KR20020062924A - 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치 - Google Patents

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KR20020062924A
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Abstract

본 발명은 사출 성형 열 구동 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 종래의 제어 케이블을 제거하여 제어기에 수신된 피드백 신호의 품질을 향상시키고, 시스템이 사용되는 환경의 안정성을 향상시키는 사출 성형 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 주형(도 3의 1) 근처에서 주형 온도 센서(도 3의 3)에 수신된 아날로그 신호를 디지털 피드백 신호로 변환시키는 신호 처리기를 사용한다. 주형 제어기가 상기 피드백 신호를 처리하고 대응하는 제어 신호를 생성한다. 이 제어 신호는 원격 제어기로부터 피제어 장치, 통상적으로는 주형 가열기로 전송된다. 상이한 라인 또는 주파수 상의 신호를 이용하거나 당해 기술 분야의 당업자에게 알려진 기타의 신호 분리 수단에 의해 여러 개의 주형을 제어가능하게 하는 데에 1개의 제어기와 1개의 주형 신호 처리기가 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템에 따르면, 사출 주형 사용자는 종래 기술의 제어 시스템 하에서는 가능하기 않았던 향상된 피드백 루프를 얻을 수 있을 뿐만아니라 종래 기술에 있어서의 여러 가지 문제점, 어려움 및 수리 비용 등을 제거할 수 있다.

Description

사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치{INJECTION MOLD MOUNTED PROCESS CONTROL AND DATA ACQUISITION APPARATUS}
사출 주형은 통상 고온에서 동작하고 주형 내에 고압이 가해지는 경우에 행해진다. 이 기술 분야의 당업자에게 공지된 바와 같이, 통상의 주형은 주형 캐비티가 완전히 채워질 때까지 주형 내에 사출된 물질이 용융된 상태로 유지되는 것을 보장하고, 상기 캐비티 내에 보이드(void)가 존재하지 않도록 하기 위해서 주형 내의 여러 지점에서 주형을 가열하는 수단을 포함한다(열 주행 시스템). 또한, 성형된 제품의 물질 특성(예컨대, 물질의 강도 등)에 영향을 미치는 물질의 냉각 및 경화 속도를 제어하기 위해 주형 내에 물질을 주입하기 전에 주형을 가열하는 것이 바람직하다는 것도 이 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있다.
이러한 제어를 수행하기 위해서는 피제어 장치(예컨대, 주형 가열기)와 주형 센서(예컨대, 주형 온도 센서) 사이에 폐루프 피드백 시스템을 제공하여 상기 주형 센서로부터의 정보를 이용하고, 미리 결정된 명령어 세트에 따라 상기 피제어 장치를 제어할 수 있는 유형의 제어기에 의할 필요가 있다. 현재, 사출 주형 센서로부터의 정보는 일련의 커넥터를 통하여 센서 및 제어 장치에 물리적으로 접속된 센서 특정 와이어를 사용하는 하드와이어 접속에 의해 아날로그 형태로 제어기에 전송된다. 용이하게 입수할 수 있는 커넥터에 사용되는 이들 와이어는 센서 피드백 케이블을 생성한다. 각 케이블은 통상 주형 내에 배치되는 센서 당 2개 또는 그 이상의 와이어를 필요로 하고, 아날로그 신호를 전송한다.
예컨대, 열적 아날로그 형태의 온도에 적용되는 정보를 주형으로부터 제어 장치에 전송하는 데 요구되는 케이블의 개수는 주형 내에 배치된 센서의 개수에 의존되지만, 대개 통상의 상업용 주형 형태에 대해서는 48개의 와이어를 초과한다. 예컨대, 주형에 30개의 센서 장치가 필요한 경우, 통상 60개의 아날로그 센서 와이어가 필요하다. 또한, 각각의 센서 와이어는 센서 장치와 각 센서 장치에 대한 제어 장치 사이에 7개의 열적 결합 지점이 존재하도록 배열되는 것이 통상적이다. 따라서, 전술한 바와 같은 사출 성형에 있어서는 대상 주형 내의 센서 장치와 상기 주형에 대한 제어 장치 사이에 형성된 420개의 접속이 존재한다.
