KR20070096525A - 고체밀도 자동측정기 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무나 산업용 플라스틱 제품의 생산현장에서 소형의 정밀, 정용측정기를 활용하여 현장에서 생산된 소재를 즉시 이용, 제품의 밀도를 설정한 수량의 시편으로 각 시편별 밀도 값을 연속하여 자동적으로 신속하고 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 고체밀도 자동측정기에 관한 것이다.

본 발명은 서포터에 지지되어 시편의 무게를 측정하기 위한 무게측정수단; 상기 무게측정수단에 현수되어 시편을 거치시키기 위한 거치수단; 상기 거치대 하방에 위치하여 상기 시편을 담수시키고 상하로 승강하기 위한 승강장치를 갖는 이동탱크; 다수의 시편을 장착하고 x축 방향으로 이동하는 장착수단; 상기 거치수단과 상기 장착수단사이에 위치하여 z축으로 축회전하는 것에 의해 상기 장착수단에 장착된 시편을 거치대에 거치시키고, 거치된 시편을 상기 장착수단으로 회수하는 시편 이동수단; 상기 장착수단을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 동력수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

밀도측정기, 시편, 로드셀, 에어척, 볼 스크류

Description

고체밀도 자동측정기 및 방법 {Solid density precise meter and method}

도 1은 본 발명에 따른 밀도 측정기의 외관을 보인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 밀도 측정기의 내부 구조를 보인 사시도,

도 3은 도 2의 정면도,

도 4는 도 2의 측면도,

도 5는 도 2의 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 이동탱크의 승강장치를 보인 예시도,

도 7은 본 발명에 따른 이송대와 장착대의 결착을 보인 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 밀도 측정기의 수조 구조를 보인 상세 측면도,

도 9 내지 도 13은 시편을 측정하기 위한 에어척의 동작과정을 설명하기 위한 도면,

도 14는 본 발명에 따른 밀도 측정기의 이동탱크 승강과정을 설명하기 위한 측면도,

도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 밀도 측정기의 다른 실시예를 보인 사시도,

도 17는 본 발명에 따른 동력장치의 다른 실시예를 보인 정면도,

도 18은 본 발명에 따른 밀도측정기의 동작을 설명하기 위한 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100:밀도측정기 110:케이스

119:시편 120:로드셀

122:거치대 130:수조탱크

131:이동탱크 131a:배수공

134,135:가이드봉 140:이송대

142:장착대 150:에어척

160:동력장치 161:서보모터

162:볼 스크류 168:연결뭉치

본 발명은 고체 시편의 밀도를 측정하기 위한 자동 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 시편 예를 들면, 고무화합물, 엔지니어링 플라스틱 등 유화 산업용 원재료와 제품을 자동으로 연속하여 밀도를 측정, 분석하고 그 결과 값을 데이터로 출력할 수 있도록 하는 고체밀도 자동 측정기에 관한 것이다.

일반적으로, 인공적으로 합성된 고무 모양의 물질 또는 고무 탄성체와 그것 의 원료인 합성고분자 화합물로 총칭할 수 있는 1차 원자재인 고무와, 여기에 각종 화학성분을 첨가하여 해당 산업분야에서 제품 생산용으로 제조된 부틸, 아크릴, 실리콘, 우레탄 고무나 플루오르계, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에피크로로히드린 고무 등 2차 원재료로서의 고무 및 산업용 수지 등은 자동차 타이어, 튜브, 벨트, 호스 등의 공업용과 신발 등 소비재용으로 최종 가공.성형되어 원자재, 중간재, 완제품의 형태로 다양한 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 합성고무나 공업용수지 제품의 경우 생산현장의 온도, 압력, 첨가되는 화학물질의 비율 및 조성에 따라 동일 공정상에서 제조되는 제품의 품질이 급격히 변하는 관계로 생산현장에서는 시료를 지속적으로 채취하여 연속, 반복 측정할 필요가 있다.

그러나, 현재 보급되어 있는 밀도 측정기는 대다수가 액체를 대상으로 하는 밀도를 측정하고 있다. 최근 출시 제품 중 고체의 지붕 측정이 가능한 기기는 기존의 밸런스 비이커를 탑재하여 , 비이커에 시편 1개를 넣고 질량과 부피의 변화량을 측정해서 비중을 구하고, 이것을 역산하여 밀도로 환산하는 방식으로 측정한다. 시편이 다수인 경우에는 동일한 작업을 반복하는 실정이다.

