KR20010111705A - 하니컴체 제조장치 - Google Patents

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KR20010111705A
KR20010111705A KR1020000032330A KR20000032330A KR20010111705A KR 20010111705 A KR20010111705 A KR 20010111705A KR 1020000032330 A KR1020000032330 A KR 1020000032330A KR 20000032330 A KR20000032330 A KR 20000032330A KR 20010111705 A KR20010111705 A KR 20010111705A
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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기가스 촉매정화에 사용되는 하니컴체를 제조하는 장치에 관한 것으로, 여러개의 롤을 통하여 얇은 금속박판으로 된 평판을 공급시켜 주는 평판공급롤부와, 상기 평판공급롤부를 통하여 이송되는 평판의 이송 길이를 측정하여 주는 길이측정부와, 여러개의 롤을 통하여 파형으로 된 파판을 상기 평판과 겹쳐지도록 공급시켜 주는 파판공급롤부와, 상기 공급되는 평판과 파판을 서로 겹쳐진 상태로 권회시켜 하니컴체를 이루는 권취롤과, 상기 권취롤이 회전되는 회전각도를 측정하여 주는 각도측정부와, 상기 길이측정부 및 각도측정부에 각기 연결되고 그 측정된 값을 전달받아 연산하여 하니컴체의 권취량을 제어하여 주는 제어부로 구성되어, 하니컴체를 금속제 외통에 정확히 삽입될 수 있도록 정교한 치수로 제조할 수 있는 것이다.

Description

하니컴체 제조장치{Manufacturing Equipment for a Honeycomb Structure Body}
본 발명은 내연기관의 배기가스 촉매정화에 사용되는 하니컴체를 제조하는장치에 관한 것으로, 특히 평판과 파판을 겹치게 권취하여 나선형으로 구성되는 하니컴체를 금속제 외통에 정확히 삽입될 수 있도록 정교한 치수로 제조할 수 있는 하니컴체 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 배기가스 촉매정화용 담체는 원통형의 금속제 외통에 하니컴체를 삽입하여 접합시킨 것을 사용하는데, 이 때 외통의 내경에 비해 하니컴체의 외경이 작게 되면 제대로 접합이 이루어지지 않아 외통과 하니컴체가 분리될 수 있으며, 외통의 내경에 비해 하니컴체의 외경이 크면 그 형태를 손상시키지 않고 외통에 삽입하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라 억지로 삽입됐다 하여도 그 형태가 손상된 경우 전체적인 접합상태의 불균일을 초래하여 통기성에 큰 문제를 일으키게 된다.
이러한 이유로 일정한 치수의 하니컴체를 제조해야 할 필요가 있으며, 현재까지 사용되고 있는 방법은 크게 2가지로 구분할 수 있다. 첫 번째 방법은 권취되는 하니컴체의 직경이나 반경을 측정함으로써 제어하는 직접적 제어법이며 (이하, 외경측정법으로 칭함, 일본특허4-371234), 두 번째 방법은 하니컴체의 권취에 사용된 스트립의 길이를 제어하는 간접적 제어법이다(이하, 길이측정법으로 칭함).
이 중 외경측정법은 권취공정에 의해 제조된 하니컴체가 진원형이 아닌 나선형의 찌그러진 형상이므로 한 측정점에서 외통의 내경과 정확히 일치하는 하니컴체를 만들었다 해도 다른 측정점에서는 외통의 내경에 비해 크거나 작게 된다. 따라서, 외통에 정확히 삽입될 수 있는 하니컴체를 삽입할 수 있는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 설령 수많은 시행착오를 거쳐 외통에 정확히 삽입될 수 있는 기준을 만들었다 해도 외통의 치수변경에 따라 또 다시 수많은 시행착오를 거쳐야 한다는단점이 있다. 따라서 이 방법은 소품종의 대량생산에서는 적용이 가능하지만 다품종 소량생산에는 부적합한 기술이다.