복수의 와이어와 커넥터를 구비한 전술한 바와 같은 폐루프 피드백 시스템은 이 기술 분야의 당업자에게 알려진 여러가지 문제점, 즉 1) 결함성 또는 간헐적 데이터를 피드백시키는 저온 솔더 접속 및 불량 접속과 관련된 문제점, 2) 아날로그 피드백 케이블의 경로에 따른 온도 변화에 기인한 부정확한 피드백, 3) 피드백 케이블의 거리를 통한 저레벨 아날로그 신호상의 전기적 잡음 효과, 4) 와이어와 케이블의 저장과 같은 단순한 문제점 및 사출 성형 영역의 바닥에 배치된 케이블에 걸리는 사람들을 포함하여 필요한 케이블과 와이어의 가는 체적에 기인한 여러가지 문제점, 5) 이 기술 분야의 당업자에게 공지된 기타의 문제점들을 일으킨다. 종래의 시스템에서는 소정의 주형 내의 센서 개수가 증가됨에 따라 와이어 및 접속의 개수도 증가된다. 따라서, 주형이 더욱 복잡하고 정밀해질수록 상기 주형의 조작 제어가 더욱 중요해지고, 종래의 제어 시스템에 야기되는 에러 확률이 마찬가지로 증가된다. 사실상, 사출 성형 시스템에 유효하게 적용될 수 있는 온도 센서의 개수에 대한 실질적인 제한은 시스템 및 시스템 운영자가 관리할 수 있는 센서 및 제어 와이어의 개수에 대한 제한에 연유한다.
본 발명은 사출 주형 장치 및 공정에 관한 것으로서, 특히 사출 주형 센서로부터 제어 장치로의 정보 전송을 가능하게 하고 용이하게 하는 구조 및 방법과, 까다롭고 고가인 아날로그 하드와이어 접속을 사용하지 않고 상기 주형 센서로부터의 신호에 응답하여 주형에 정보를 전송하는 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 사용자로하여금 제어 시스템에 오류를 일으킬 수 있는 다수의 접합을 제거하게 함으로써 피드백 제어 루프에 향상된 신뢰성을 제공한다.
도 1은 특정 주형과 종래의 시스템을 사용하고 있는 관련 제어 장치에 대한 예시적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예에 대한 개략적인 블럭도.
도 3은 특정 주형과 본 발명을 구현한 시스템을 사용하는 관련 제어 장치에 대한 예시적인 사시도.
도 4는 본 발명에 대한 개략적인 예시도.
도 5는 주형과 본 발명의 정렬 상태를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명의 접속 어셈블리에 대한 도면
본 발명의 바람직한 실시예에서는 주형에 부착된 열 격리성 밀폐부 내에 배치되거나 주형 근처에 배치되는 센서 입력 회로가 제공된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 센서로부터의 아날로그 센서 신호를 디지털 형식으로 변환하는 신호 프로세서도 제공된다. 센서는 목표 값, 실제의 주형 온도, 전력 출력, 기타 주형 조작자의 관심 변수를 감시하기 위해 제공된다. 또한, 본 발명은 열 격리성 밀폐부 내에 배치되어 여러 개의 주형 센서로부터의 정보가 일단 디지털 형식으로 변환되면 상기 정보를 주형 제어기로 전송하는 발신기와, 상기 주형 제어기 내부 또는 주형 제어기에 인접 배치되고, 상기 발신기로부터 주형 제어기에 전송되는 상기 디지털 정보를 수신함으로써 성형 장치의 폐루프 제어를 가능하게 하는 수신기를 포함한다. 상기 정보는 디지털 와이어, RF(무선 주파수), 또는 IR(적외선)의 수단에 의해 전송된다.