따라서, 고체의 밀도만을 연속하여 자동으로 계측하는 측정시스템이 개발 및 상용화되지 않음에 따라 고무 및 산업용 플라스틱을 소재로 하는 산업분야에서는 대상 원자재의 밀도를 측정하기 위하여, 범용으로 보급되어 있는 비중계 또는 밀도계를 이용하여 단일 시료를 수작업으로 계측하는 작업을 필요한 시료의 수만큼 지속적으로 반복하여 측정함으로써, 시간과 인력의 낭비 및 소재의 물성 변화와 인위 적 요인에 의한 측정값의 신뢰도 저하 등의 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래 문제를 해결하기 위한 것으로, 고무나 산업용 플라스틱 제품의 생산현장에서 소형의 정밀, 정용측정기를 활용하여 현장에서 생산된 소재를 즉시 이용, 제품의 밀도를 설정한 수량의 시편으로 각 시편별 밀도 값을 연속하여 자동적으로 신속하고 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 고체밀도 자동측정기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체밀도 자동측정기는 서포터에 지지되어 시편의 무게를 측정하기 위한 무게측정수단; 상기 무게측정수단에 현수되어 시편을 거치시키기 위한 거치수단; 상기 거치대 하방에 위치하여 상기 시편을 담수시키고 상하로 승강하기 위한 승강장치를 갖는 이동탱크; 다수의 시편을 장착하고 x축 방향으로 이동하는 장착수단; 상기 거치수단과 상기 장착수단사이에 위치하여 z축으로 축회전하는 것에 의해 상기 장착수단에 장착된 시편을 거치대에 거치시키고, 거치된 시편을 상기 장착수단으로 회수하는 시편 이동수단; 상기 장착수단을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 동력수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 무게측정수단은, 바람직하게는 로드셀 또는 전자저울 중 어느 하나인 것을 이용하여 시편의 무게를 측정한다.

본 발명에 따른 이동탱크는, 상기 서포터에 수직으로 지지되는 한 쌍의 가이드봉에 의해 안내되며, 에어실린더에 의해 승강하는 것을 특징으로 한다.

상기 이동탱크는 바람직하게는 탱크의 일측과 결합되는 연결뭉치를 포함하며, 상기 연결뭉치는 상기 에어실린더의 구동력에 의해 상기 가이드봉을 따라 이동하면서 상기 이동탱크를 승강시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장착수단은, 상기 동력수단과 연결되어 x축방향으로 이동하는 이송대와, 상기 이송대와 결합되어 다수의 시편을 장착시키기 위한 장착대로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 이송대와 장착대는 각각 상면과 저면에 구비된 판형의 영구자석에 의해 결합된다.

본 발명에 따른 시편이동수단은, 에어실린더, 상기 에어실린더에 축설되는 에어척 및 상기 에어척에 구비되어 시편을 집기위한 집게로 이루어진다.

본 발명에 따른 동력수단은, 서보모터, 상기 서보모터에 축설되는 제1풀리, 상기 제1풀리와 대응하여 위치하는 제2풀리, 상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하는 타이밍벨트 및 상기 제2풀리와 결합되어 x축 방향으로 설치되는 볼스크류를 포함한다.

본 발명에 따른 동력수단은, 서보모터, 제1 내지 제4풀리 및 상기 풀리에 체결되어 상기 서보모터의 회전력에 의해 x축 방향으로 이동하는 것에 의해 상기 이송대를 이동시키는 타이밍벨트를 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체밀도 자동측정기를 이용한 측정방법은 a)시스템을 초기화시키는 단계; b)시편 거치대의 공기 중 무게를 지정된 안정시간이 경과한 후 측정하고 1차 영점으로 저장하고, 시편 집게가 이송대로 향하는 단계; c)이동탱크가 Z축으로 승강이동하여 시편 거치대의 일정 부분이 용액에 잠긴 상태로 거치대의 수중 무게를 측정하고 2차 영점으로 기억하는 단계; d)밀도 측정용 이동탱크가 하강 이동하고, 에어척의 집게가 장착대의 1번 안착홈에 있는 시편을 거치대에 거치시키는 단계; e)상기한 d)단계 완료되어 지정된 안정시간이 경과하면 거치대와 거치대에 놓인 시편의 무게를 측정하는 단계; f)상기 이동탱크가 상향 이동하여 기포발생 방지를 목적으로 시편과 거치대가 용액에 잠기도록 한 후 하향 이동하는 단계: g)상기 f)단계가 완료되면, 이동탱크가 상향 이동한 후 정지한 상태에서 일정한 안정화 시간이 경과하면 거치대와 시편의 수중무게를 측정하는 단계; h)상기 이동탱크가 하향 이동함과 동시에, 집게가 측정 완료된 시편을 장착대의 안착홈에 내려놓는 단계: i)상기 d)단계부터 상기 h)단계까지 반복하여 나머지 시편을 측정하는 단계: 및 j)상기한 과정을 통해 다수의 시편이 측정 완료되면 이송대가 X축(-)방향으로 정속 이동하여 시작점으로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 밀도 측정기의 외관을 보인 사시도이다. 도면을 참조하면, 전체를 부호 100으로 표시한 밀도 측정기는 함체형상의 케이스(110)를 포함한다. 상기 케이스(110)는 전면과 내부를 투시하기 위한 투시창(111)(112)이 각각 구비고, 측면에도 투시창(113)이 구비되어 시편의 밀도측정 과정과 장치의 이상 유무를 감시할 수 있도록 하고 있다.

