KR20150036602A - 코팅 조성물의 자동화된 제조, 도포 및 평가 시스템 및 방법 - Google Patents

코팅 조성물의 자동화된 제조, 도포 및 평가 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20150036602A
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마크 디 루이스
월터 제이 로버트슨
매리 김브로
네이선 굿나우
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피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 코팅 조성물을 제조, 도포 및 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 코팅 조성물을 다양한 기재에 도포하는 경우, 공정 변수와 함께 코팅 조성물에 포함된 성분의 양을 모니터링할 수 있다. 특정 양태에서, 제조된 샘플 코팅의 특성을 목표 또는 참조 코팅의 특성과 비교하여 이들이 충분히 매칭되는지 결정한다.

Description

코팅 조성물의 자동화된 제조, 도포 및 평가 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATED PRODUCTION, APPLICATION AND EVALUATION OF COATING COMPOSITIONS}
본 발명은 코팅 조성물의 제형 및 도포 변수를 모니터링하면서 코팅 조성물을 제조 및 도포하고, 제조된 코팅 및 모니터링된 데이터를 목표(target) 또는 참조(reference) 코팅과 비교하여 평가하기 위한 자동화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 색상 매칭(color matching) 작업은 매우 노동 집약적이다. 기술자는 일반적으로 코팅 조성물의 각각의 성분을 선택하고 저울 상의 용기에 수동으로 주입함으로써 코팅 조성물의 무게를 손으로 측정(hand-weigh)하고, 희석제(reducer)를 선택하고 측정 스틱(stick)을 사용하여 상기 희석제를 성분 용기에 수동으로 주입함으로써 상기 조성물을 희석시킨다. 이어서, 기술자는 코팅 조성물을 혼합하고 패널(panel) 상에 도포한다. 각각의 패널은 조성을 수동으로 조절하는 숙련된 컬러리스트(colorist)에 의해 평가된다. 이어서, 상기 공정은 매칭이 컬러리스트에 의해 허용가능한 것으로 인정될 때까지, 재-중량 측정, 분사 및 조절을 위하여 기술자에게 되돌아 간다.
본 발명의 한 양태는 목표 제형에 포함되는 코팅 조성물의 성분의 종류 및 목표량을 포함하는 코팅 조성물을 위한 목표 제형을 제공하는 단계; 코팅 조성물의 성분을 용기에 자동으로 분배하고 용기에 분배된 코팅 조성물의 성분 각각의 양을 측정하는 단계; 성분 각각의 측정량을 성분 각각의 목표량과 비교하는 단계; 코팅 조성물을 기재에 도포하고 코팅 조성물을 경화하여 샘플 코팅을 형성하는 단계; 샘플 코팅의 특성을 목표 코팅 제형으로부터 제조된 목표 코팅의 특성과 비교하는 단계; 및 샘플 코팅과 목표 코팅의 특성 간의 임의의 차이를 성분 각각의 측정량과 성분 각각의 목표량 간의 비교와 상호 연관시키는 단계를 포함하는 코팅을 위한 색상 매칭 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 코팅 조성물의 성분을 포함하는 하나 이상의 자동화 코팅 성분 분배기; 하나 이상의 성분 분배기에 인접하게 위치하여, 코팅 조성물의 성분을 수용할 수 있는 용기; 용기에 분배된 성분 각각의 양을 측정하는 성분 센서; 코팅 조성물의 성분 및 용매를 혼합하기 위한 혼합기; 혼합된 코팅 조성물에 압력을 가하여 코팅 조성물을 용기로부터 도포 장치로 분배하도록 구성되고 배열된 자동화 가압 스테이션(station); 및 성분이 용기로 분배되고 측정된 후, 용기를 혼합기로 운반하고, 용기를 혼합기로부터 자동화 가압 스테이션으로 운반하도록 구성되고 배열된 로봇 암(arm)을 포함하는 자동화 색상 매칭 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는 목표 제형에 포함되는 코팅 조성물의 성분의 종류 및 양을 포함하는 코팅 조성물을 위한 목표 제형을 제공하도록 프로그래밍된 컴퓨터;코팅 조성물의 성분을 포함하는 하나 이상의 자동화 성분 분배기; 하나 이상의 성분 분배기에 인접하게 위치하여, 코팅 조성물의 성분을 수용할 수 있는 용기; 및 용기에 분배된 성분 각각의 양을 측정하는 자동화 성분 센서를 포함하되, 상기 컴퓨터는 각각의 성분의 측정된 양에 상응하는 데이터를 저장하도록 프로그래밍되는, 코팅 조성물 분배 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅 시스템 및 방법의 양태를 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅 시스템의 양태를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅 조성물 분배 시스템의 입체도이다.
도 4는 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅 시스템의 양태를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅에서의 용도를 위한 용기 가압 시스템의 부분 측면도이다.