복수의 아날로그 접속과 이에 따른 부수적인 문제점이 존재하는 종래의 시스템과 달리, 본 발명은 센서 입력 회로로부터 주형 제어기로의 신호 전송을 디지털 수단에 의해 실현시킴으로써 복수의 아날로그 접속과 이에 따른 문제점들을 제거한다는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 주형 제어기나 운영자 인터페이스로부터의 제어 신호를 다시 상기 주형으로 전송하게 함으로써 자동 폐루프 제어 시스템을 제공한다. 상기 디지털 인터페이스가 아날로그 접속 중 하나의 접속을 제외한 모든 접속을 제거함으로써 접합에 의해 야기되는 에러의 가능성을 완전히 제거한다.
또한, 상기 정보는 주형 자체에 인접 배치된 열 격리성 밀폐부 내에서 디지털 형식으로 양호하게 변환되고, 그와 같은 형식으로 제어 장치에 전송되기 때문에, 전기적 잡음이 아날로그 제어 신호에 영향을 미칠 가능성이 현저하게 감소된다. 더욱이, 종래 기술에서 요구되었던 복수의 케이블을 제거함으로써 1) 복수 개의 와이어에 대한 교체 비용의 저감, 2) 케이블 접속 에러의 감소, 3) 종래 기술 하에서 요구되었던 방대한 양의 와이어와 케이블에 대한 운반 및 보관의 필요성의 제거에 의한 에너지 및 공간상의 절약, 4) 고장난 장치에 잘못 연결되고 손상, 화재 또는 감전을 일으킬 수 있는 고전압 출력 케이블에 근접하여 저레벨 아날로그 신호가 전송됨으로 인하여 발생되는 안전상의 위험 제거 및 5) 사출 주형이 배치된 영역의 바닥을 따라 복수 개의 와이어와 케이블이 배치될 때 발생되는 안전상의 위험 제거 등을 포함한 많은 장점들이 발생된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서의 추가적인 특징은 상기 밀폐부를 주형에 부착시키는 신속한 접속/접속 해제 장치를 제공한다는 것이다. 결합 박스가 상기 주형상에제공되어 열 격리성 밀폐부의 신속하고 용이한 접속을 허용한다. 이유 여하를 불문하고 운영자가 종래 기술로 전환하고자 하는 경우, 상기 밀폐부가 제거되고 종래의 표준 아날로그 케이블이 부착된다. 또한, 상기 밀폐부를 용이하게 제거함으로써 필요한 경우 그의 대체 및 교체가 용이하게 된다.
본 발명의 이러한 특징 및 이점과 다른 특징 및 이점들은 첨부 도면을 참고하여 예시적인 방법으로 본 발명의 원리를 설명하고 있는 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 시스템은 주형(1)에서 주형 제어기(3)로 이어지는 복수 개의 와이어(2)가 구비된 사출 성형 시스템을 제공한다. 이들 와이어는 상기 주형으로부터의 아날로그 정보를 제어기로 전송하고, 명령이나 변환된 전력을 상기 제어기로부터 상기 주형과 관련된 피제어 소자로 전송한다. 상기 주형 제어기는 그의 물리적인 크기와 주형이 동작하는 환경적 요인, 즉 통상의 사출 성형 공정과 관련된 동작이 수행되는 동안 주형/기계의 기계적 동작이 인간의 접촉으로부터 적절히 보호되어야 하는 환경적 요인에 의하여 상기 주형과 격리 배치되어야 한다. 주형과 관련된 상기 피제어 소자는 주형을 가열하는 주형 가열기이거나, 주형 내부에 주입된 물질(즉, 열 소자)이거나, 이 기술 분야의 당업자에게 공지된 사출 성형 공정에 사용되는 것으로서 주형 내에서 게이트를 정확하게 개폐시키도록 구성되는 밸브 피스톤과 같은 것이거나 캐비티 압력 센서로 알려진 주형/물질의 압력 감지 장치일 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 1) 주형(1)과, 2) 주형과 관련된 1개 이상의 피제어 소자로 전송되는 제어 신호를 생성할뿐만 아니라, 주형으로부터 정보를 수신하고, 수신된 정보를 처리하는 주형 제어기를 포함한다. 