도 2는 본 발명에 따른 밀도 측정기(100)의 상세구조를 보인 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 밀도 측정기(100)는 시편의 무게를 측정하기 위한 로드셀(120), 시편을 담수하기 위한 이동탱크(131), 다수의 시편을 장착하여 x축 방향으로 이동시키기 위한 이송대(140), 상기 이송대(140)에 장착된 시편을 측정장치로 운반하기 위한 에어척(150) 및 상기 이송대를 상기 에어척의 위치로 정밀하게 이송하기 위한 이송대 구동장치(160)로 구분된다.

본 발명의 밀도 측정기(100)는 사각 프레임(115)에 상판(116)과 하판(117)이 각각 일정한 높이를 갖고 설치되며, 상기 상판에는 로드셀(120), 이송대(140) 및 에어척(150)이 구비되고, 이동탱크(131)와 이송대 구동장치(160)는 상판(116)과 하판(117)사이에 설치되게 하되, 상기 이동탱크(131)는 별도의 구동장치에 의해 상하로 승강할 수 있는 구조를 갖는다.

상기 로드셀(120)은 상판(116)의 중앙 후반부에 설치된 서포터(121) 상면에 고정되어 상판(116)보다 상방에 위치하여 시편의 무게를 측정한다.

상기 로드셀(120)에는 시편을 장착하기 위한 거치대(122)가 하방으로 현수되어 있으며, 이 거치대(122)에 시편을 거치함으로써, 로드셀(120)에서 시편의 무게를 측정하게 된다.

이때, 본체 내부에 장착된 로드셀(120)에 연결되어 탈, 부착이 가능하도록 조립된 거치대(122)에 얹혀지는 시편의 무게는, 상기 로드셀(120)에서 나오는 전기 신호를 컨트롤러에 설치된 인디케이터에 전송하여 측정한다. 이때의 정밀도는 0.01 g/㎤ 이다

본 발명은 다른 실시예로, 도 15 및 도 16과 같이 상기 로드셀(120)을 대신하여 전자저울(170)을 이용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 여기서 본 발명은 로드셀(120) 대신 전자저울(170)을 대처할 뿐 나머지 구성요소는 동일하므로, 동일부호를 사용하고, 상세한 설명 역시 이하의 설명으로 대신한다.

즉, 본체 케이스(110) 외부에 탑재되어 고정되는 정밀전자저울의 하부에 있는 계량용 고리장치를 이용한 탈, 부착이 가능하도록 조립되어 본체 내부에 설치되는 거치대(122)에 얹혀지는 시편의 무게는 상기 전자저울(170)에서 무게를 측정하고 그에 해당하는 전기 신호를 컨트롤러로 전송한다. 이때의 정밀도는 0.001 g/㎤ 이상이다.

본 발명에 따른 상기 이동탱크(131)는 상기 거치대(122)의 하방에 위치한 수조탱크(130) 내부에 담수되어 상하로 승강하면서 거치대(122)에 거치된 시편을 담수시킴으로서, 순수물의 비중을 이용하여 시편의 밀도를 측정할 수 있도록 한다.

상기 이동탱크(131)는 상부가 개구되어 순수물을 담수할 수 있는 공간을 갖고 측면에 순수물의 수위를 일정하게 유지시키기 위한 배수공(131a)이 형성되어 이동탱크(131)가 승강할 경우 상기 배수공(131a)을 통해 오버플로우된 물을 수조탱크(130)로 낙수 배수시킴으로써 이동탱크(131)에 담수되는 순수물의 수위를 항상 일정하게 유지시킬 수 있다.

또한, 상기 이동탱크(131)는 개구부의 양측방으로 플레이트(132)가 연장되어 있는 구조를 갖고, 상기 플레이트(132)에는 관통공이 형성되어 볼 부시(133)가 구비되며, 이 볼 부시(133)에는 한 쌍의 가이드봉(134)(135)이 각각 슬라이딩 가능하게 끼워진다.

상기 가이드봉(134)은 로드셀(120)을 고정하기 위한 서포터(121)의 저면에 수직으로 고정되어 이동탱크(131)의 승강이동을 안내하게 되며, 일측 가이드봉(135)에는 연결뭉치(136)가 끼워지며, 이 연결뭉치(136)는 상기 이동탱크(131)를 승강시키기 위한 에어실린더(137)의 로드와 연결되어 상기 가이드봉(135)을 따라 이동탱크(131)를 승강시키게 된다.

상기 에어실린더(137)는 하판(117)의 브라켓에 고정되어 상기 이동탱크(131)를 승강시키는 역할을 하고, 상기 가이드봉(134)(135)은 에어실린더(137)에 의해 승강하는 이동탱크(131)의 균형과 수평이 유지되게 함으로써 시편의 밀도를 정밀측정 할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 이동탱크(131)의 내부에 이너탱크(138)를 구비하여, 밀도 측정중 시편이 거치대(122)에서 이탈할 경우 용이하게 회수할 있도록 하고 있다.