본원에 사용된 용어 "색상 매칭"은 다른 코팅과 비교한 코팅의 특성 평가를 의미한다. 특성은 색상 또는 분광 특성, 외관, 및 물성을 포함할 수 있다. 색상/분광 특성은 코팅 분야에 공지되어 있고, 순색(solid color) 및 전방각(gonio apparent) 색, 예컨대 금속 색 및 진주광 색을 포함한다. 이러한 특성은 통상 전자기 스펙트럼의 가시 범위에서 측정 또는 분석되나, 몇몇 경우에는 적외선 및 자외선 범위와 같은 전자기 스페트럼의 다른 범위에서 측정 또는 분석된다. 외관 특성의 예로는 광택, 헤이즈, 이미지의 식별도, 반점, 투명도 등을 들 수 있다. 물성의 예로는 필름 두께, 건조 시간, 경도, 내마모성, 접착성, 전도성, 밀도, 분산성, 유연성 등을 들 수 있다. 본원에 사용된 용어 "목표 코팅"은 본 발명에 따라 제조된 코팅과 비교하여 매칭되는 하나 이상의 특성을 갖는 코팅을 의미한다. 본원에 사용된 용어 "목표 제형"은 매칭되는 목표 코팅과 특성이 동일 또는 유사한 선택된 코팅에 상응하는 코팅 제형을 의미한다. 선택된 코팅 및 이에 상응하는 목표 제형은 수동 및/또는 자동으로, 예컨대 목표 코팅을 다수의 색상 칩에 비교하고 목표 코팅에 매칭되는 것으로 나타나는 하나 이상의 색상 칩을 선택하는 색상 분석기에 의해 선택될 수 있다. 선택된 색상 칩은 색상 매칭 공정 동안 "목표 제형"이 되는 관련 색상 제형을 가질 수 있다. 용어 "샘플 코팅"은 목표 코팅과 비교하여 평가될 수 있는 본 발명의 시스템 또는 방법에 의해 제조되는 코팅을 의미한다. 용어 "성분"은, 코팅 조성물을 참조하는 경우, 코팅 조성물 제형의 요소 또는 재료, 예컨대 안료, 색소, 수지, 첨가제, 촉매, 용매 등을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동화 코팅 시스템 및 방법의 양태를 도시한 흐름도이다. 상기 시스템 및 방법은 (1) 목표 코팅 제형을 초기화하는 단계, (2) 용기를 충전하고 코팅 조성물의 성분을 측정하는 단계, (3) 필요한 경우, 성분의 양을 조절하는 단계, (4) 측정된 성분량 데이터를 저장하는 단계, (5) 희석제를 첨가하는 단계, (6) 성분 및 희석제를 혼합하는 단계, (7) 코팅 조성물을 가압하는 단계, (8) 코팅 조성물을 도포하고 경화시키는 단계, (9) 샘플 코팅을 평가하는 단계, (10) 샘플 코팅 특성을 저장된 코팅 제형 및/또는 공정 데이터와 상호 연관시키는 단계, (11) 합격/불합격 분석 단계, (12) 저장된 코팅 성분량 데이터 및/또는 공정 데이터 및/또는 코팅 특성 데이터에 상응하는 샘플 코팅에 표시자를 적용하는 단계, (13) 저장된 성분량 데이터 및/또는 공정 데이터 및/또는 코팅 특성 데이터를 저장된 코팅 제형 데이터 베이스에 추가하는 단계를 포함한다. 본 발명의 시스템 및 방법은 다수의 용도에 적합하다. 몇몇 적합한 용도의 예로는 자동차 보수 도장(refinish), 자동차 OEM, 자동자 부품 및 제품, 건축 코팅, 가전 제품, 가전 기기, 스포츠 및 레크레이션 장치, 항공기 등을 들 수 있다. 특정 양태에서, 코팅 조성물은 색상 실험실 등에서 사용되는 것과 같은 하나 이상의 시험 패널에 도포될 수 있다.
임의의 적합한 코팅 조성물은 본 발명의 시스템에 사용될 수 있다. 예컨대, 몇몇 적합한 용매계 코팅 조성물은 아이소사이아네이트 하이드록실, 에폭시 아민, 안하이드라이드 하이드록실, 아크릴레이트, 아크릴/CAB, 알키드, 아세틸아세토네이트 케타민, 아크릴 래커, 바이닐 뷰틸알데하이드, 에폭시/산, 멜라민 하이드록실, 실란, 아크릴 우레탄 등을 포함한다. 몇몇 적합한 수계 조성물은 아이소사이아네이트 하이드록실, 에폭시 아민, 아크릴 라텍스, 멜라민 하이드록실, 폴리우레탄 분산제 등을 포함한다.
도 1에 도시된 제 1 단계에서, 목표 코팅 제형은 목표 색상과 유사한 파일 서랍(file drawer) 내의 색상을 검색하고, 상기 색상을 목표 색상과 가시적으로 비교한 후, 상기 목표 코팅 제형을 컴퓨터 파일에 입력함으로써 초기화될 수 있다. 특정 양태에서, 반사 검색 툴(tool)이 목표 색상을 스캔하는 데 사용된 다음, 통상의 기술자에게 공지된 표준 알고리즘이, 동일한 코팅 화학 내의 미리-설정된 제형의 전자 데이터 베이스를 검색하고 알고리즘에 의해 가깝다고 여겨지는 색상을 나열하는 데 사용될 수 있다. 다음으로, 작동자는 가까운 색상을 목표 색상과 가시적으로 비교하고 가장 가까운 목표 코팅 제형을 컴퓨터 파일에 입력할 수 있다. 다르게는, 목표 색상의 반사 특성을 입력하고, 통상의 기술자에 공지된 알고리즘이, 색상 매칭을 위한 출발점이 될 성분의 신규한 제형을 시도할 수 있다.