센서(3)는 주형 위, 내부 또는 주위의 바람직한 위치에 배치된다. 이러한 센서들은 온도, 압력, 흐름(flow) 또는 운영자가 감시하거나 측정하고자 하는 기타의 변수들에 대한 정보를 감지하도록 구성될 수 있다. 통상, 온도 센서 입력 장치는 온도가 결정될 수 있는 아날로그 신호를 생성하는 종래 유형의 바이메탈식 서모커플(thercouple)을 포함한다. 압력, 목표 값, 전력 출력 및 기타 변수들과 관련된 유사한 센서 소자들이 당해 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열 격리성 밀폐부(4)가 결합 박스(7)의 수단에 의해 주형에 결합된다. 고정 수단(8, 9)이 밀폐부(4)와 결합 박스(7)상에 각각 제공된다. 열 격리성 밀폐부는 플라스틱이나 금속성 물질로 구성될 수 있으며, 비 열전도성물질이 상기 밀폐부와 주형 자체 사이에 부착된다.
주형 센서와 열 밀폐부(4) 사이의 인터페이스 접속을 수용하는 내부 결합 박스(6)가 상기 열 밀폐부 내에 마련된다. 상기 열 밀폐부는 신호 프로세서, 송신기 및 전원을 포함한 전기 전자 소자를 수용한다. 상기 결합 박스는 주형 센서 장치로부터의 와이어를 상기 장치에 간단히 접속시키는 공간을 제공하도록 정렬된다. 상기 결합 박스는 고장난 부품들을 신속하게 교체하도록 열 밀폐부로부터 분리될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 프로세서는 제어 장치로부터의 폐루프 복귀 로직뿐만 아니라 센서 조정 입력 회로(1), 격리 회로(2), 다중화기(3), 증폭기(4), 마이크로프로세서(6) 및 아날로그/디지털 변환기(5)를 포함한다. 상기 센서 조정 입력 회로(1)는 IMDT 입력 장치(7)에 접속되어 신호를 증폭시키고, 아날로그 입력으로부터의 잡음을 여과시킨다. 상기 격리 회로(2)는 마이크로프로세서(6)와 아날로그/디지털 변환기(5) 사이에 접속되어 상기 신호 조정 및 변환 회로를 마이크로프로세서의 로직으로부터 광학적으로 분리시킨다. 다중화기(3)는 상기 아날로그/디지털 변환 회로(5) 및 조정된 입력에 접속된다. 상기 다중화기로부터 출력되는 결과 신호는 종래 구성의 아날로그/디지털 변환기(5)로 전송된다. 이 결과 디지털 신호는 마이크로프로세서 내에서의 추가적인 신호 처리를 위해 광학적으로 분리된 회로를 통하여 마이크로프로세서(6)로 전송된다. 송신기(8)의 입력은 주형 제어기에 접속된 수신기로의 전송을 위해 상기 마이크로프로세서(6)에 접속된다. 상기 주형 제어기 또는 운영자 인터페이스는 마이크로프로세서와 데이터 관리 회로를 포함하며, 수신된 신호를 처리한다. 그 다음, 제어기는 마이크로프로세서에 의해 결정된 제어 신호를 데이터 전송 프로세스가 반전되어 제어 입력 장치로의 중앙 입력 회로(10)를 통해 처리되는 밀폐부로 송신한다. 본 발명은 전술한 특정 소자들과 관련하여 설명되었지만, 당해 기술 분야의 당업자에게 알려질 다른 상이한 구성 요소들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 설명되는 청구 범위에 의해서만 제한된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 5의 부가적인 통신 포트(10)가 제공됨으로써 본 발명을 다른 장치에 대한 접속시킬 수 있게 된다. 또한, 팬(fan)과 같은 냉각 수단 및 그에 부수하는 제어 회로 또는 수냉(水冷)이나 액랭(液冷) 시스템이 밀폐부(4) 내에 제공된다. 상기 냉각 시스템은 주형 조작자가 주형을 가열하여야 하거나 가열시키고자 할 때, 전기 부품들을 소망의 온도 내에서 유지시킨다.
