KR200369521Y1 - 염액 자동 계측 및 피드백 장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안에 의하면 염액의 자동 계측 및 피드백 장치가 제공된다. 상기 장치는 염색조, 계측장치, 모염액 저장조 및 염액주입 제어장치를 포함한다. 여기서, 상기 염색조는 염액과 대상 재료의 반응 장소로 사용된다. 상기 계측장치는 염색조로부터 염액을 자동적으로 샘플링하고, 상기 샘플링된 염액을 시약으로 적정하여, 적정 전과 적정 후의 전위차에 기초하여 염액의 용질 농도를 결정하기 위해 사용된다. 상기 모염액 저장조는 모염액을 저장하고, 상기 모염액을 염색조로 부가하여 상기 염액의 용질농도를 조절하기 위해 사용된다. 상기 염액주입 제어장치는 상기 계측 장치에 의해 측정된 상기 염액의 용질 농도에 기초하여 상기 염색조 내로 주입되는 상기 모염액의 양을 조절하기 위해 사용된다. 따라서 본 고안의 장치는 용질 농도를 큰 편차없이 합리적 범위 내로 제어할 수 있다.
Description
본 고안은 염액 계측 및 피드백 장치, 특히, 염액을 위한 자동 계측 및 피드백 장치에 관한 것이다. 분광기 또는 통상의 광학 박막의 제조 공정시, 특정의 박막을 염색조(dyeing tank)에 넣어 그 안의 패딩액과 반응시켜 염색을 수행하는 것이 일반적이며, 염액의 용질로 염색된 상기 재료는 특정한 광학상 성질을 띠게 된다.
염액의 용질농도는 필름과 용질 간의 반응에 의해 변하게 된다. 따라서, 필름 염색의 공정은 추가로 용질농도 검사 및 모염액의 보충(recruit)과 같은 단계를 반드시 포함해야 한다. 이제까지 상기 공정은 수동적으로 행해져 왔기 때문에 농도를 정확하게 제어하는 것은 어려운 일이었다. 종래 기술에 따른 염액의 계측 및 피드백 공정을 나타내는 도 1을 참조한다.
우선, 단계 110에서 기술한 바와 같이, 염색조 내의 염액 (붕산 H3BO3)을 피시험제(reagent)로서 사용하기 위해 수동적으로 샘플링한다. 이어서, 단계 120에서 기술한 바와 같이, 샘플링된 염액을 시약(예를 들어, 수산화나트륨)으로 적정하고, 이어서적정 후 색 변화를 통해 염액의 염료농도를 알 수 있다. 마지막으로, 모염액(mother dyeing liquor)이 첨가되어야 하는지 혹은 순수한 물이 첨가되어야 하는지를 결정하기 위해 단계 110 에서 단계 120을 통한 용질의 농도 조사를 매 일정 시간 간격으로 (예를 들면 4시간마다) 반복한다. 단계 130에 기재되어 있는 바와 같이, 여기서, 만일 용질 농도가 불충분한 경우, 모염액을 보충하며, 그렇지 않은 경우, 물을 첨가한다.
용질이 붕산이고, 그의 목표 농도가 A%인 경우, 각각 종래 기술상의 염액 계측 및 피드백 이후, H3BO3농도의 최대 및 최소값은 각각 A+0.06% 및 A-0.06% 인바, 명백히 농도의 편차가 지나치게 크다.
결과적으로, 염액계측 및 피드백에 있어 전술한 수동적 방법의 경우, 실시간농도변동을 감시하거나, 일정한 목표농도를 유지할 수 없으므로, 염색조 내의 붕산 농도를 정확하고 정밀하게 조절할 수 없고 따라서, 염색의 품질도 영향을 받게 된다.
전술한 바와 비교하여 볼 때, 본 고안은, 염액 내 용질의 농도 편차를 조절하여 광학 필름의 염색품질을 향상시킬 수 있는 염액 자동 계측 및 피드백 장치를 제공한다.