도 1에 나타낸 제 2 단계에서, 용기는 하나 이상의 분배 스테이션(station)으로 전달되고, 이때 선택된 코팅 조성물 제형의 성분이 용기에 투입된다. 이 단계에서, 용기에 첨가되는 성분 각각의 양이 임의의 적절한 수단에 의해 측정된다. 예컨대, 성분 각각의 중량은 저울에 의해 측정될 수 있다. 각각의 성분은 가능한 한 목표량에 가깝게 분배된다. 그러나, 분배기는 100% 정확한 분배를 달성할 수 없기 때문에, 실제 분배된 중량이 혼합되는 색상의 실제 조성물을 제공하기 위해 기록된다. 예컨대, 성분 100.2g의 분배가 요구되는 경우, 실제 분배된 양은 실제로 100.3g일 수 있다. 이는 분배기에 의한 특정의 부정확한 양뿐만 아니라, 코팅 성분의 점도에도 기인한다. 따라서, 근접하지만 언제나 정확하지는 않은 분배가 나타난다. 목표 중량 및 실제 주입 중량 모두 저장될 수 있고, 실제 주입 중량은 색상의 진정한 표현으로서 이용된다.
도 1에 나타낸 제 3 단계에서, 성분 각각의 측정값에 기초하여, 시스템은, 예컨대 어느 성분의 양이 다른 성분과의 관계에서 목표 제형의 수준 미만인 것으로 측정되는 경우 하나 이상의 상기 성분의 추가량을 첨가함으로써, 선택적으로 제형을 조절할 수 있다.
도 1에 나타낸 제 4 단계에서, 희석제의 측정량과 함께 성분 각각의 측정량은 컴퓨터 또는 다른 데이터 저장 장치 또는 시스템에 저장될 수 있다.
코팅 조성물의 성분이 분배되고 측정되고 그의 양이 저장된 후, 희석제가 도 1에 나타낸 제 5 단계에서의 용기에 선택적으로 첨가될 수 있다. 코팅 분야에서 통상의 기술자에게 공지된 물 및 유기 용매를 비롯하여, 임의의 적절한 희석제가 사용될 수 있다. 첨가되는 희석제의 양은, 예컨대 저울 또는 체적 계량(metering) 장치에 의해 측정될 수 있다. 또한, 측정된 희석제의 양은 측정된 성분량 데이터와 함께 저장될 수 있다.
도 1에 나타낸 제 6 단계에서, 코팅 조성물의 다양한 성분 및 희석제는 하기 보다 상세히 설명된 바와 같이, 예컨대 자동화 혼합 시스템을 사용하여 혼합될 수 있다.
코팅 조성물이 혼합된 후, 용기는 하기 보다 상세히 설명된 바와 같이, 시스템으로 운반될 수 있고, 이때 코팅 조성물은 자동 가압된다(제 7 단계).
일단 가압되면, 코팅 조성물은 하기 보다 상세히 설명된 바와 같이, 제 8 단계에서 다양한 종류의 기재에 도포되고, 경화되어 코팅된 물품 및 샘플 코팅을 형성할 수 있다.
도 1에 나타낸 제 9 단계에서, 제조된 샘플 코팅은 가시적 및/또는 자동화 검출기에 의해 평가된다. 수동 평가 기술의 예로는 본 발명의 방법에 의한 샘플 코팅에 대한 목표 코팅의 사이드-바이-사이드(side-by-side) 및/또는 오버레이(overlay) 비교를 들 수 있다. 평가는 모의 일광(simulated daylight), 수평광, 형광, UV광 및 색 심도(color depth)를 위한 강한 모의 일광 스포트라이트(spotlight)를 포함하는 표준 관찰 조건에서 수행될 수 있다. 특정 양태에서, 평가는, 평가기가 특정 조건에서 색상을 판단할 수 있도록 주변 광의 투과가 없는 조건에서 수행된다. 자동화 평가 기술은, 예컨대 샘플 코팅 색상에 대비되는 목표 코팅 색상의 분광 및 외관 분석을 포함한다. 분광 곡선 또는 이미지는 색상 공간 내의 두 개의 패널의 상대적인 근접도(relative proximity)를 나타내는 수치 허용 값과 함께 다양한 관찰 각 및 다양한 광원으로부터 발생할 수 있다. 목표 코팅 색상에 대한 거리 또는 근접도의 지표를 제공함과 동시에, 시스템은 색상 매칭을 얻기 위한 시도 중에 첨가, 제거 또는 변경할 성분의 종류 및 양을 나타내는 데 추가적으로 사용될 수 있다.
도 1의 제 10 단계에서 나타낸 바와 같이, 샘플 코팅이 평가된 후, 그의 특성은 저장되고, 목표 코팅 제형, 각각의 성분의 각각의 양을 포함하는 실제 측정된 코팅 제형, 및 압력 수준, 전달 속도, 기재 종류, 분사 패턴 겹침, 코팅층의 수, 코팅 조성물의 수, 플래시(flash) 및 경화 시간 등과 같은 도포 변수를 포함하는 미리 저장된 데이터와 상호 연관될 수 있다.