상기 이너탱크(138)는 상부와 측벽이 개구된 형상을 갖고, 상부 개구부에는 양측에 플레이트(138a)가 형성되어 상기 이동탱크(131)의 개구부에 안착된다. 또한 이너탱크(138)의 플레이트(138a)에는 이동탱크(131)에서 이너탱크(138)를 들어올릴 수 있도록 손잡이(139)가 구비되어 측정중 시편이 거치대(122)에서 이탈할 경우 손 잡이(139)를 잡고 이너탱크(138)를 들어올려 이탈한 시편을 용이하게 회수할 수 있도록 하고 있다.

도면중, 부호 140는 이송대를 표시한 것이고, 부호 141은 이송대가 이송하는 x축 방향으로 형성된 가이드공이다. 상기 이송대(140)는 가이드공(141)을 따라 x축 방향으로 수평이동하여 상기 에어척(150)으로 측정할 시편(119)을 순차적으로 거치대(122)측으로 이동시키게 된다.

상기 이송대(140)는 하판(117)에 구비된 동력장치(160)에 의해 이동을 하게 되며, 시편(119)이 장착되는 장착대(142)를 안착시키고 있다. 상기 이송대(140)는 도 6과 같이 길이 방향으로 측벽이 각각 상방으로 돌출된 ㄷ자 형상의 몸체(140a)를 갖고, 그 바닥면 중앙에 판상의 영구자석(140b)이 구비되어 몸체(142a) 저면에 영구자석(142b)을 구비한 장착대(142)를 결합시킬 수 있도록 하고 있다.

상기 장착대(142)는 몸체(142a)의 상면에 시편을 장착시킬 수 있는 일정한 폭을 갖는 안착홈(142c)이 길이방향으로 연속하여 형성되어 있으며, 몸체(142a)의 저면에는 판상의 영구자석(142b)이 구비되어 상기 이송대(140)에 결합할 수 있도록 하고 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 시편들은 장착대(142)에 10-20개 적재되어 연속하여 순차적으로 시편들의 밀도를 측정할 수 있다.

상기 이송대(140)는 하판(117)에 구비된 동력장치(160)에 의해 x축 방향으로 일정하게 이동하게 된다.

상기 동력장치(160)는 서보모터(161)와 볼 스크류(162)를 포함한다. 상기 서보모터(161)는 하판에 구비된 브라켓(160a)에 고정되며, 모터의 축에는 제1풀리(163)가 구비된다.

상기 볼 스크류(162)는 일측에 제2풀리(164)를 구비하여 브라켓(165)에 회전가능하게 지지되고, 상기 제2풀리(164)는 서보모터(161)에 축설된 제1풀리(163)와 타이밍벨트(166)에 의해 연결된다. 또한 볼 스크류(162)의 타측은 축수홈을 갖는 브라켓(167)에 회전가능하게 축수되어 서보모터(161)의 회전에 의해 수평으로 축회전할 수 있도록 하고 있다.

상기 볼 스크류(162)에는 이송대(140)와 결합된 연결뭉치(168)가 끼움되어 있다. 이 연결뭉치(168)는 이송대(140)와 결합되어 볼 스크류(162)의 정.역회전에 의해 이동하면서 상기 이송대(140)를 x축 방향으로 이동시키게 되고, 이로 인해 이송대(140)에 영구자석으로 결합된 장착대(142)가 좌우로 일정한 거리만큼 이동하면서 에어척(150)에 시편(119)을 정위치시키게 된다.

본 발명은 다른 실시예로, 도 17도와 같이 볼 스크류 타입 대신 타이밍벨트를 이용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 동력장치(180)는 서보모터(181), 타이밍벨트(182) 및 제1 내지 제4풀리(183-186)를 포함한다. 상기 서보모터(181)는 하판에 구비된 브라켓(181a)에 고정되며, 모터의 축에는 제1풀리(183)가 구비된다. 제 2풀리(184)는 제1풀리(183)의 상방에 위치하여 제3풀리(185) 및 제4풀리(186)와 타이밍 벨트(182)가 수평을 유지할 수 있도록 한다.

상기 타이밍벨트(182)에는 이송대(140)와 결합된 연결뭉치(187)가 고정되어 있다. 이 연결뭉치(187)는 이송대(140)와 결합되어 타이밍벨트(182)의 정.역방향으로 이동에 따라 상기 이송대(140)를 x축 방향으로 이동시키게 되고, 이로 인해 이송대(140)에 결합된 장착대(142)가 좌우로 일정한 거리만큼 이동하면서 에어척(150)에 시편(119)을 정위치시키게 된다.

한편, 본 발명은 장착대(142)에 장착된 시편(119)을 상기 거치대(122)에 거치시키기 위한 집게(151)를 갖는 에어척(150)을 포함한다.

