KR20060102538A - 트레드 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품 생산 중에 계속해서 변화하는 트레드의 폭 길이 및 질량의 실제 측정값을 제품생산규격인 기준 값(제품 spec)과 실시간 비교·분석하여 이들 값 사이에 편차가 발생할 때마다 비례미·적분(PID)제어를 통해 압출조건을 보정함으로써, 제조된 트레드의 규격이 기준 값과 같이 균일하게 생산되도록 하는 트레드 제조장치와 트레드 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 트레드 제조장치는, 모터로 구동되는 압출 스크루의 회전속도에 따라 압출재료(배합고무)의 압출량이 달라지는 압출기와, 압출기에서 연속으로 압출되는 제품(트레드)이 얹혀져 지정된 적재장소까지 운반되는 컨베이어와, 컨베이어로 운반 중인 제품(트레드)의 질량이 실시간으로 측정되도록 컨베이어 사이에 설치된 질량측정수단과, 질량측정수단에서 실제 측정된 제품(트레드)의 질량을 제품규격으로 등록된 기준질량과 비교하여 질량편차가 발생했을 때 그에 대응하는 비례미적분 제어신호(PID 제어신호)가 생성되는 시스템제어수단 및 상기 시스템제어수단으로부터 PID 제어신호가 송·수신될 수 있도록 유·무선 통신으로 연결되어 상기 PID 제어신호에 대응하여 생성된 각종 전기신호로 모터의 회전수가 조절되는 PLC(Programable Logic Controller)를 포함하여 구성된다.

타이어, 트레드, 압출, 비전시스템, 로드 셀, PID제어, 폭 제어, 질량제어, 피드백, 정밀도, 길이측정수단, PLC, 질량측정수단

Description

트레드 제조장치 및 제조방법{High performance extruder with weight and width control system}

도 1은 종래 트레드 제조장치의 일 예를 나타낸 모형도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 트레드의 질량 제어수단이 설치된 트레드 제조장치를 나타낸 모형도이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 트레드의 압출 폭(길이) 및 질량 제어수단이 설치된 트레드 제조장치를 나타낸 모형도이다.

[도면 부호의 설명]

10… 압출기 12… 압출스크류

20… 컨베이어 30… 적재부

40… 로드 셀 50… 비전시스템

60… PC 70… PLC

80… 스카이버 M2...모터

본 발명은 압출물(타이어의 트레드)을 생산할 때 압출물(트레드)의 폭 길이 와 질량을 실 측정하고 그 값을 제품규격(spec)인 기준 값과 비교하여 편차가 발생할 때마다 컨베이어의 이동속도와 압출 스크루의 회전속도를 각각 수치적으로 조합·제어함으로써, 제품 spec에 근사(近似)한 압출물의 폭 길이와 질량을 갖는 압출물(트레드)이 제조될 수 있도록 한 트레드 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 압출 과정에서 계속 변동되는 트레드의 폭과 질량을 실시간으로 측정한 후 이 측정값을 PC에 설정해 놓은 기준 값(제품 spec)과 비교하여 편차가 있을 때마다 트레드의 압출 조건을 PID제어하는 시스템제어수단에 의해 시시각각 보정함으로써, 항상 균일한 규격의 트레드가 제조될 수 있도록 한 제조장치와 동 제조장치의 각 구성요소를 제어하는 방법에 관한 것이다.

타이어 제조분야에서, 압출 공정은 정련된 배합고무를 압출기에 투입하여, 설계된 프로파일(profile)대로 트레드나 사이드 월 등의 반제품을 연속해서 압출하는 제조공정이다.

그런데, 종래의 압출 공정은 수동 또는 반자동의 제어환경에서 통상적인 조건 하에 압출하므로, 압출물의 폭 길이와 질량(또는 중량)이 압출 중에 수시로 변동하여 치수안정성이 낮다는 단점이 있다. 따라서, 종래의 압출 공정에서는 압출물의 불량률이 높았고, 불량판정 후 재사용을 위해 압출물에서 잘라내는 리턴 양이 많았다. 또한, 종래에는 압출물의 질량 오차 허용범위가 넓어, 그 범위 내에서 합격판정을 받은 압출물로 타이어를 제작했을 경우 타이어의 질량이 제각각 달랐다. 이와 같이 타이어 간에 질량 오차가 존재할 경우, 차량의 조향특성과 소음 (消音)특성이 나빠짐은 물론이다. 현재 이러한 문제점을 보완하기 위해 타이어의 얼라인먼트 시, 질량이 부족한 쪽에 밸런스 웨이트(납덩이)를 달아 질량 오차를 보정하고 있는데 이는 무척 번거롭고 불편한 작업이 아닐 수 없었다.