도 1에 나타낸 합격/불합격의 제 11 단계에서, 상기 설명된 수동 및/또는 자동화 공정에 의해 분석되거나 또는 측정된 샘플 코팅의 선택된 특성은 목표 코팅의 특성과 비교되어 허용가능한 매칭이 있는지 여부를 결정할 수 있다. 샘플 코팅이 합격인 경우, 공정은 하기 설명된 제 12 단계 및 제 13 단계로 진행될 수 있다. 샘플 코팅이 불합격인 경우, 공정은 이전의 단계 중 하나 이상, 예컨대 도 1의 제 2 단계로 되돌아 갈 수 있고, 여기서 보다 가까운 매칭을 얻기 위하여 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다. 예컨대, 제 2 단계에서, 새로운 용기가 측정된 양의 코팅 조성물 성분으로 충전될 수 있고, 공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 다시 진행될 수 있다.
도 1에 나타낸 제 12 단계에서, 표시자는, 예컨대 알파-숫자 기호(alpha-numeric symbol), 바코드, QR 코드(quick response code) 또는 임의의 다른 유형의 표시자를 샘플 코팅을 포함하는 패널에 적용함으로써 샘플 코팅에 적용될 수 있다. 예컨대, 패널의 후면 또는 전면에 직접 표시되거나, 라벨이 이에 붙여질 수 있다. 표시자는 성분량 데이터, 공정 테이터, 색/분광 데이터, 외관 데이터 및/또는 물성 데이터를 포함하는 코팅 특성 데이터, 합격/불합격 데이터 및/또는 샘플 코팅의 특성이 목표 코팅의 특성에 얼마나 가깝게 매칭되는지에 상응하는 데이터 등의 데이터를 포함할 수 있다.
도 1에 나타낸 마지막 제 13 단계에서, 상기 설명한 다양한 유형의 데이터가 데이터 베이스, 예컨대 저장된 코팅 제형을 포함하는 데이터 베이스에 추가될 수 있다. 상기 단계 및 도 1에 나타낸 다른 단계를 순차적으로 도시하였으나, 이러한 단계는 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있고, 순차적으로뿐만 아니라 병렬적으로 수행될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 한 양태에 따른 자동화 코팅 시스템(15)을 도시한다. 자동화 코팅 시스템(15)은 자동화 코팅 분배 시스템(20) 및 자동화 코팅 조성물 혼합 및 가압 시스템(30)을 포함한다.
도 3에 상세히 나타낸 바와 같이, 자동화 코팅 분배 시스템(20)은 코팅 조성물의 성분이 저장되고 코팅 노즐(23)을 통해 분배되는 다중 코팅 성분 분배기(22)를 포함한다. 코팅 성분 분배기(22)에 인접한 컨베이어(24)는 용기(28)를 지지하는 셔틀(26)을 코팅 성분이 하나 이상의 분배기(22)로부터 분배되는 곳으로 운반한다. 셔틀(26)은 하나의 분배기(22)로부터 분배된 코팅 성분 각각의 중량을 측정하는 데 사용되는 저울(29)을 포함한다. 자동화 분배 작동 중, 셔틀(26)은 컨베이어(24)를 따라 분배 노즐(23) 아래의 위치로 이동하고, 이때 컵(28)은 특정 코팅 성분으로 충전된다. 코팅 성분이 용기(28)에 분배된 후, 저울(29)은 성분의 중량을 측정하는 데 사용된다. 셔틀(26) 및 용기(28)가 하나 이상의 분배기(22)로 운반되고, 용기(28)가 적절한 코팅 성분으로 충전된 후, 셔틀(26)은 도 2에 나타낸 희석제 분배기(35)에 인접한 위치로 이동한다. 이 단계에서, 특정 양태에서, 용기(28)는 필요한 종류 및 양의 희석제로 충전될 수 있다. 다르게는, 희석제는 하나 이상의 분배기(22)에 의해 용기(28)로 분배될 수 있다.
도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 자동화 코팅 조성물 혼합 및 가압 시스템(30)은 희석제 분배기(35), 로봇 암(42)을 갖춘 로봇(40) 및 혼합기(50)를 포함한다. 또한, 혼합 및 가압 시스템(30)은 용기 공급 어셈블리(60), 덮개(lid) 공급 어셈블리(70), 및 덮개 설치 및 제거 어셈블리(80)를 포함한다. 또한, 혼합 및 가압 시스템(30)은 덮개 처리 슈트(chute) 및 리셉터클(receptacle)(90), 및 용기 처리 슈트 및 리셉터클(100)을 포함한다. 혼합 및 가압 시스템(30)은 가압 시스템(110)을 추가로 포함한다.
도 2 및 도 4에 나타낸 다양한 성분 및 어셈블리는 로봇 암(42)이 코팅 조성물 용기(28)를 혼합 및 가압 시스템(30)의 다양한 스테이션으로 효율적으로 이동시킬 수 있도록 배열된다. 분배기로부터의 분배 완료 신호 후에, 분배되고 측정된 코팅 성분으로 충전된 용기(28)에 희석제 분배기(35)가 장착될 수 있고, 이때 목적하는 희석제가 용기에 분배된다. 이어서, 로봇(40)은 충전된 용기(28)를 덮개 설치 및 제거 어셈블리(80)로 운반하고, 이때 덮개가 용기(28)에 적용된다. 로봇(40)은 덮개가 씌워진 용기(28)를 혼합기(50)로 운반하여 성분과 희석제를, 예컨대 10 내지 60초 등의 미리 정해진 시간, 예컨대 30초 동안 혼합한다. 이어서, 로봇(40)은 용기(28)를 혼합기(50)로부터 덮개 설치 및 제거 어셈블리(80)로 운반할 수 있고, 이때 덮개는 용기(28)로부터 제거되어 덮개 처리 슈트 및 리셉터클(90)로 분배된다. 이어서, 로봇(40)은 용기(28)를 자동화 가압 시스템(110)으로 운반할 수 있다. 가압 및 도포 단계 후, 로봇(40)은 사용된 용기(28)를 용기 처리 슈트 및 리셉터클(100)로 이동시킬 수 있다. 처리된 덮개 및 용기는 폐기되거나, 또는 세척 및 재활용된다.