상기 에어척(150)은 로터리 실린더(152) 축을 중심으로 180도 회전 가능하게 설계되며 상기 집게(151)가 시편(119)을 협착할 경우 로터리 실린터(152)의 구동에 의해 에어척(150)이 180도 축회전하여 시편(119)을 거치대(122)에 거치시키고 다시 원위치로 복귀하는 동작을 컨트롤러의 제어에 의해 반복하게 된다.

본 발명은 도 12와 같이 시편의 밀도측정의 정확성을 위해 수조탱크의 순수물을 보충할 때 그 수위를 감지하기 위한 수위센서(80)와 수온을 측정하기 위한 수온센서(90)를 포함한다.

상기 수위센서(80)는 이동탱크(131)의 측벽에 형성된 배수공(131a)보다 적어도 상방에 위치하도록 하여 수조탱크(130)에 저수되는 물에 의해 상기 이동탱크(131)에 담수되는 수위가 낮지 않도록 하는 것이 바람직하다. 하나의 시편을 측정한 후 부족한 순수물을 보충할 경우 도시되지 않은 펌프에 의해 보조탱크(130a)의 순수물이 밸브를 통해서 보충되며, 순수물이 상기 수위센서(80)에 도달할 경우 수 위센서(80)에서는 감지신호를 제어부로 출력하게 되며, 제어부에서는 수위센서(80)의 감지신호에 의해 펌프의 동작을 정지시키게 된다. 이렇게 보충된 순수물은 적어도 이동탱크(131)의 배수공(131a)보다 높은 수위가 유지되며, 따라서, 시편을 측정하기 위한 순수물의 수위는 항상 이동탱크(131)가 승강할 때 배수공(131a)을 통해 낙수되므로 동일한 위치를 유지하게 된다.

이하, 본 발명의 밀도 측정기를 이용하여 시편의 밀도를 측정하는 과정을 설명한다.

밀도(Density)는 단위 부피에 대한 질량 즉, 물체의 질량을 부피로 나눈 것이며 단위는 g/㎤ 이다. 비중(Specific Gravity)은 어떤 물질의 질량과 그와 같은 부피의 표준물질의 비율이며 무명수이다. 엄밀하게 질량은 일정 압력에서의 관성을 측정함으로써 결정되는데, 보통 같은 장소에서의 무게비로 결정되므로 비중이라고 한다. 고제나 액체의 경우 4℃의 물 1㎤를 1g으로 하고 이것을 표준으로 한다. 비중 값 앞에 표기되는 20℃/4℃ 는 20℃에서 측정하고 4℃의 물과 비교하였다는 의미이다. 4℃ 물의 밀도는 0.999973g/㎤이므로 비중의 0.999973배가 CGS 단위로 나타낸 밀도와 같다.

상기한 밀도와 비중은 다음의 수학식 1과 수학식 2로 각각 표현할 수 있다.

P : 밀도, V : 부피, M : 질량

S : 비중(Specific Gravity), V : 부피, P⁴ : 표준물질의 밀도, M : 질량, P : 샘플의 밀도

본 발명에 따른 고체의 밀도와 액체의 밀도는 각각 수학식 3과 수학식 4로 표현할 수 있다.

P : 고체의 밀도, A : 공기중 샘플의 무게, B : 물 속에서의 샘플의 무게, P⁰ : 액체의 밀도

P⁰ : 액체의 밀도, V : 용기의 부피, A : 공기중 샘플의 무게, B : 물 속에서의 용기의 무게, d : 공기의 밀도(약 0.001/㎤)

상기한 수학식에 의해 온도별 용액의 비중을 다음의 수학식 5와 같이 정리할 수 있다.

W1 : 공기중 시편 거치대(122)(Hanger)의 무게

W2 : 공기중 시편 거치대(122)(Hanger)의 무게 + 공기중 시편의 무게

W3 : 물 속에서 거치대(122)(Hanger)의 무게 + 물 속에서 시편의 무게

W4 : 물 속에서 시편 거치대(122)(Han ger)의 무게

S. G. of liquid : 온도별 용액의 비중

본 발명은 상기한 수학식 5에서 표현한 밀도를 프로그램으로 저장하고, 입력되는 파라메터에 의해 시편의 밀도를 자동으로 측정하게 된다.

본 발명은 시편의 밀도를 측정하기 전에 밀도 측정기를 세팅하고 시스템을 다음과 같이 초기화 단계를 수행한다(S201).

본 발명에 따른 초기화 과정은 컴퓨터, 콘트롤러, 프린터의 전원을 On하고 컴퓨터에서 운용 프로그램인 DMS 파일을 불러오면 Main 화면인 열린다. 시편의 밀도 측정에 앞서 컴퓨터, 본체, 콘트롤러, 프린터의 전원(Power), 공기(Air), 물공급 라인(Water Line)과 데이터 케이블(Data Cable)의 연결상태 및 공기압력이 3 kg/㎠ 인지를 확인하고, 중량 지시계(Weight Indicator)의 중량 값을 영점으로 조정하고, 온도, 컨트롤로의 온도 지시값을 확인한다.