본 고안의 제 1 목적은 염액의 자동 계측 및 피드백 장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 장치는 염색조, 계측장치, 모염액 저장조 (mother dyeing liquor storage) 및 염액 주입 제어장치를 포함한다. 이 때, 상기 염색조는 염액을 저장하기 위해 사용되며, 상기 염액과 대상 재료의 반응 장소로 사용된다. 계측장치는 염색조로부터 자동적으로 염액을 샘플링하고, 이어서 상기 샘플링된 염액을 시약으로 적정하여, 적정 전과 적정 후의 샘플링된 염액간의 전위차에 기초하여 염액의 용질농도를 결정하기 위해 사용된다. 모염액 저장조는 모염액을 저장하고, 염액의 용질 농도를 조절하기 위해 상기 모염액을 염색조로 부가한다. 염액 주입 제어장치는 계측장치에 의해 측정된 염액의 용질농도에 기초하여 염색조로 주입되는 모염액의 양을 조절하기 위해 사용된다.
본 고안의 한 바람직한 구현예에서, 상기 계측장치는 염액을 염색조로부터 직접 샘플링하여 전위차에 기초하여 염액의 용질농도를 측정할 수 있다. 따라서, 계측장치는 자동 전위차계 적정기일 수 있다. 염액 주입 제어 장치는 프로그래머블논리 제어자이며, 모염액 저장조에 지시하여, 용질의 목표 농도 및, 계측장치에 의해 측정된 염색조 내 염액의 용질농도에 기초하여 염색조로 주입되는 모염액량을 조절하도록 하는 제 1 프로그램을 구비한다. 또한, 상기 염액 주입제어 장치는, 상기 염색조 내 염액이 모염액과 균일하게 혼합되는 사이클 시간 및, 상기 염액조내의 상기 염액의 용질농도가 샘플링되고 측정되는 샘플분석 시간에 기초하여, 모염액 저장조가 염색조 내로 모염액을 주입하는 시간을 제어하도록 하기 위한 제 2프로그램을 구비한다.
결론적으로, 본 고안은 염액 자동 계측 및 피드백 장치를 제공하기 위한 것으로 상기 장치는 염색 공정 중 큰 편차없이 합리적인 범위 내로 용질의 농도를 잘 제어할 수 있으며, 따라서 박막의 염색 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술의 염액 계측 및 피드백 공정을 나타낸 흐름도이고;
도 2는 본 고안의 한 바람직한 구현예에 따른 염액의 계측 및 피드백 장치를 나타낸 모식적 블록 다이어그램이고;
도 3은 본 고안의 한 바람직한 구현예에 따라, HMI 디바이스 및 경보 디바이스를 구비한, 염액의 계측 및 피드백 장치를 나타내는 모식적 블록 다이어그램이며;
도 4는 HMI 디바이스의 디스플레이 필드(display field)를 나타낸 모식도이다.
도면을 참조하여, 본 고안의 바람직한 구현예를 후술한다.
도 2는 본 고안의 한 바람직한 구현예에 따른 염액의 계측 및 피드백 장치를 보여주는 모식적인 블록 다이어그램이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 염액 계측 및 피드백 장치(300)는, 그 내부에 저장된 염액이 대상재료와 반응하도록 하기 위한 염색조 (310), 상기 염색조(310) 내에 염액의 용질농도를 자동적으로 계측하기 위한 계측장치 (320), 상기 염색조(310)에 첨가될 모염액을 저장하기 위한 모염액 저장조(340) 및, 상기 염색조(310) 내의 염액의 측정된 용질농도에 기초하여 상기 염색조 (310)에 주입된 모염액의 양을 조절하기 위한 염액 주입제어 장치(330)을 포함한다.
본 고안의 한 바람직한 구현예에서, 염액 자동 계측 및 피드백 장치(300)는 선글래스용 광학필름을 염색하는데 적용 가능하다. 따라서, 염색조(310) 내에 저장된 염액은 붕산 수용액일 수 있으며, 모염액 저장조(340) 내의 모염액은 순수한 붕산일 수 있다.