길이측정법은 우선 간접적 제어방식이기 때문에 수많은 시행착오를 거쳐야 하는 것은 당연한 귀결일 뿐 아니라, 그 보다 더 치명적인 결점이 있다. 그 것은 바로 권취시 작용하는 장력에 대한 문제이다. 하니컴체의 구조적 치밀성과 기계적 강도를 높이기 위해서는 권취공정에서 평판 또는 파판에 대해 장력을 제어해 주어야 한다. 이 경우, 제어되는 장력이 조금만 변화하게 되면 셀의 크기가 변화면서 같은 치수의 하니컴체를 제조하는데 사용되는 스트립의 길이가 변화게 되므로 전체적으로 사용된 스트립의 길이를 이용하여 하나컴의 치수를 제어하는 것이 곤란해진다. 따라서 길이측정법을 사용하는 경우, 권취 시작부터 종료까지의 장력 부가조건에 재현성이 완벽하게 이루어지지 않으면 항상 일정한 치수의 하니컴체를 제조하는 것이 불가능하다.
본 발명의 목적은 내연기관의 배기가스 촉매정화용으로 사용되는 하니컴체를 제조함에 있어 평판과 파판을 겹치게 권취하여 나선형으로 구성되는 하니컴체를 금속제 외통에 정확히 삽입될 수 있도록 정밀치수로 제조가능한 하니컴체 제조장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하니컴체 제조장치를 나타내는 예시도
도 2는 본 발명에 따른 제어부의 길이제어 메인 프로그램의 순서도
도 3은 본 발명에 따른 제어부의 속도제어 서브루틴 프로그램의 순서도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10:평판공급롤부 11:장력감지용 로드셀
10a:평판 20:길이측정부
21:길이측정 롤러 22:길이측정 엔코더
30:파판공급롤부 30a:파판
40:권취롤 50:각도측정부
51:각도측정 엔코더 60:제어부
H:하니컴체
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하니컴체 제조장치는 여러개의 롤을 통하여 얇은 금속박판으로 된 평판을 공급시켜 주는 평판공급롤부와, 상기 평판공급롤부를 통하여 이송되는 평판의 이송 길이를 측정하여 주는 길이측정부와, 여러개의 롤을 통하여 파형으로 된 파판을 상기 평판과 겹쳐지도록 공급시켜 주는 파판공급롤부와, 상기 공급되는 평판과 파판을 서로 겹쳐진 상태로 권회시켜 하니컴체를 이루는 권취롤과, 상기 권취롤의 회전각도를 측정하여 주는 각도측정부와, 상기 길이측정부 및 각도측정부에서 측정된 값을 연산하여 하니컴체의 권취량을 제어하여 주는 제어부로 구성됨을 본 발명의 기본적인 기술적 사상으로 한다.
이하, 첨부도면들에 도시하는 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예도, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 여러개의 롤을 통하여 얇은 금속박판으로 된 평판(10a)을 공급시켜 주는 평판공급롤부(10)와, 상기 평판공급롤부(10)를 통하여 이송되는 평판(10a)의 이송 길이를 측정하여 주는 길이측정부(20)와, 여러개의 롤을 통하여 파형으로 된 파판(30a)을 상기 평판(10a)과 겹쳐지도록 공급시켜 주는 파판공급롤부(30)와, 상기 이송되는 평판(10a)과 파판(30a)을 서로 겹쳐진 상태로 권회시켜 하니컴체(H)를 이루는 권취롤(40)과, 상기 권취롤(40)의 회전되는 회전각도를 측정하여 주는 각도측정부(50)와, 상기 길이측정부(20) 및 각도측정부(50)에 각기 연결되고 그 측정된 값을 전달받아 연산하여 하니컴체의 권취량을 제어하여 주며 미리 설정값(외통의 내주길이)을 입력해 둔 제어부(60)로 구성된다는 점에서 본 발명의 기본적인 기술적 사상을 구현하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 도1에서와 같이, 평판공급롤부(10)를 통하여 평판(10a)을 권취롤(40)로 공급시켜 주고, 또한 파판공급롤부(30)를 통하여 파판(30a)을 권취롤(40)로 공급시켜 주면 권취롤(40)에서 평판(10a) 및 파판(30a)을 서로 겹쳐서 하니컴형태로 권취시킴으로서 하니컴체(H)를 이루게 된다. 이때 길이측정부(20) 및 각도측정부(50)에서 각기 측정한 값들을 제어부(60)로 보내주면 제어부(60)에서는 그 받은 측정값들을 연산하여 미리 설정된 값, 즉 외통의 내주길이의 값과 일치되면 권취롤(40)의 권취작업을 정지시켜 하나의 하니컴체(H)를 완료하는 것이다.