첨부된 도 1은 등록특허공보 제134683호(한국타이어; 1998. 01. 06 등록)에 개시된 종래 타이어 트레드 제조장치를 나타낸 것으로서, 동 공보에 따르면 절단된 트레드의 길이가 비전시스템으로 측정된 뒤 그 측정값이 PC등의 제어장치(DB)에서 등록된 데이터와 비교되고, 이때 측정값과 등록된 데이터 사이에 길이 오차가 발생하면 그 결과가 스카이버(트레드 절단수단)에 피드백되어 표면의 오염이나 손상 없이 항상 일정한 길이의 트레드가 자동으로 절단될 수 있다.

그러나, 동 장치로는 타이어 품질에 결정적 요인인 트레드의 폭을 조정할 수 없고, 정련(재료배합) 및 가류(가황)의 중요 요소인 질량(중량)을 조정할 수 없다.

본 발명은 상술한 종래 트레드 압출 공정의 문제점을 개선한 것으로서, 생산 중인 트레드의 압출 폭 길이와 질량을 실시간으로 측정한 다음 그 측정값을 제품 spec과 비교하여 이들 사이에 편차가 있는 경우 트레드의 압출 조건이 자동으로 보정되도록 함으로써 트레드의 품질이 획기적으로 향상될 수 있게 한 트레드의 제조장치 및 제조방법과 각 구성요소의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 압출물(특히, 타이어 트레드) 제조장 치에 있어서 ⅰ)모터로 구동되는 압출 스크루의 회전속도에 따라 배합고무의 압출량이 달라지는 압출기와 ⅱ)압출기에서 연속으로 압출되는 트레드가 얹혀져 지정된 적재장소까지 운반되는 컨베이어와 ⅲ)컨베이어로 운반 중인 트레드의 질량이 실시간으로 측정되도록 컨베이어에 설치된 질량측정수단과 ⅳ)질량측정수단에서 측정된 트레드의 질량과 제품규격으로 등록된 기준질량을 비교하여 질량편차가 있을 때, 상기 질량편차에 대응하여 비례미·적분 제어신호(PID 제어신호)가 생성되는 시스템제어수단 및 ⅴ)시스템제어수단으로부터 PID 제어신호가 수신될 수 있도록 상기 시스템제어수단에 유·무선으로 통신연결되고, 상기 PID 제어신호에 대응하여 생성된 각종 전기신호로 상기 모터의 회전수가 조절되는 PLC를 포함한다.

바람직하게는, 컨베이어로 운반중인 트레드의 압출 폭 길이가 실시간으로 측정되도록 압출폭 길이측정수단이 컨베이어의 상방에 추가로 설치되고, 압출폭 길이측정수단에서 측정된 트레드의 폭 길이와 제품규격으로 등록된 기준 폭을 비교하여 폭 편차가 있을 때 상기 폭 편차에 대응되는 비례미·적분 제어신호(PID 제어신호)가 시스템제어수단에서 추가로 생성되며, 시스템제어수단으로부터 폭 편차에 따른 PID 제어신호가 PLC에 수신된 때 PLC에서 상기 폭 편차에 따른 PID 제어신호에 대응하여 전기신호가 생성되고 이 전기신호에 의해 컨베이어의 이동속도가 조절 가능하게 구성되는 것이다.

a) 상기 구성에서, 트레드의 이송에 이용되는 컨베이어는 스카이버에 의해서 일정 길이로 절단된 트레드 사이를 띄어 주기 위한 악셀레이팅컨베이어를 포함한다. 따라서, 본 발명의 컨베이어는 통상 3부분으로 나뉘게 되는데, 통상 악셀레 이팅컨베이어의 전방에 배치되는 컨베이어는 1차 컨베이어라고 부르고, 상기 악셀레이팅컨베이어의 후방에 배치되어 적재부까지 트레드를 이송하는 컨베이어는 2차 컨베이어라고 부른다.