본 고안에 따른 염액 자동계측 및 피드백 장치(300)의 조작 방법은 다음과 같다: 광학 박막이 염색조 (310) 내로 들어가면, 염색조(310) 내의 염액과 반응하고, 따라서 용질의 농도, 다시말해, 물 속에 용해되어 있는 붕산의 양이 감소한다. 염색조(310)로부터, 경로(315)를 통해 염액을 샘플링한 후, 계측장치(320)가 수산화나트륨과 같은 시약으로 샘플링된 염액을 적정하여 적정 후와 적정 전의 샘플링된 염액간의 전위차에 기초하여 염액의 붕산농도를 측정한다. 이 때, 상기 계측 장치(320)는 자동화된 붕산 전위차계 적정기일 수 있으며, 상기 적정계를 통해, 염색조(310) 내의 붕산 농도를 정확하게 계측할 수 있다.
붕산 농도를 측정한 후, 상기 계측장치(320)는 염액주입 제어장치(330)에 알리기 위해 신호(325)를 전송하고, 상기 염액 주입 제어장치 (330)는 신호(335)를 보내어 모염액 저장조 (340)를 제어함으로써 경로(345)를 통해 염색조(310)로 붕산이 주입되도록 한다. 이 외에도, 본 발명의 자동계측 및 피드백 장치(300)가 염색조(310) 내 염액의 붕산 목표농도를 정할 수 있도록 하기 위해, 염액주입 제어장치 (330)는 염색조 (310) 내에 염액 중 붕산의 목표농도를 정하기 위한 프로그램을 구비한 프로그래머블 논리 제어자일 수 있다.
일반적으로, 계측장치(320)로부터 나와 염액 주입제어 장치 (330)에 의해 읽혀질 신호(325)의 신뢰성을 향상시키기 위해, 상기 신호(325)는 ASCII-코드로 디코딩되어 염액 주입제어장치 (330)가 염색조(310)내 염액의 붕산농도를 잘못 읽는 것을 방지할 수 있다.
본 고안의 한 바람직한 구현예에서, 염색조 내의 붕산 목표농도의 조절을 위한 식은 하기와 같다:
다시말해, Vi = [(목표 - P1)/(P2 - 목표)]×Vd.
상기 식에서, Vd는 염색조(310) 내의 염액부피를 나타내고, P1은 염색조 (310) 내의 붕산농도를 나타내며, Vi는 모염액 저장조(340)로부터 경로(345)를 통해 염색조 (310)으로 주입된 붕산의 부피를 나타내고, P2는 모염액 저장조 (340)으로부터 경로(345)를 통해 염색조(310)로 주입된 붕산의 농도를 나타내며, "목표"는 염색조 (310) 내의 염액의 붕산 목표농도를 나타내는 바, 목표농도는, 예를 들어, 1.5 내지 10.0%이다.
따라서, 전술한 식에 기초하여, 염액 주입 제어장치(330)는 염색조(310)내의 붕산 농도를 계측하여 경로(345)를 통해 염액 저장조(340)로부터 염색조(310)로 주입되는 붕산의 양을 조절할 수 있다.
그러나, 상기 장치의 동작 중, 만일 염색조(310)내의 염액이 상기 조(310)내로 주입된 붕산과 잘 혼합되기 위한 사이클 시간이, 계측 장치(320)가 염색조(310)로부터 샘플링하여 상기 조(310)내의 붕산 농도를 측정하는 데 걸리는 샘플링 분석시간보다 긴 경우, 염색조(310)내의 붕산의 계측된 농도는, 모염액 저장조가 염색조(310)내로 붕산을 주입한 후의 붕산농도의 진정한 변동치를 반영할 수 없게 된다.
따라서, 염액 주입 제어 장치(330)는 계측장치(320)이, 염색조(310)내의 염액 중 붕산 농도를 나타내는 신호(325)를 전달하는 것을 연기하기 위한 타이밍 딜레이(timing delay) 프로그램을 필요로 한다.