그리고 하니컴체(H)를 완성한 후 평판(10a) 및 파판(30a) 절단시키고, 또 다시 권취를 시작하게 된다. 평판(10a) 및 파판(30a)절단하는 순서는 파판을 먼저 절단하고 평판을 나중에 절단하는 것이 바람직하다. 파판을 절단할 때는 파판의 양이 하니컴체(H)의 외주길이에 주된 영향을 미치므로 권취된 하니컴체에 최대한 밀착시켜 절단해야 한다. 이와 같이 파판을 먼저 절단한 후 권취축을 일정량 추가 회전시켜 평판을 권취한 점용접기를 이용하여 하니컴체가 풀리지 않게 고정시킨 후 평판을 절단 함으로써 하니컴체의 권취공정이 완료된다.
본 발명을 좀더 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 착안점은 하니컴체의 형상이 진원형이 아닌 나선형의 찌그러진 형상이므로 외경을 측정하는 방식으로는 외통에 정확하게 삽입될 수 없다는 데 있다. 즉, 진원형 단면을 가진 원통형의 외통에 정확히 삽입되어 하니컴체의 최외곽이 전체적으로 외통에 밀착되기 위해서는 외경측정이 아닌 권취된 하니컴체의 외주길이가 외통의 내주길이와 일치해야 한다는 점이다. 그러나 하니컴체의 외주길이를 직접 측정하는 것은 현실적으로 불가능하므로, 권취롤의 1회전당 소모되는 스트립의 양을 측정하는 방식을 사용하고 있다.
자세히 설명하면, 권취롤의 1회전, 즉 360°를 원하는 정밀도에 따라 N개로 등분하여, 1∼N회까지의 작업 동안에 1회전당 소요된 스트립의 길이를 측정하고, N회, 즉 360°회전 후에도 그 길이가 미리 설정해 놓은 값(외통의 내주부 길이에 해당하는 값)에 미달할 경우 다시 N=0으로 맞추어 위의 작업을 반복하다가, 원하는 길이에 도달하면 정지하도록 하는 방식이다.
이러한 방식을 사용할 경우, 길이측정장치 또는 권취롤 회전의 등분량에 따라 그 정밀도가 대단히 우수해질 수 있으며, 이를 통해 외통에 정확히 밀착되는 하니컴체를 제조할 수 있다.
상기 길이측정부(20)에서는 하니컴체(H)의 권취에 소요되는 평판(10a)의 길이를 초기부터 누적 측정하여 제어부(60)로 그 값을 넘겨준다. 권취가 진행됨에 따라 길이측정 롤러(21)가 회전하며, 이 롤러에 연결된 길이측정 엔코더(encoder)(22)에서 소요된 스트립의 길이를 계산한다. 이 때 스트립의 진행이 감지되지 않고 미끄러지는 것을 막기 위해 길이측정 롤러(21)를 고무 또는 이와 유사한 밀착성을 갖는 재질로 제작하는 것이 바람직하며, 충분히 압박함으로써 미끄러짐을 방지하는 역할을 하게 된다. 또한, 이러한 길이측정작업이 하니컴체의 장력조절에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 도1에서와 같이, 장력감지용 로드셀(11)을 길이측정부(20)의 바로 뒷쪽에 설치하고 있다.