특정 양태에서, 코팅 성분 및 희석제가 혼합된 후, 용기(28)는, 예컨대 본원에 참조로 포함되는 미국 특허출원 제13/104,043호에 개시되어 있는 압력 전달 시스템으로 운반된다. 압력 전달 시스템의 한 양태는 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 압력 전달 시스템(110)은 압력 캐니스터(canister)(120)를 포함한다. 충전된 코팅 조성물 용기(28)는 지지 베이스(140) 상에 위치하고, 이어서 압력 캐니스터(120) 아래의 위치까지 수평 방향(H)으로 이동한다. 압력 캐니스터(120)는 수직 방향(V)으로 하강하여 지지 베이스(140)에 대하여 시일(seal)을 형성한다. 이어서, 압력 캐니스터(120)는 가압되고, 코팅 조성물은 압력 캐니스터(120)로부터 선택된 도포 장치(도시하지 않음)로 전달된다. 목적하는 양의 코팅 조성물이 전달된 후에, 압력 캐니스터(120)는 수직 방향(V)으로 상승한 후, 지지 베이스(140)는 초기 위치까지 수평 방향(H)으로 이동한다.
압력 전달 시스템은 충전 용기(28)가 지지 베이스(140) 상에 배치된 초기 스테이지 위치(staging position)를 갖는다. 이어서, 지지 베이스(140)는, 용기(28)가 상승된 압력 캐니스터(120) 아래에 놓인 위치까지 수평 방향(H)으로 이동한다. 그 다음, 압력 캐니스터(120)는 압력 캐니스터(120)가 지지 베이스(140)와 접촉하는 위치로 하강한다.
압력 캐니스터(120)가 도 5에 나타낸 바와 같이 위치하는 경우, 가압된 기체(P)가 압력 라인(128)을 통해 압력 캐니스터(120)로 도입되고, 용기(28) 내의 코팅 조성물은 스템(125) 및 전달 라인(126)을 통해 상방으로 가압되어 목적하는 도포 장치(도시하지 않음)로 코팅 조성물(C)의 흐름을 제공한다.
도 5에 추가로 나타낸 바와 같이, 클리닝(cleaning) 고정구(150)는, 용기(28)가 지지되는 위치와 상이한 수평 위치에서 지지 베이스(140) 상에 장착된다. 클리닝 고정구(150)는, 시스템이 클리닝 위치에 있을 때 압력 캐니스터(120)의 스템(125)을 수용하도록 구성되고 배열된 중공 클리닝 챔버를 포함한다.
사이클 동안의 임의의 적절한 시간에, 그리고 바람직하게 지지 베이스(140)가 초기 위치일 때, 사용된 코팅 조성물 용기(28)는 지지 베이스(140)로부터 제거되고, 또 다른 충전된 용기(28)로 교체될 수 있다. 이러한 방식으로, 용기(28)는, 시스템이 다양한 유형의 코팅 조성물을 전달할 수 있는 속도를 증가시키기 위해서 클리닝 작동 동안 제거 및 교체될 수 있다. 이러한 제거 및 교체는, 특정 양태에서 자동으로 수행될 수 있다. 예컨대, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같은 로봇 암(42)은 사용된 코팅 조성물 용기(28)를 지지 베이스(140)로부터 제거하고/제거하거나, 충전된 용기(28)를 지지 베이스(140) 상에 배치하는 데 사용될 수 있다. 실질적으로 평평한 지지 베이스(140)의 사용은 코팅 조성물 용기(28)의 효율적인 배치 및 제거를 용이하게 할 수 있는데, 이는 용기(28)가 측벽을 갖는 압력 캐니스터 로의 컨테이너의 하방 수직 배치를 수반하는 보다 복잡한 운동보다는 수평 면에서 비교적 단순한 운동에 의해 지지 베이스(140) 상에 위치할 수 있기 때문이다. 예컨대, 로봇 암(42)은 실질적으로 수평인 면에서 회전 및/또는 이동하여, 요구되는 수직 운동이 없거나 거의 없이 용기(28)를 지지 베이스(140) 상에 위치시킬 수 있다.
특정 양태에서, 코팅 조성물은, 예컨대 본원에 참조로 포함되는 미국 특허출원 제13/327,903호에 개시된 캐리어(carrier) 시스템을 사용하여 패널에 도포되고 경화 및 평가될 수 있다. 상기 공정은, 하나 이상의 패널을 캐리어 상에 장착하는 단계, 코팅 조성물을 패널에 도포하는 단계, 캐리어 및 패널을 경화 위치로 운반하는 단계, 코팅 조성물을 경화하는 단계, 캐리어 및 패널을 경화 위치로부터 이동시키는 단계, 및 캐리어로부터 패널을 제거하는 단계를 포함한다. 제거 단계 전과 후, 경화된 코팅의 특성은 수동 또는 자동으로 평가될 수 있다.