예를 들어, 만일 사이클 시간이 30분이고, 샘플 분석 시간이 8분인 경우, 염액 주입 제어장치(320)는, 대략 20분간 상기 계측장치(320)로부터 신호(325)를 받는 것을 중지하고, 이에 따라, 상기 20분 동안, 붕산이 모염액 저장조(340)로부터 경로(345)를 통해 염색조(310)으로 주입되는 것도 중지된다.
추가로, 자동 계측 및 피드백 장치 (300)를 보다 사용자가 이용하기 쉽도록 하기 위해, 염액 주입 제어 장치 (330) 상에 운전자와 기계간 인터스페이스(Human Machine Interface: HMI) 디바이스와 같은 매개체를 설치하여 사용자가 염색조(310)내의 붕산 농도를 읽고, 염액 주입 제어 장치(330)의 프로그램 파라미터를 정하는 것을 쉽게 할 수 있다. 나아가, 경보 디바이스(alert device)를 사용하여 염색조 (310)내의 염액의 붕산농도가 기대하는 범위 내에 위치하는지의 여부를 나타내도록 하기 위해 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 도는 본 고안의 한 바람직한 구현예에 따른 HMI 디바이스와 경보장치를 구비한 염액 계측 및 피드백 장치를 나타내는 모식적 블록 다이어 그램이다. 도 2와 비교할 때, 도 3내의 염액 자동 계측 및 피드백 장치(400)는염액 주입 제어 장치(330)상에 배열된 HMI 디바이스(410)와 추가의 경보 디바이스 (420)를 구비한다.
HMI 디바이스(410)의 디스플레이 필드(display field)를 나타내는 도 4를 참조하면, 상기 HMI 디바이스(410)는 염색조(310)내의 붕산 농도를 읽고, 염액 주입 제어 장치(330)의 프로그램 파라미터를 고정하는 등의 디스플레이 필드를 포함할 수 있다. 도 3에서, "목표 농도"는 상기 식에서의 "목표"에 상응하는 것이고, "실제 농도"는 상기 식에서 "P1"에 상응하는 것이며, 상기 식에서 "P2" 값은 여기서 6이고, "타이밍 딜레이"의 값 1200은 염액 주입 제어 장치(330)가 계측 장치(320)으로부터 염색조(310)내의 붕산 농도를 지시하는 신호(325)를 받아들이기 위해 1200 초를 지연함을 의미한다.
경보 디바이스 (420)의 경우, 상이한 색을 가진 여러 가지의 지시등(guiding light)을 사용하여 상이한 메세지를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 붉은색 지시등은 염색조 (310)내의 붕산 농도가 목표 농도보다 높은 것을 나타내고, 푸른색 지시등은 염액 주입 제어장치(330)가 염액을 주입하고 있는 것을 나타내며, 녹색 지시등은 염색조(310)내의 붕산 농도가 정상 범위에 있음을 나타낸다.
따라서, 염액 주입제어 장치(330)는 신호(425)를 보내어 경보 디바이스 (420)의 지시등을 개시할 필요가 있으며, 나아가, 이들 지시등이, 계측 장치(320)에 의해 측정된 염색조 (310)내의 붕산 농도 및, 염액 주입제어 장치(330)가 모염액 저장조(340)를 활성화시키는지의 여부에 기초하여 빛을 발하도록 하는 프로그램을 필요로 한다.
염액 주입 제어 장치(330)는 모염액 저장조(340)를 활성화시켜, 그 내부의 붕산을 염색조(310)로 주입하기 위한 조건은, 만일 목표 농도에서 염색조(310) 내붕산의 실제 농도를 뺀 값이 0.01% 보다 큰 경우, 모염액 저장조 (340)가 활성화되고, 그 안의 붕산을 염색조(310)로 주입하며, 이에 의해 붕산의 농도가 기대하는 농도로 곧바로 회복될 수 있다. 따라서, 염색조 (310)내의 붕산 농도는 즉시 효율적으로 측정될 수 있으며, 나아가, 농도 편차가 합리적인 범위내로 조절될 수 있다.
