KR20150049921A - 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비 및 그 제어 방법 - Google Patents

비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 금형(10)이 컨베이어(conveyor) 또는 턴테이블(turntable) 등의 이송장치(20)에 장착되고 이송장치(20) 주변에 주입장치(34), 합형 및 탈형 장치, 오븐(oven) 또는 온수관 등의 가열장치(40)가 배치되어 합성수지 발포 성형물의 제조 공정을 일괄 수행하는 연속 발포 성형 설비에 관한 것으로, 알루미늄 재질의 금형(10) 표면에 무광 페인트를 도포하여 광학온도계(51)에 의한 비접촉 온도 측정이 가능하도록 함과 동시에, 적외선 온도계 또는 열상카메라 등의 광학온도계(51)를 설치하고 이 광학온도계(51)를 연속 발포 성형 설비를 제어하는 컴퓨터(52)와 연결함으로써, 이송중인 금형(10)의 온도를 실시간 비접촉 측정하고 측정된 정보를 연속 발포 성형 설비의 제어에 활용할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 종래에는 광학식 측정이 불가능하였던 알루미늄 금형(10)의 온도를 광학식으로 정확하게 측정할 수 있으며, 특히 이송중인 금형(10)의 온도를 비접촉식으로 실시간 측정하고 이를 기초로 연속 발포 성형 설비를 제어함으로써, 효율적인 공정 및 품질관리가 가능하다.