패널이 캐리어 상에 장착된 후, 상기 기재된 하나 이상의 코팅 조성물이 패널에 도포될 수 있다. 코팅 조성물은, 예컨대 분사, 롤링(rolling), 브러싱(brushing), 블레이드(blade) 코팅, 스핀(spin) 코팅 등의 임의의 적절한 방법에 의해 도포될 수 있다. 동일하거나 상이한 코팅 조성물이 복수의 패널 각각에 도포될 수 있다. 나아가, 개별의 패널 각각은 그에 도포되는 단일의 코팅 조성물 또는 복수의 코팅 조성물을 가질 수 있다.
코팅 조성물이 도포된 후, 캐리어 및 패널은 플래시 위치 및/또는 경화 위치로 운반될 수 있다. 코팅된 패널이 부착된 캐리어는, 예컨대 캐리어를 통제하고 이를 슬라이드 메커니즘 또는 다른 지지 구조체로 이동시키는 로봇 암을 이용하는 셔틀 시스템에 의해, 분사기 또는 다른 도포 영역 밖으로 이동할 수 있다. 전체 캐리어는, 경화 영역으로 이동하기 전에 지지 구조체 상에 특정 플래시 시간 동안 그대로 남을 수 있다.
경화 작동 후에, 캐리어 및 패널은 제거되고 평가될 수 있다. 예컨대, 상기 기재된 수동 또는 자동화 측정이 수행될 수 있다. 특정 양태에서, 도장된 패널 표면을 선택된 배향 및 측정 지도로 분광 광도계에 제공하는 3축 장치를 이용한 품질 관리 측정법이 수행될 수 있다. 예컨대, 상이한 배향에서의 복수의 측정이 수행될 수 있다. 적절한 유형의 분광 광도계는 구형, 다중각, 단일각, 전방각(gonio) 분광 광도계를 포함한다. 패널을 평가하기 위한 다른 유형의 장치는 전자 현미경, 평판 스캐너, 스틸 필름 카메라, 광학 카메라, 디지털 카메라, x-선 카메라, 적외선 카메라, 아날로그 비디오 카메라, 디지털 비디오 카메라, 광택계, 필름 빌드 게이지(build gauge) 등을 포함한다.
특정 양태에서, 측정이 완료되는 경우, 로봇 암은 각각의 패널을 표시자 라벨링 시스템으로 이동시킬 수 있고, 이때 패널은 그에 적용되는 목적하는 표시자를 가질 수 있다. 이어서, 표시된 패널은, 예컨대 이의 코팅된 표면을 보호하는 랙(rack)에 상기 패널을 위치시킴으로써 저장될 수 있다. 본 발명의 양태에서, 특정 패널, 그의 코팅 제형 및 관련된 반사율 또는 다른 특성을 추적하고, 다양한 용도를 위하여 데이터 베이스에 상기 정보를 업로드하거나 다르게는 저장하는 자동화 공정이 제공될 수 있다.
특정 양태에서, 본 발명의 시스템 및 방법은 하기 기재된 다양한 절차를 이용할 수 있다.
코팅 조성물 제형 입력: 특정 작업 식별(ID)이 생성되고, 특정 제형 ID가 생성되며, 성분 및 목표 중량 목록이 생성되고, 사용자/평가자 정보가 작업 ID에 연관되며, 작업 정보가 작업 ID에 연관된다.
작업 유형: 분배기 시스템 수(예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개); 작업 개시 날짜/시간 기록; 작업 ID; 요구되는 베이스 코트의 코팅 수; 요구되는 패널 수(예컨대, 1개 또는 4개); 분광 회색 패널 색상 유형; 제 1 코트 후에 요구되는 가열된 플래시(y/n) 및 타이밍; 작업 ID에 기초하여 첨가되는 희석제의 양; 특정 혼합 시간; 자동화 압력 용기 공기 압 수준; 요구되는 클리어 코트(y/n); 클리어 코트 공정, 예컨대 코트 수, 압력, 플래시 시간 등; 베이스 코트 및 클리어 코트 작동을 위한 경화 오븐 타이밍; 패널 이동 각각의 단계 사이의 주변 공기 플래시 시간; QC 측정 공정; 작업 ID와 연결된 QC 측정 데이터; 및 작업 완료 날짜/시간 기록.
데이터/보고: 시간/일당 분배기/도장 라인당 작업의 수; 지연된 제조를 유발하는 고장 시간 또는 오류 사고; 작업당 분배 시간; 분배 출발/정지, 패널 이동, 도포, 작업 완료 시간 등으로부터 공정에 의한 자동화 시간; 및 사용자 입력의 날짜/시간 기록.
코팅 도포: 코팅 도포 단계 동안, 패널이 장착된 캐리어는 도포기로 운반될 수 있고, 작업 수는 분사를 시작하도록 요구될 수 있다(예: 도장 유형; 패널의 수 = 1개; 코트의 수 = 3개; 오직 제 1 코트 후에 가열된 플래시; 및 코트 사이의 60초 플래시). 이어서, 도포기는 패널 상에 코팅 조성물을 분사하거나 다르게는 도포할 수 있다. 특정 양태에서, 베이스 코트가 도포된 후, 패널 캐리어는 플래시 경화를 위한 히트 박스(heat box)에 제공되어 추가의 코트와 함께 분사되거나, 경화를 위해 경화 오븐으로 운반되고, 최종적으로 클리어 코트 도포기에 제공될 수 있다.