요약하면, 본 고안은 염액의 자동 계측 및 피드백 장치를 제공하는 바, 상기 장치는 염색조로부터 염액을 자동적으로 샘플링하여 염액의 용질 농도를 계측하고 염색조로 모염액을 피드백하며, 모염액이 염색조로 피드백되는 시간을 조절할 수 있다. 따라서, 큰 편차없이 용질 농도가 합리적인 범위내로 조절될 수 있으며 이로써 상응하는 박막의 염색 품질이 향상될 수 있다.
Claims (11)
- 염액을 저장하고, 상기 염액과 대상 재료의 반응장소로 사용하기 위한 염색조;상기 염색조로부터 상기 염액을 자동적으로 샘플링하고, 상기 샘플링된 염액을 시약으로 적정하며, 상기 샘플링된 염액의 적정 전과 적정 후의 전위차에 기초하여 상기 염액의 용질농도를 측정하기 위한 계측 장치;모염액(mother dyeing liquor)을 저장하고, 상기 모염액을 상기 염색조로 부가하여 상기 염액 내의 용질농도를 조절하기 위한 모염액 저장조; 및,상기 계측 장치에 의해 측정된 상기 염액의 상기 용질농도에 기초하여 상기 염색조로 주입되는 모염액의 양을 조절하기 위한 염액주입 제어장치를 포함하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 계측 장치는, 상기 샘플 염액의 전위차에 기초하여 상기 염액의 상기 용질농도를 정하기 위해, 상기 염색조로부터 상기 염액을 직접 샘플링하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 계측장치는 자동 전위차계 적정기인 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 염액 주입 제어 장치는 프로그래머블 논리 제어자인 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 염액 주입 제어 장치는모염액 저장조에 지시하여, 목표농도 뿐만 아니라 상기 계측장치로부터 측정된 염색조 내 염액의 용질농도에 기초하여, 염색조로 주입되는 모염액의 양을 조절하도록 하는 제 1 프로그램; 및,상기 염색조 내 염액이 상기 모염액과 균일하게 혼합되는데 필요한 사이클 시간 및, 상기 염색조 내 상기 염액을 샘플링하여 상기 염액의 용질농도를 측정하기 위해 필요한 샘플 분석시간에 기초하여, 상기 모염액 저장조가 그 내부의 상기 모염액을 염색조로 주입하는 시간을 제어하도록 하는 제 2 프로그램으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 염액 주입 제어 장치는 추가로,상기 염색조 내의 상기 염액의 용질농도, 상기 제 1 및 제 2 프로그램의 파라미터 세팅, 상기 목표 농도, 및 상기 염색조 내로 부가된 상기 모염액의 배치부피(batch volume)를 보여주고, 작업자가 상기 제 1 및 제 2 프로그램의 파라미터 세팅, 상기 목표농도 및, 상기 염색조로 부가되는 상기 모염액의 배치 부피를 조절하는 것을 쉽게 하기 위한 작업자-기계간 인터페이스(HMI) 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 염액 자동계측 및 피드백 장치의 상태를 나타내도록 상기 염액 주입 제어 장치에 의해 제어되는 경보 디바이스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 염액 주입 제어 장치는 추가로,상기 계측장치에 의해 측정된 상기 염액의 상기 용질농도 및, 상기 염액 주입 제어장치가 상기 모염액 저장조를 활성화시켰는지의 여부에 기초하여,상기 경보 디바이스가 상기 염액 자동화 계측 및 피드백 장치의 상태를 나타내도록 하는 제 3의 프로그램을 구비하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 상태에는, 상기 염액의 상기 용질농도가 상기 목표 농도보다 큰 상태, 상기 모염액 저장조가 상기 모염액을 상기 염색조로 주입하는 상태, 및 상기 염액의 상기 용질농도가 소정의 범위에 드는 상태가 포함되는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 경보 디바이스는 상기 염액 자동 계측 및 피드백 장치의 상태를 지시하기 위해 붉은색 지시등, 푸른색 지시등 및 녹색 지시등을 포함하는 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 염액은 붕산 함유 용액인 것을 특징으로 하는 염액의 자동 계측 및 피드백 장치.
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