본 발명의 특정 형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 다양한 변경이 이루어질 수 있음은 당해 기술 분야의 당업자에게 명백한 것일 것이다. 따라서, 첨부되는 청구항을 제외하고는 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.

Claims (8)

  1. 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치에 있어서,
    사출 주형(도 3의 1)과,
    상기 사출 주형으로부터의 정보를 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 시스템에 제공하는 적어도 1개의 사출 성형 배치된 센서(도 3의 3)와,
    적어도 1개의 센서 입력 회로(도 2의 1)와,
    적어도 1개의 제어 출력 회로와,
    적어도 1개의 전환 전력 장치와,
    공정 제어에 필요한 적어도 1개의 마이크로프로세서(도 2의 6) 또는 논리 장치와,
    사출 주형 내에 배치된 아날로그 센서의 신호를 디지털 신호로 변환하는 적어도 1개의 아날로그/디지털 신호 변환기(도 2의 5)와,
    적절한 아날로그 신호를 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치 내에서의 적절한 입력 장치에 전달하는 적어도 1개의 다중화 장치(도 2의 3)와,
    접속되거나 원격의 통신 장치에 대해 아날로그 또는 디지털 형태의 데이터를 송신 및 수신하는 적어도 1개의 데이터 전송 장치(도 2의 8)와,
    상기 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치 내에 배치되어 제어 프로세스, 제어 알고리즘, 데이터 저장 등에 사용되거나 그와 관련되어 사용되는 데이터를 저장하기 위한 적어도 1개의 메모리 장치와,
    상기 공정 제어 및 데이터 획득 장치 내에 배치되고, 냉각 매체에 의해 물, 공기 기타 열 전달 방법을 사용하는 장치로부터 열을 제거하는 전기 회로가 구비된 냉각 시스템
    을 포함하는 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 주형 결합 박스(도 3의 6)에 의하거나 또는 그에 의하지 않고 기계적인 형태로 사출 주형에 부착되고, 아날로그 또는 디지털 장치(입력)와 아날로그나 디지털식으로 제어되는 장치(출력)는 상기 사출 주형 내에서 종료되는 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 아날로그 또는 디지털 센서 입력 회로 및 출력 회로를 케이스에 수용하여 부품이나 장착자로부터의 손상을 보호하는 하우징(도 3의 4)을 포함하는 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 사출 성형 기계에 대한 주형의 장착을 보조하기 위한 것으로서, 사출 주형으로의 신속한 접속 및 사출 주형으로부터의 신속한 접속 해제 수단을 포함하는 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 사출 주형(도 1의 1)과 원격 프로세스 제어 및 데이터 획득 장치(도 1의 3) 사이에서의 아날로그 및/또는 디지털 제어 신호 전송 케이블(도 1의 2)을 제거한 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 사출 주형(도 1의 1)과 원격 제어 장치(도 1의 3) 사이에서 통상 발견되는 공정 제어 출력 케이블(도 1의 2)을 제거한 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 사출 주형상에 또는 사출 주형 내에 배치된 장치를 사용하는 공정 제어를 위해 출력 또는 출력 신호를 전류나 전압, 무전위 접속의 형태로 전달하는 제어 회로를 포함하는 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치는 장치의 하우징 내부에서의 아날로그 및/또는 디지털 소자들에 의해 생성되는 과도한 열을 제거하고, 온도를 최소로 유지시킴으로써 소자들의 신뢰성을 증가시키는 냉각 회로를 포함하는 것인 사출 주형 배치식 공정 제어 및 데이터 획득 장치.
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