평가: 샘플 코팅 평가 단계에서, 로봇 또는 다른 운반 장치는 패널 또는 하나 이상의 패널이 장착된 캐리어를 품질 관리(QC) 적하 스테이션으로 운반할 수 있다. 측정되는 패널은 냉각 판에 60초 동안 놓여져 냉각될 수 있다. 적하 QC 영역에서, QC 검사 헤드(head)는 고정되고, 패널이 다양한 위치로 이동하여 미리-지정된 위치에서의 측정을 패널에 제공할 수 있다. 측정 작업이 완료될 수 있는 경우, 판독(reading) 사이클이 성공적이라는 것을 확인해 주는 피드백이 수행될 수 있다. 측정이 성공적이지 않는 경우, 패널이 그에 따라 표시되고, 예컨대 리젝트(reject) 스택으로 분류될 수 있다. 측정이 성공적인 경우, 판독은 데이터 베이스에 추가될 수 있다.
표시자 적용: QC 검사된 패널은 최종 패널 라벨이 인쇄되고 패널에 도포되는 라벨 인쇄 및 도포 시스템에 제공될 수 있다. 검증 후, 패널은 랙, 카트리지에 탑재되거나, 다르게는 저장된다. 상기 단계로부터 나온 데이터는 적절한 컴퓨터 데이터 베이스, 예컨대 코팅 제형 데이터 베이스로 운반된다.
이러한 상세한 설명의 목적을 위해서, 본 발명은 반대로 명확하게 규정된 것을 제외하고는 다양한 대안적인 변형 및 단계 시퀀스(sequence)를 취할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 사용된 모든 개수 표시량은 용어 "약"에 의해 모든 경우에 변형되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않는 한, 하기의 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 규정된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 수득되는 소망의 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 특허청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하는 시도가 극히 최소로 그리고 전혀 없이, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 충분한 숫자의 개수에 비추어 그리고 통상적인 라운딩 기술을 적용함으로써 이해되어야 한다.
본 발명의 넓은 범위로 한정된 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특성 실시예에 한정된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고되어 있다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 그의 각각의 시험 도구에서 발견된 표준 변형으로부터 필수적으로 기인하는 특정 에러를 포함한다.
또한, 본원에 기재된 임의의 수치 범위는 이에 포함된 모든 서브-범위를 포함하는 것으로 의도되는 것을 이해해야 한다. 예컨대, "1 내지 10"의 범위는 1의 기재된 최소 값과 10의 기재된 최대 값 사이(및 포함하는)의 모든 서브-범위, 즉 1과 등가 또는 1보다 큰 최소 값과 10과 등가 또는 10보다 작은 최대 값을 갖는 것으로 의도된다.
본원에서 달리 특별히 언급되지 않는 한, 단수의 사용은 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다. 또한, "및/또는"이 특정의 경우에 명확히 사용될 수 있지만, 본원에서 달리 특별히 언급되지 않는 한 "또는"의 사용은 "및/또는"을 의미한다.
상기 기재된 개념으로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대한 변형이 행해질 수 있다는 것이 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 것이다. 이러한 변형은 그 용어에 의해 특허청구범위에 달리 언급되지 않는 한, 하기의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 본원에 상세하게 기재된 특정 양태는 단지 예시적일 뿐, 첨부된 특허청구범위 및 그의 임의의 그리고 모든 등가물의 전체 범위에 속하는 본 발명의 범위로 제한되는 것은 아니다.

Claims (26)

  1. 목표 제형에 포함되는 코팅 조성물의 성분의 종류 및 목표량을 포함하는 코팅 조성물을 위한 목표 제형을 제공하는 단계;
    코팅 조성물의 성분을 용기에 자동으로 분배하고 용기에 분배된 코팅 조성물의 성분 각각의 양을 측정하는 단계;
    성분 각각의 측정량을 성분 각각의 목표량과 비교하는 단계;
    코팅 조성물을 기재에 도포하고 코팅 조성물을 경화하여 샘플 코팅을 형성하는 단계;
    샘플 코팅의 특성을 목표 코팅 제형으로부터 제조된 목표 코팅의 특성과 비교하는 단계; 및
    샘플 코팅과 목표 코팅의 특성 간의 임의의 차이를 성분 각각의 측정량과 성분 각각의 목표량 간의 비교와 상호 연관시키는 단계
    를 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭(color matching) 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    코팅 조성물을 기재에 도포하기 전에, 희석제(reducer)를 코팅 조성물의 성분에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  3. 재 2 항에 있어서,
    희석제의 양을 측정하는 단계, 및 희석제의 측정량을 희석제의 목표량과 비교하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    성분 각각의 측정량과 목표량을 비교하는 단계 후에, 추가량의 하나 이상의 성분을 용기에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    샘플 코팅의 특성이 색 특성, 분광 특성, 외관 특성, 물성 특성, 또는 이들의 조합을 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    샘플 코팅 및 목표 코팅의 특성이 색 특성을 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    샘플 코팅 특성 및 목표 코팅 특성의 비교에 기초하여, 샘플 코팅을 합격 또는 불합격으로 평가하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    샘플 코팅을 불합격으로 평가하는 경우에,