b) 상기 질량측정수단으로는 로드셀을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 압출폭 길이측정수단으로는 비전시스템을 사용하는 것이 바람직하다.

c) 또한, 상기 시스템제어수단으로는 통상의 PC가 사용될 수 있는데, 동 PC에는 타이어 사양 별로 트레드의 제품규격이 등록된 DB와, 현장여건에 따라 달라지는 각종 구성요소의 PID제어 파라미터를 실제 현장에서 측정해 그 값을 결정한 후 이를 라이브러리화한 프로그램이 탑재되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 트레드 제조장치와 동 장치에 의한 트레드의 제조방법을 설명한다.

실시 예 1

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 트레드의 질량 제어수단이 설치된 트레드 제조장치를 나타낸 모형도이다.

도면에서, 배합고무가 투입되는 압출기(10)의 내부에는 모터의 회전수에 따라 rpm이 조절되는 지름 8인치의 압출 스크루(12)가 장착되어 있고, 전면(前面)에 소정 형상의 압출다이가 설치되어 있다.

상기 압출기(10)의 전방에는 트레드 이송용 컨베이어(20)가 설치되어 있고, 상기 압출다이에서 연속으로 압출되는 트레드를 제품spec에 맞춰 적당한 길이로 절단하는 스카이버(80)가 상기 컨베이어(20)의 끝 부분에 못 미쳐 설치되어 있으며, 이 컨베이어(20)의 진행방향 끝에 적재부(30)가 설치되어 있다.

본 실시예에서는 컨베이어(20)의 움직임에 관계없이 정해진 위치에서 트레드의 질량이 정밀하게 측정된 후 그 측정값이 PC(60)로 전송될 수 있도록 상기 압출다이로부터 약 8m 떨어진 지점과 약 25m 떨어진 지점에 로드셀(40)을 한 개씩 설치하여 로드셀(40)의 몸체 부분은 고정구조물(컨베이어의 프레임 부분 등)에 지지하고 로드셀(40)의 검출부위는 컨베이어의 이동하는 면에 면 접촉시켰다.

또한, 상기 PC(60)에는 각종 트레드에 관한 제품 spec(데이터)이 등록된 DB와 상기 압출 스크루(12)의 모터특성에 기반한 PID제어 파라미터를 이용하여 상기 모터의 rpm을 적정하게 보정하기 위한 프로그램을 내장시켰는데, 동 파라미터는 시스템엔지니어 등의 전문가에게 현장조사를 의뢰하여 결정하였다. 따라서, 조업현장이 달라지면 동 파라미터도 달라진다.

본 실시예의 경우, 상기 로드셀(40)로 측정한 트레드의 질량(또는 중량)이 제품 spec의 오차범위 이내일 때에는 정상적인 것으로 보고 압출 스크루의 모터 회전수를 보정하지 않았다. 그러나, 질량 차이가 오차범위를 벗어나는 경우에는 동 프로그램의 처리결과에 기반하여 상기 모터에 인가되는 암페어가 조절되도록 하였다.

예컨대, 동 모터에 의해 제어되는 압출 스크루의 rpm 속도는 다음과 같은 식에 의해 결정되는 것이다.

rpm 속도 = % 별 PID보정 값 + 정상운전 시의 암페어 값

여기서, % 별 PID보정 값은 ①질량 차이가 오차범위 이내일 때는 0 (pass), ②질량 차이가 오차범위 초과일 때는 P*(편차비례)+I*(적분)+D*(미분) 등과 같이 결정될 수 있는데, 이는 프로그램의 제작과정에서 시스템엔지니어나 프로그래머에 의해 자의적으로 결정되는 사안이다.

상기 구성에 따르면, 압출기(10)에서 연속으로 압출되는 트레드가 컨베이어(20)에 얹혀져 지정된 적재장소 즉 적재부(30)까지 운반되는 중에 컨베이어에 설치된 2개의 로드셀(40)에서 각각 트레드의 질량이 측정되어 그 측정값이 PC(60)에 전송된다. 이들 2개의 로드셀에서 측정된 질량은 그 값이 서로 다르며, 상대적으로 압출기 가까이에 설치된 로드셀에서 좀 더 많은 질량이 측정되는데 이는 트레드가 이송되는 중에 수분 등이 말라버리기 때문인 것으로 판단된다.