상기 각도측정부(50)는 작업의 간소화를 위해 권취롤(40)의 갈라진 부분이 지면과 수평이 되는 지점을 0°로 설정하고, 이 지점에서 권취작업을 시작하도록 한다. 권취작업이 시작되면 권취롤(40)에 장착된 각도측정 엔코더(51)가권취롤(40)의 회전각도를 측정하여 제어부(60)로 넘겨주게 된다(도1참조).
상기 제어부(60)는 이 발명에서 가장 핵심적인 기술사항으로, 제조하고자 하는 하니컴체(H)의 외주길이를 설정하여 그 설정값을 미리 입력하여 주는 설정부와, 상기 길이측정부(20) 및 각도측정부(50)에서 읽혀진 값들을 받아 들이는 입력부와, 상기 입력부에서 입력된 값들로 원하는 길이에서 권취작동을 정지시킬 수 있도록 연산을 수행하는 연산부와, 상기 연산부에서 내려진 신호를 권취롤(40)에 전달하는 출력부로 구성된다.
연산부에서는 도2에 나타낸 바와 같이, 권취롤의 회전에 따라 1회전당 소요된 스트립의 길이를 미리 입력된 설정값과 비교하여 권취작업의 정지시점을 계산한다. 즉, 권취작업의 초기조건에 해당되는 설정값들인 권취롤의 1회전에 대한 등분값(N), 작업시작시 권취롤의 회전속도(Vs) 및 하니컴체의 최종 외주길이값(Lf)을 읽어 들인다. 그리고 권취롤의 실제 회전속도(V)와 스트립의 권취량 측정에 사용되는 회전각 등분간격(d)을 계산한다. 앞에서 설정한 바와 같이 권취축의 1회전당 N개의 단계가 생성되므로 각 단계별로 1회전 이전에 권취된 스트립의 길이를 저장하는 변수(LP(n)와 현재의 권취축 위치를 0°로 인식하도록 권취롤의 회전각도(D)와 단계(n) 등을 0으로 초기화한다. 권취작업의 시작과 함께 1부터 n단계까지의 진행에 따라 앞에서 설정한 등분각마다 이전 위치로부터 현재 위치까지 1회전만큼 진행되는 동안 권취된 스트립의 양(L)을 계산한다. 이 값은 작업 시작 후 현재 위치까지 소요된 스트립의 총 길이(L(n))에서 작업 시작 후 현재 위치의 1회전 이전까지 소요된 스트립의 총길이(LP(n))를 제한함으로써 산출한다. 1회전 동안 소요된 스트립의 길이(L)가 설정된 최종 외주길이값(Lf)미만인 경우 다음 단계로 넘어가며(n=n+1), N단계 작업이 완료된 경우, 1∼n단계까지 진행되면서 읽어드린 각 단계별 스트립의 총 소요량(L(n))을 이전 단계의 총 소요량(LP(n))에 대입한 후 1단계부터 새로 시작하게 된다. 1회전당 소요된 스트립의 길이(L)가 설정된 최종 외주길이값(Lf) 이상인 경우 권취작업을 마치게 된다.
참고적으로, 도2의 순서도에 사용된 기호는 다음과 같다.
N : 권취롤의 1회전에 대한 등분값
n : 단계 (정수)
V : 권취롤의 실제 회전속도
Vs: 작업시작시 권취롤의 회전속도
S : 권취롤의 회전속도 관련 인수
L : 360°이전부터 n단계까지의 스트립의 소요량
Lf: 최종 외주길이
L(n) : 작업시작 후 n단계까지의 스트립의 총 소요량
LP(n) : 작업시작 후 n단계 이전 1회전까지의 스트립의 총 소요량
d : 스트립의 권취량 측정에 사용되는 회전각 등분간격
D : 권취롤의 실제 회전각도
한편, 필요한 경우 권취량의 정확한 제어를 위하여 도3의 서브루틴 프로그램을 사용하여 권취량이 증가할수록(하니컴 반경이 증가할수록) 권취롤의 회전속도를 증감시킴으로써 프로그램의 연산시간 지연으로 발생할 수 있는 오차를 최소화할 수 있도록 한다.