또한, 표준용액 공급 용기(Header Tank)의 용액이 충분한지 조치하고 밸브를 온하여, 표준용액이 테프론 호스(Teflon Hose)를 이용하여 솔레노이드 밸브를 통해 수위 확보용 물통(Main Tank)을 거쳐 밀도 수조탱크(Moving Tank)에 도달하게 한다. 수위센서(80)는 시편 이송대(140)가 시작점에 위치하고 시편 집게(151)가 시편 거치대(122) 방향에 있을 경우만 작동 하며, 수위가 낮을 경우 이를 감지하여 용액이 흐르도록 솔레노이드 밸브를 개폐하고 수위가 적정 상태를 회복하면 작동을 멈춘다.

본 발명은 PC/Local Mode에서 측정/테스트를 하기 이전에 시편을 장착대(142)에 적재한 후 이송대(140)에 삽입하여 체결한다. 장착대(142) 하부에는 흑염 처리된 Steel 부품이 조립되어 있고 이송대 중앙부에는 영구자석이 SUS 플레이트 아래에 위치하고 있으며, 장착대 하부에 위치한 미세한 홈은 이송대의 양측에 돌출된 볼 프란자와 결합되어, 시편 장착대와 이송대는 탈, 부착이 용이하고 그 위지가 정확하며 체결이 확실하게 된다.

이후, 전원을 온하면 판넬 스위치는 수동조작(Local Mode) 상태가 되며, 판넬의 각 스위치를 이용하여 아래와 같이 본체의 상태를 점검한다.

- PC/LOCAL: 본체를 PC 측정 및 자체 테스트로 전환한다.

- HOME : 시편 이송대(140)가 시작점(Home) 위치인 X축 (-)방향으로 이송한다.

- FEED : 시편 이송대(140)가 1 Step 씩 X축 (+)방향으로 이송한다.

- UP/DOWN : 수조탱크(130)이 Z축으로 상하 작동한다.

- ROT : 집게(151)가 부착된 에어척(150)과 조립된 로터리 실린더(152)가 Y축으로 180° 회전한다.

- Clamp/Unclamp : 집게(151)가 시편(119)을 잡거나 놓는다.

- All Check : 적재된 시편 모두를 대상으로 전체적인 작동 테스트를 한다.

또한, 컴퓨터를 이용한 자동측정을 위해서는 판넬 스위치를 PC 모드e로 전환하고, 컴퓨터 화면상의 컨트롤창에 있는 다음의 버튼을 마우스로 누른다.

신규시작 : 품목명, 작업자, 패널번호, 배치(Batch) 번호 등을 투입하는 입력창이 표시되며, 새로운 측정을 시작한다. 측정시간은 연결시작과 동일하게 자동으로 나타난다.

연결시작 : 기존 데이터를 불러와서 연속적으로 측정한다.

일시정지 : 측정 중 일시적인 중지가 필요할 경우 사용한다.

프 린 트 : 측정된 데이터를 출력한다.

종 료 : 측정이 완전히 종결될 때에 사용하며, 표준 용액의 수온, 시편의 대기 및 수중 질량, 부피, 비중, 밀도 등에 대한 최대값, 최소값, 평균값, 표준 편차가 표시된다.

이와 같이 시스템이 초기화되면, 컴퓨터의 화면에서 신규시작 버튼을 마우스로 누르면, 시편 거치대(122)의 공기 중 무게를 지정된 안정시간이 경과한 후 측정하고 1차 영점으로 저장한다. 무게 값은 본체 판넬 스위치의 표시부와 제어부의 무게표시장치에 실시간으로 항상 표시된다. 이때 시편 집게(151)의 위치는 자동으로 전방인 이송대(140)를 향한다(S202).

에어 실린더(137)의 작동에 의하여 밀도 측정용 이동탱크(131)가 가이드봉(134)(135)을 따라 Z축으로 승강이동하여 시편 거치대(122)의 일정 부분이 용액에 잠긴 상태로 거치대(122)의 수중 무게를 측정하고 2차 영점으로 기억한다(S203).

밀도 측정용 이동탱크(131)가 가이드봉(134)(135)을 따라 Z축 (-)방향으로 하강 이동하고, 에어척(150)이 오므라져서 집게(151)가 장착대(142)의 1번 안착홈(142b)에 있는 1번 시편을 잡으면 로터리 실린더(152)에 의해 거치대(122) 쪽으로 180° 회전한다(S204).

에어척(150)이 벌어져 집게(151)가 거치대(122) 위에 1번 시편을 올려놓고, 다시 이송대(140)를 향해 180° 회전한다(S205).

상기한 단계 S205가 완료되어 지정된 안정시간이 경과하면 거치대(122)와 거치대(122)에 놓인 시편의 무게를 측정한다. 이때 시편의 공기 중 무게는 PC 화면상 에 출력된다(S206).