상기 PC(60)에서는 상기 측정값과 DB에 등록된 기준질량을 비교하여 질량편차가 있는지를 판단하게 되고, 이때 질량편차가 있으면 그 질량편차에 대응되는 PID 제어신호가 상기 PC에서 생성되어 PLC(70)로 전송된다.

이어서, 상기 PLC에서는 상기 PID 제어신호에 대응되는 전기신호가 생성되고, 이 전기신호에 의해 압출기의 압출 스크루 회전속도가 조절된다. 그 결과, 상기 압출기에서 압출되는 트레드의 질량이 실시간으로 조절된다. 예컨대, 측정된 질량이 기준 질량의 하한치 이하인 경우에는 상기 압출 스크루의 회전속도를 증가 시켜 압출량이 많아지게 하고, 상한치 이상인 경우에는 회전속도를 감속시켜 배합고무의 압출량을 줄이는 것이다.

한편, 2개의 로드셀에서 각각 다른 질량이 측정되므로 이들 중 어느 하나를 기준으로 삼을 수도 있지만, 2개의 로드셀에서 측정된 값을 산술평균하여 그 값을 질량제어의 기준으로 삼을 수도 있다.

실시 예 2

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 트레드의 압출 폭 길이 및 질량제어수단이 설치된 트레드 제조장치를 나타낸 모형도로서, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 상기 실시예 1과 동일한 구성요소에 동일부호를 붙여 설명의 중복을 회피하였다.

도면에서 확인되듯이, 상술한 실시 예 1과 다른 점은 트레드의 압출 폭 길이를 측정하기 위해 컨베이어(20)의 상방에 위치시킨 비전시스템(50)이 압출기(10)쪽과 적재부(30)쪽에 각각 1대씩 설치되어 있다는 것이다.

상기 비전시스템(50)은 카메라요소와 이를 고정하기 위한 지지대로 구성되며, PC(60)와 통신 가능하게 연결되어 F.O.V(frame of view)방식에 따라 트레드의 압출 폭 길이를 측정하게 된다.

동 PC(60)에는 측정된 압출 폭 길이의 raw data, 평균, Cp, Cpk, 편차, Max, Min 값 등을 보여주는 프로그램이 내장되어 있으며, CPU에서 현재 측정값과 제품 spec이 비교된다.

비교 결과, 두 값 사이에 차이가 발생하면 아래 식에 따라 모터(M2)의 회전수가 제어되어 컨베이어(20)의 이동속도가 조절된다.

컨베이어 속도 값 = P*폭편차+I*폭편차의 누적 값+D*(전 회의 폭편차와 현재와의 차)

여기서, 상수 P와 I와 D는 본 발명이 적용될 현장에 따라 달라질 수 있는 특정 값으로서, 동일한 현장이라도 운전 시간에 따라 모터의 특성이 달라질 수 있으므로 6개월 정도의 주기로 그 값을 다시 결정하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따르면, 압출기(10)에서 연속으로 압출되는 트레드가 컨베이어(20)에 얹혀져 지정된 적재장소까지 운반되는 중에 상기 컨베이어에 설치된 질량측정수단(로드셀)과 압출폭 길이측정수단(비전시스템)에 의해 트레드의 질량 및 압출 폭 길이가 측정되어 그 측정값이 시스템제어수단(PC)에 전송되고, 상기 시스템제어수단에서 상기 측정값과 데이터베이스에 등록된 기준 질량 및 기준 폭이 비교되어 각각 질량편차와 폭 편차가 있으면 그 질량편차와 폭 편차에 대응되는 PID 제어신호가 상기 시스템제어수단에서 생성되어 PLC에 각각 전송되며, 상기 PID 제어신호에 대응되는 각각의 전기신호가 상기 PLC에서 생성되어 이 전기신호에 의해 압출기의 압출 스크루 회전속도와 컨베이어의 이송속도가 조절된다. 그 결과, 상기 압출기에서 압출되는 트레드의 질량과 압출 폭 길이를 실시간으로 제어할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면 트레드의 질량 제어와 폭 제어가 동시에 이루어지므로 우수한 품질의 트레드를 제조할 수 있게 된다.