이러한 속도제어를 통해 좀더 정확하게 권취량을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 초기∼중기까지의 권취속도를 빠르게 함으로써 하니컴의 개당 제조시간을 단축할 수 있으므로 대량생산공정에도 적용이 가능하다.
이와 같이 본 발명 하니컴체 제조장치는 권취작업중에 연속적으로 하니컴체 제조에 소요된 스트립의 양을 측정함으로써 외통에 정확히 삽입될 수 있는 최적 크기의 하니컴체를 제조할 수 있는 효과를 갖는다.
나아가, 비교적 간단한 프로그램을 이용하여 하니컴체의 크기를 적정 크기로 제어함으로써, 전수검사의 효과를 함께 기대할 수 있으며,
또한, 기존의 외경측정법이나 길이측정법에서는 한가지 크기의 하니컴체를 제조하기 위해 수많은 시행착오를 거쳐야 했으나, 본 발명을 통해 이러한 시행착오 없이 균일한 크기의 하니컴체를 제조할 수 있으므로, 소량 다품종 생산에 적용할 경우 생산성을 제고할 수 있으며,
또한, 하니컴체의 권취반경 증가에 따라 권취속도를 제어함으로써, 하니컴체의 개당 제조시간을 단축할 수 있으므로, 대량생산공정에도 적용이 가능한 효과를 갖는다.

Claims (5)

  1. 여러개의 롤을 통하여 얇은 금속박판으로 된 평판(10a)을 공급하여 주는 평판공급롤부(10)와, 상기 평판공급롤부(10)를 통하여 이송되는 평판(10a)의 이송 길이를 측정하여 주는 길이측정부(20)와, 여러개의 롤을 통하여 파형으로 된 파판(30a)을 상기 평판(10a)과 겹쳐지도록 공급시켜 주는 파판공급롤부(30)와, 상기 이송되는 평판(10a)과 파판(30a)을 서로 겹쳐진 상태로 권회시켜 하니컴체(H)를 이루는 권취롤(40)과, 상기 권취롤(40)의 회전되는 회전각도를 측정하여 주는 각도측정부(50)와, 상기 길이측정부(20) 및 각도측정부(50)에 각기 연결되고 그 측정된 값을 전달받아 연산하여 하니컴체의 권취량을 제어하여 주는 제어부(60)로 구성됨을 특징으로 하는 하니컴체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 길이측정부(20)의 뒷쪽에 권취되는 평판(10a)의 장력을 감지하는 장력감지용 로드셀(11)을 부가적으로 설치함을 특징으로 하는 하니컴체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 길이측정부(20)는 평판(10a)의 권취가 진행됨에 따라 그 길이를 측정하여 주는 길이측정 롤러(21)와, 그 길이측정 롤러(21)에 연결되고 소요된 스트립의 길이를 계산하여 주는 길이측정 엔코더(22)로 구성됨을 특징으로 하는 하니컴체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 길이측정 롤러(21)는 밀착성 재질로 형성됨을 특징으로 하는 하니컴체 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부(60)는 제조하고자 하는 하니컴체(H)의 외주길이를 설정하여 그 설정값을 미리 입력하여 주는 설정부와, 상기 길이측정부(20) 및 각도측정부(50)에서 읽혀진 값들을 받아들이는 입력부와, 상기 입력부에서 입력된 값들로 원하는 길이에서 권취작동을 정지시킬 수 있도록 연산을 수행하는 연산부와, 상기 연산부에서 내려진 신호를 권취롤(40)에 전달하는 출력부로 구성됨을 특징으로 하는 하니컴체 제조장치.
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