    코팅 조성물의 하나 이상의 성분의 양을 조절하여 조절된 코팅 조성물을 제공함으로써 코팅 조성물을 위한 목표 제형을 변경하는 단계;
    조절된 코팅 조성물의 성분을 다른 용기에 자동으로 분배하고, 또 다른 용기에 분배된 조절된 코팅 조성물의 각각의 성분의 양을 측정하는 단계;
    성분 각각의 측정량과 성분 각각의 변경된 목표량을 비교하는 단계;
    조절된 코팅 조성물을 기재에 도포하고, 조절된 코팅 조성물을 경화시켜 조절된 샘플 코팅을 형성하는 단계;
    조절된 샘플 코팅의 특성을 조절된 목표 코팅 제형으로부터 제조된 조절된 목표 코팅의 특성과 비교하는 단계; 및
    조절된 샘플 코팅과 조절된 목표 코팅의 특성 간의 임의의 차이를, 성분 각각의 측정량과 조절된 코팅 조성물의 성분 각각의 목표량 간의 비교와 상호 연관시키는 단계
    를 수행하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    표시자를 성분 각각의 측정량, 샘플 코팅의 특성, 또는 이들의 조합에 상응하는 샘플 코팅에 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    코팅 조성물을 기재에 도포하거나 경화시킬 때, 하나 이상의 공정 변수를 모니터링(monitoring)하는 단계; 및
    샘플 코팅과 목표 코팅의 특성 간의 임의의 차이를 하나 이상의 모니터링된 공정 변수와 연관시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    표시자를 성분 각각의 측정량, 하나 이상의 모니터링된 공정 변수, 샘플 코팅의 특성, 또는 이들의 조합에 상응하는 샘플 코팅에 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 코팅을 위한 색상 매칭 방법.
  12. 코팅 조성물의 성분을 포함하는 하나 이상의 자동화 코팅 성분 분배기;
    하나 이상의 성분 분배기에 인접하게 위치하여, 코팅 조성물의 성분을 수용할 수 있는 용기;
    용기에 분배된 성분 각각의 양을 측정하는 성분 센서;
    코팅 조성물의 성분 및 용매를 혼합하기 위한 혼합기;
    혼합된 코팅 조성물에 압력을 가하여 코팅 조성물을 용기로부터 도포 장치로 분배하도록 구성되고 배열된 자동화 가압 스테이션(station); 및
    성분이 용기로 분배되고 측정된 후, 용기를 혼합기로 운반하고, 용기를 혼합기로부터 자동화 가압 스테이션으로 운반하도록 구성되고 배열된 로봇 암(arm)
    을 포함하는 자동화 색상 매칭(color matching) 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    용기를 혼합기로 운반하기 전에, 희석제를 용기에 분배하도록 구성되고 배열된 희석제 분배기를 추가로 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    희석제 분배기가 용기에 분배되는 희석제의 양을 측정하는 센서를 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    로봇 암이 용기를 희석제 분배기로부터 혼합기로 이동시키도록 구성되고 배열된, 자동화 색상 매칭 시스템.
  16. 제 12 항에 있어서,
    코팅 조성물의 성분 및 희석제를 용기에 분배한 후에, 덮개(lid)를 용기에 적용하도록 구성되고 배열된 덮개 설치 스테이션을 추가로 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    덮개 설치 스테이션이 복수의 용기를 위한 복수의 덮개를 공급하는 덮개 공급기를 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  18. 제 12 항에 있어서,
    도포 장치가 분무기를 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  19. 제 12 항에 있어서,
    코팅 조성물을 용기에서 도포 장치로 분배할 때, 코팅 조성물의 압력을 기록하도록 프로그래밍된 컴퓨터를 추가로 포함하는, 자동화 색상 매칭 시스템.
  20. 목표 제형에 포함되는 코팅 조성물의 성분의 종류 및 양을 포함하는 코팅 조성물을 위한 목표 제형을 제공하도록 프로그래밍된 컴퓨터;
    코팅 조성물의 성분을 포함하는 하나 이상의 자동화 성분 분배기;
    하나 이상의 성분 분배기에 인접하게 위치하여, 코팅 조성물의 성분을 수용할 수 있는 용기; 및
    용기에 분배된 성분 각각의 양을 측정하는 자동화 성분 센서를 포함하되,
    상기 컴퓨터는 성분 각각의 측정량에 상응하는 데이터를 저장하도록 프로그래밍되는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    용기가 컨베이어에 의해 하나 이상의 성분 분배기에 인접하게 위치할 수 있는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    성분 센서가 성분의 중량을 측정하기 위한 저울을 포함하는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    코팅 조성물을 위한 희석제를 포함하는 하나 이상의 희석제 분배기를 추가로 포함하되, 용기는 상기 하나 이상의 희석제 분배기에 인접하게 위치할 수 있는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    용기에 분배된 희석제의 양을 측정하기 위한 희석제 센서를 추가로 포함하는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  25. 제 20 항에 있어서,
    컴퓨터가 목표 제형을 용기에 분배된 코팅 조성물의 실제 제형과 비교하도록 프로그래밍되는, 코팅 조성물 분배 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    시스템이 목표 제형과 실제 제형의 비교에 기초하여, 추가량의 코팅 조성물의 하나 이상의 성분을 용기에 첨가하도록 하는, 코팅 조성물 분배 시스템.
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