밀도 측정용 이동탱크(131)가 가이드봉(134)(135)을 따라 적정 위치까지 Z축 승강 이동하여 기포발생 방지를 목적으로 시편(119)과 거치대(122)가 용액에 잠기도록 한 후 Z축으로 하강 이동한다(S207). 이러한 작동은 그 횟수를 조절할 수 있다.

단계 S207이 완료되면, 에어 실린더(137)의 작동에 의하여 밀도 측정용 이동탱크(131)가 적정 위치까지 Z축으로 승강 이동한 후 정지한 상태에서 일정한 안정화 시간이 경과하면 거치대(122)와 시편(119)의 수중무게를 측정한다(S208).

이때 PC 화면상에 시편의 수중 무게, 표준용액의 수온과 시편의 부피, 비중, 밀도, 측정일시가 출력된다.

이후, 밀도 측정용 이동탱크(131)가 Z축으로 하강 이동함과 동시에, 이송대 방향에 위치한 집게가 부착된 에어척과 조립된 로터리 실린더(152)가 거치대(122)쪽으로 회전하여 측정 완료된 1번 시편을 잡고 이송대(140)쪽을 향해 회전하여 1번 안착홈(142b)에 1번 시편을 내려놓는다(S209).

이송대의 안전한 작동을 위하여 이송대 방향에 위치한 집게가 부착된 에어척과 조립된 로터리 실린더(152)가 Y축 후방향, 즉 거치대(122)쪽으로 180° 회전하면, 이송대(140)에 체결된 시편 장착대(142)가 X축 (+)방향으로 1스텝 전진하여 2번 시편이 있는 장착대의 2번 홈 위치에서 정지하고, 에어척(150)이 이송대(140) 쪽으로 180° 회전하여 정지하여 단계 S202부터 단계 S209까지의 과정을 반복하여 시편을 측정한다(S210-S211).

이러한 반복된 과정을 통해 시편 20개의 측정이 완료되면 자동적으로 이송대(140)가 X축 (-)방향으로 정속 이동하여 시작점으로 복귀한다(S211).

본 발명의 실시예에서는 1회 작업의 측정대상 시편의 수가 처음에 입력한 Pallet No., Batch 번호에 의거 20개가 초과할 경우에는 다음 측정 대상인 시편 장착대를 이송대에 결합시킨 후 PC 화면의 연속측정 버튼을 마우스로 누르면 측정이 자동으로 계속된다.

측정이 최종 완료되면 종료버튼, Data 필요시 프린트 버튼을 마우스로 누른다.

한편, PC 측정 중에 장착대의 홈에 시편이 1개가 없을 경우 PC 메인 화면의 해당 시편 데이터 기록 부분에 Err 표시가 되고 측정은 계속 수행된다. 단 시편이 연속해서 2개가 없을 경우에는 PC 메인 화면의 해당 시편 데이터 기록 부분에 Err 표시가 되나 측정은 자동 정지된다.

운전 중에 외부의 물리적인 요인에 의하여 일정시간(예:7초) 이상 작동이 않될 경우에는 자동적으로 경광등이 점멸하여 본체의 이상을 자동으로 알린다.

용액의 교체가 필요할 경우 본체 후면의 용액 배출부(Water Drain Valve)의 밸브를 On하면 수위 확보용 물통(Main Tank)에 있는 용액은 자동으로 배출된다.

시편이 밀도 측정용 수조탱크에 빠졌을 경우에는 이탈시편 이너탱크의 손잡이를 잡고 들어 올리면 시편을 간단히 꺼낼 수 있다.

표준용액 중 초순수의 비중 값은 기본적으로 입력되어 있으며, 별도의 표준 용액 비중 값을 사용할 경우 PC 화면 좌상단의 System/configuration 창에 온도별 용액의 비중 값을 입력하여 적용할 수 있다.

표준용액의 수온은 컨트롤러 전원을 온하면 수위 확보용 물통(Main Tank)에 체결되어 있는 수온센서(Temp. Sensor)가 물통에 있는 용액의 수온을 전기신호로 컨트롤러에 전송하여 측정하며 온도 값은 컨트롤러의 온도 지시계에 실시간으로 표시된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 본체, 콘트롤러, 컴퓨터, 운용 소프트웨어 및 프린터로 구성되고 측정값은 밀도, 비중, 부피, 질량, 표준용액의 온도와 최대, 최소, 평균, 표준편차가 하나의 화면에 Display 되며, 운용 프로그램은 단순 명료하여 사용하기 매우 편리하다.

기존의 고체 밀도(비중)측정 장치에서는 기대할 수 없는 이런 장점은 제품의 생산과정에서 정확한 밀도측정에 기여함으로써 원가절감과 완벽한 규격의 제품생산을 가능하게 한다.

