향에 대한 법선 지점을 결정한 후, 상기 법선 지점에서 상기 노즐의 경사 지점까지 상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 계산하며,
상기 제어부는,
상기 노즐의 상기 코팅 곡면에 대한 경사 지점까지 경사 라인과 법선 지점까지 법선이 이루는 각도를 라 하고,
상기 경사 라인의 길이를 a, 상기 경사 지점과 법선 지점의 경사 거리를 b로 정하되,
sin= 가 성립하여, b = a sin 가 성립하는 계산식을 사용하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 제어부는,
상기 코팅 곡면에 대한 상기 노즐의 경사진 경사 지점에서 상기 복수의 변위 센서를 사용하여 상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 거리를 각각 측정하며,
상기 복수의 변위 센서에 대응한 상기 코팅 곡면의 복수 지점까지 수직 거리 차와 상기 복수의 변위 센서 사이의 수평 거리를 기초로 상기 코팅 곡면의 경사각을 계산하여 상기 노즐의 각도 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는,
상기 코팅 곡면에 대해 상기 노즐의 법선 방향을 결정한 후, 상기 노즐의 경사 각도만큼 상기 법선 방향에 대해 상기 노즐을 회전시키는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제어부는,
상기 노즐의 수직 및 수평 이동 거리를 기초로 상기 법선 지점으로부터 상기 경사 지점까지 상기 노즐의 이동 경로 계산하여 상기 노즐을 이동시키면서 상기 코팅 경로를 따른 코팅을 진행하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.
삭제
청구항 8에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수평 이동 거리를 X, 수직 이동 거리를 Z로 정하면,
cos = 가 성립하여 X = b cos = a sin cos 가 성립하며,
sin = 가 성립하여 Z = b sin = a 가 성립하는 다른 계산식을 더 사용하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제어부는 상기 계산식과 다른 계산식을 수행하기 위한 코팅 제어 프로그램이 저장된 기억 소자, 마이크로 컨트롤러, 및 PLC 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고곡률 코팅 공정용 노즐의 법선 지향 방법을 적용한 자동 코팅 장치.