한편, 상술한 실시예에서는 상기 폭 편차에 대응되는 PID 제어신호가 트레드 압출 시작 후 소정 시간이 지난 때부터 PC(60)에서 생성되어 PLC에 전송되도록 하였는데, 이는 압출 중인 트레드가 비전시스템의 측정영역까지 이송되어야만 폭 측정이 이루어질 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 상기 질량편차에 대응되는 PID 제어신호는 상기 압출기에서 트레드가 압출되기 시작한 후 소정 시간이 지난 때부터 상기 시스템제어수단에서 생성되어 상기 PLC에 전송된다.

그러므로, 본 발명에 따르면 상기 로드셀이나 비전시스템에 의해 트레드의 압출 폭 길이와 질량이 실시간으로 측정된 다음 그 측정값이 PC로 전송되고, 상기 PC에서 제품 spec과 비교되어 이들 사이에 편차가 있는 경우 트레드의 압출 조건이 자동으로 보정됨으로써 트레드의 품질이 획기적으로 향상될 수 있다.

Claims (3)

1. 트레드 제조장치에 있어서,

   모터로 구동되는 압출 스크루의 회전속도에 따라 배합고무의 압출량이 달라지는 압출기;

   상기 압출기에서 연속으로 압출되는 트레드를 지정된 적재장소까지 운반하는 컨베이어;

   상기 컨베이어로 운반 중인 트레드의 질량이 실시간으로 측정되도록 상기 컨베이어의 전단부와 후단부에 각각 설치한 질량측정수단;

   상기 질량측정수단에서 측정된 트레드의 질량과 제품규격으로 등록된 기준질량을 비교하여 질량편차가 있을 때, 상기 질량편차에 대응하여 비례 미·적분 제어신호(PID 제어신호)를 생성하는 시스템제어수단; 및

   상기 시스템제어수단으로부터 PID 제어신호가 수신될 수 있도록 상기 시스템제어수단에 통신 연결되고, 상기 PID 제어신호에 대응하여 생성된 전기신호로 상기 모터에 공급되는 암페어의 변화량을 비교·보정하여 압출 스크루의 회전수를 조절하는 PLC; 를 포함하는 트레드 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 컨베이어로 운반 중인 트레드의 압출 폭 길이가 실시간으로 측정되도록 압출폭 길이측정수단이 상기 컨베이어의 전·후단부 상방에 각각 추가로 설치되고,

   상기 압출폭 길이측정수단에서 측정된 트레드의 압출 폭 길이와 제품규격으로 등록된 기준 폭을 비교하여 폭 편차가 있을 때 상기 폭 편차에 대응되는 비례 미·적분 제어신호(PID 제어신호)가 상기 시스템제어수단에서 추가로 생성되며,

   상기 시스템제어수단으로부터 폭 편차에 따른 PID 제어신호가 상기 PLC에 수신된 때 상기 PLC에서 상기 폭 편차에 따른 PID 제어신호에 대응하여 전기신호가 생성되고 상기 전기신호에 의해 상기 컨베이어의 이동속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 트레드 제조장치.
3. 압출기에서 연속으로 압출되는 트레드가 컨베이어에 얹혀져 지정된 적재장소까지 운반되는 중에 상기 컨베이어의 전·후단부에 설치된 질량측정수단에서 트레드의 질량이 측정되어 그 측정값이 시스템제어수단에 전송되고,

   상기 시스템제어수단에서 상기 측정값과 데이터베이스에 등록된 기준질량이 비교되어 질량 편차가 있으면 그 질량편차에 대응되는 PID 제어신호가 상기 시스템제어수단에서 생성되어 PLC에 전송되며,

   상기 PID 제어신호에 대응되는 전기신호가 상기 PLC에서 생성되어 이 전기신호에 의해 압출기의 압출 스크루 회전속도가 조절됨으로써 상기 압출기에서 압출되는 트레드의 질량이 실시간으로 조절되는 것을 특징으로 하는 트레드 제조방법.

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