본 발명은 전자저울을 이용하여 시편의 밀도를 측정할 수 있도록 하여 더욱 정밀한 밀도를 요구하는 곳에 사용할 수 있도록 한 효과가 있는 발명이다.

Claims (15)

1. 서포터에 지지되어 시편의 무게를 측정하기 위한 무게측정수단;

   상기 무게측정수단에 현수되어 시편을 거치시키기 위한 거치수단;

   상기 거치대 하방에 위치하여 상기 시편을 담수시키고 상하로 승하강시키기 위한 승강장치를 갖는 이동탱크;

   다수의 시편을 장착하고 x축 방향으로 이동하는 장착수단;

   상기 거치수단과 상기 장착수단사이에 위치하여 z축으로 축회전하는 것에 의해 상기 장착수단에 장착된 시편을 거치대에 거치시키고, 거치된 시편을 상기 장착수단으로 회수하는 시편 이동수단;

   상기 장착수단을 이동시키기 위한 동력을 제공하는 동력수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 무게측정수단은,

   로드셀 또는 전자저울 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 이동탱크는,

   상기 서포터에 수직으로 지지되는 한 쌍의 가이드봉에 의해 안내되는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 이동탱크는,

   에어실린더에 의해 승강하는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 이동탱크의 일측과 결합되는 연결뭉치를 포함하며, 상기 연결뭉치는 상기 에어실린더의 구동력에 의해 상기 가이드봉을 따라 이동하면서 상기 이동탱크를 승강시키는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 이동탱크는, 측벽에 수위를 일정하게 유지하기 위한 배출공이 형성된 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 이동탱크는,

   그 내부에 구비되어 시편이 상기 거치대로부터 이탈할 경우 회수하기 위한 이너탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 이너탱크는 상부 개구부 플레이트에 손잡이가 구비되고, 양측면이 개방되어 있으며, 저면에 다수의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 장착수단은

   상기 동력수단과 연결되어 x축방향으로 이동하는 이송대와, 상기 이송대와 결합되어 다수의 시편을 장착시키기 위한 장착대로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
10. 제 9항에 있어서, 상기 이송대와 장착대는 각각 상면과 저면에 구비된 판형의 영구자석에 의해 결합하는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
11. 제 1항에 있어서, 상기 시편이동수단은,

    에어실린더, 상기 에어실린더에 축설되는 에어척 및 상기 에어척에 구비되어 시편을 집기위한 집게로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
12. 제 1항에 있어서, 상기 동력수단은,

    서보모터, 상기 서보모터에 축설되는 제1풀리, 상기 제1풀리와 대응하여 위치하는 제2풀리, 상기 제1풀리와 제2풀리를 연결하는 타이밍벨트 및 상기 제2풀리와 결합되어 x축 방향으로 설치되는 볼스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
13. 제 12항에 있어서, 상기 볼스크류는 상기 이송대와 결합되는 연결뭉치가 끼움되어 그 회전력에 의해 상기 이송대를 x축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 고체밀도 자동측정기.
14. 제 1항에 있어서, 상기 동력수단은,

    서보모터, 제1 내지 제4풀리 및 상기 풀리에 체결되어 상기 서보모터의 회전력에 의해 x축 방향으로 이동하는 것에 의해 상기 이송대를 이동시키는 타이밍벨트를 포함하는 것을 특징으로 고체밀도 자동측정기.
15. a)시스템을 초기화시키는 단계:

    b)시편 거치대의 공기 중 무게를 지정된 안정시간이 경과한 후 측정하고 1차 영점으로 저장하고, 시편 집게가 이송대로 향하는 단계;

    c)이동탱크가 Z축으로 승강이동하여 시편 거치대의 일정 부분이 용액에 잠긴 상태로 거치대의 수중 무게를 측정하고 2차 영점으로 기억하는 단계;

    d)상기 이동탱크가 하강 이동하고, 에어척의 집게가 장착대(142)의 1번 안착홈에 있는 시편을 거치대에 거치시키는 단계;

    e)상기한 d)단계 완료되어 지정된 안정시간이 경과하면 거치대와 거치대에 놓인 시편의 무게를 측정하는 단계;

    f)상기 이동탱크가 상향 이동하여 기포발생 방지를 목적으로 시편과 거치대가 용액에 잠기도록 한 후 하향 이동하는 단계:

    g)상기 f)단계가 완료되면, 이동탱크가 상향 이동한 후 정지한 상태에서 일정한 안정화 시간이 경과하면 거치대와 시편의 수중무게를 측정하는 단계;

    h)상기 이동탱크가 하강하여 이동함과 동시에, 에어척의 집게가 측정 완료된 시편을 장착대의 안착홈에 내려놓는 단계:

    i)상기 d)단계부터 상기 h)단계까지 반복하여 나머지 시편을 측정하는 단계: 및

    j)상기한 과정을 통해 다수의 시편이 측정 완료되면 이송대가 X축(-)방향으로 정속 이동하여 시작점으로 복귀하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 밀도 자동측정기를 이용한 측정방법.

Images