Description

비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비 및 그 제어 방법{NONCONTACT MOLD THERMOSENSING TYPE CIRCULAR FOAM MOLDING LINE AND ITS CONTROL METHOD}
본 발명은 다수의 금형(10)이 컨베이어(conveyor) 또는 턴테이블(turntable) 등의 이송장치(20)에 장착되고 이송장치(20) 주변에 주입장치(34), 합형 및 탈형 장치, 오븐(oven) 또는 온수관 등의 가열장치(40)가 배치되어 합성수지 발포 성형물의 제조 공정을 일괄 수행하는 연속 발포 성형 설비에 관한 것으로, 알루미늄 재질의 금형(10) 표면에 무광 페인트를 도포하여 광학온도계(51)에 의한 비접촉 온도 측정이 가능하도록 함과 동시에, 적외선 온도계 또는 열상카메라 등의 광학온도계(51)를 설치하고 이 광학온도계(51)를 연속 발포 성형 설비를 제어하는 컴퓨터(52)와 연결함으로써, 이송중인 금형(10)의 온도를 실시간 비접촉 측정하고 측정된 정보를 연속 발포 성형 설비의 제어에 활용할 수 있도록 한 것이다.
자동차 좌석용 완충물 등의 폴리우레탄 폼(foam) 제품은 통상 알루미늄 소재의 금형(10)으로 제조되는데, 대량 생산 제품의 경우 다수의 금형(10)이 순환 이송되면서 원료 주입, 발포, 경화, 탈형 및 이형제 도포에 이르는 전체 성형 공정이 연속 수행되는 연속 발포 성형 설비에 의하여 제조되는 것이 일반적이다.
연속 발포 성형 설비는 도 1에서와 같이, 다수의 금형(10)이 이송장치(20)에 장착되어 순환 이송되고, 합형식 금형(10)의 상형을 포착 회동하여 금형(10) 내부를 개방하는 개방장치(31), 금형(10) 내부 성형물을 취출하는 취출장치(32), 성형물이 취출된 후 금형(10) 내부 표면을 청소하거나 이형제를 도포하는 분사장치(33), 금형(10)을 가열하는 다수의 가열장치(40), 합성수지 원료를 주입하는 주입장치(34) 및 원료 주입후 금형(10)의 상형과 하형을 결합하는 합형장치(35) 등이 컨베이어 주변에 설치되어 구성된다.
도 1은 전형적인 열간 경화 방식의 연속 발포 성형 설비를 도시한 것으로, 이송장치(20)로서 체인식 컨베이어(conveyor)가 적용되었으며, 가열장치(40)로는 원료 주입전 금형(10)을 예열하는 예열 오븐(preheat oven)(40a), 주입된 원료의 발포 및 경화 중 금형(10)을 가열하는 복사 오븐(radiant oven)(40b) 및 경화 오븐(cure oven)(40c)이 적용되었으나, 세부 장치 구성은 냉, 열간 경화 여부를 비롯하여 합성수지의 종류, 제품 규격 또는 시설 규모 등에 따라 첨삭될 수 있으며, 이러한 연속 발포 성형 설비 관련 종래기술로는 특허 제755157호를 들 수 있다.
특허 제755157호를 비롯한 연속 발포 성형 설비를 통한 합성수지 발포 성형물의 제조 공정을 약술하면 다음과 같다.
도 1에서와 같이, 각각의 금형(10)은 체인 컨베이어 등의 이송장치(20)에 의하여 연속적으로 이송되는데, 금형(10)과 컨베이어가 직결되거나 컨베이어 체인에 결속된 대차(臺車)에 금형(10)이 적재되는 등의 방식이 적용될 수 있다.
또한, 대차 적재형 금형(10)에서는 대차에 보일러와 연결된 온수관을 설치하는 등의 방식으로 가열장치(40)가 구축될 수도 있으며, 컨베이어는 순환형으로 구축되어 금형(10)이 연속적으로 순환 이송되면서 일련의 공정을 반복 수행하게 된다.
우선 도 1의 하단부에 도시된 개방장치(31)에 의하여 합형식 금형(10)의 상형이 개방되고, 이후 취출장치(32)에 의하여 성형이 완료된 성형물이 금형(10)에서 탈형되어 취출된다.
취출장치(32)를 통과한 금형(10)은 새로운 성형물을 제조하기 위하여 압축공기 또는 세정제 등이 분사되거나 이형제가 도포되는 등의 사전 처리가 분사장치(33)에 의하여 수행되며, 골조가 내장되거나 부분 매입물이 구성되는 성형물의 경우 매입물인 인서트(19)를 금형(10) 내부에 투입하는 공정이 추가된다.
이렇듯 사전 처리 공정이 완료된 금형(10)은 예열 오븐(40a)에서 예열된 후 주입장치(34)로 이동되며, 주입장치(34)가 금형(10) 내부에 합성수지 원료 즉, 발포액을 주입하고 합형장치(35)가 상형과 하형을 합형하게 된다.
이후 금형(10)은 복사 오븐(40b) 및 경화 오븐(40c) 등의 가열장치(40)를 통과하면서 발포 및 경화되며, 전술한 공정을 반복하면서 성형물을 생산하게 된다.
전술한 연속 발포 성형 설비의 도입을 통하여, 종래 고정식 금형(10)을 통한 작업 방식에 비하여 생산 효율이 비약적으로 향상되었으나, 금형(10)이 지속적으로 이동한다는 점에서 전 공정을 망라하는 품질관리에 애로점이 있을 수 밖에 없었다.
특히, 금형(10)의 온도는 발포 성형물의 품질을 좌우하는 중요한 관리요소인 바, 공정별로 정확하게 조절될 필요가 있으나, 연속 발포 성형 설비의 종래 운용 기법에서는 금형(10)을 온도관리의 직접적 대상으로 취급하지 않고 가열장치(40)에 대한 제어를 통한 피동적인 가열 및 냉각 대상으로만 취급하였다.
이는 발포 성형용 금형(10)이 통상 알루미늄으로 제작되는 바, 높은 열전도성으로 인하여 가열장치(40)의 가열을 신속하게 추종한다는 이유로 금형(10)의 온도분포 및 이송중 온도변화 등을 간과한 것으로서, 합성수지 발포 성형물의 구조가 복잡해지고 품질 기준이 엄격해짐에 따라 요구되는 금형(10)의 정밀하고 기민한 온도관리가 불가능한 문제점이 있었다.
특히, 가열장치(40)에 의한 가열공정에 있어서의 금형(10) 온도 뿐 아니라, 기타 공정 또는 이송간 금형(10)의 온도를 측정하기 위해서는 금형(10)에 온도센서를 부착하고 신호선을 연결하는 등의 방식이 적용되어야 하나, 이는 금형(10)의 제작 단가를 상승시킬 수 있을 뿐 아니라, 신호선의 결속 등으로 인하여 전체 설비가 복잡해지고 원활한 순환 이송을 방해하는 등의 심각한 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 다수의 알루미늄제 금형(10), 금형(10)이 장착된 이송장치(20), 금형(10)에 원료를 주입하는 주입장치(34) 및 금형(10)을 가열하는 가열장치(40)가 구비된 연속 발포 성형 설비에 있어서, 금형(10)의 표면에는 무광 페인트가 도포되고, 금형(10)을 향하는 광학온도계(51)가 설치되며, 광학온도계(51)는 상기 이송장치(20) 또는 가열장치(40)를 제어하는 컴퓨터(52)에 연결되어, 광학온도계(51)의 측정치가 컴퓨터(52)로 입력되고 컴퓨터(52)가 이송장치(20) 또는 가열장치(40)를 제어함을 특징으로 하는 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비이다.
또한, 상기 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비의 제어 방법에 있어서, 광학온도계(51)는 열화상카메라이고 컴퓨터(52)에는 촬상정보를 처리하고 연속 발포 성형 설비를 제어하는 제어프로그램이 탑재되어, 컴퓨터(52)에 탑재된 제어프로그램이 실행되는 실행단계(S10)와, 열화상카메라가 금형(10)을 촬상하여 촬상정보를 컴퓨터(52)의 제어프로그램으로 전송하는 촬상단계(S20)와, 제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 감온영역(53) 정보를 인출하고 촬상정보와 감온영역(53)을 중첩하는 중첩단계(S31)와, 제어프로그램이 감온영역(53)내 촬상정보를 추출하는 추출단계(S32)와, 제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 설정조건 정보를 인출하고 추출단계(S32)에서 추출된 감온영역(53)내 촬상정보와 비교하여 설정조건이 만족되지 않으면 제어신호를 전송하여 연속 발포 성형 설비의 운전 상태를 변경하는 제어단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비의 제어 방법이다.
본 발명을 통하여, 종래에는 광학식 측정이 불가능하였던 알루미늄 금형(10)의 온도를 광학식으로 정확하게 측정할 수 있으며, 특히 이송중인 금형(10)의 온도를 비접촉식으로 실시간 측정하고 이를 기초로 연속 발포 성형 설비를 제어함으로써, 효율적인 공정 및 품질관리가 가능하다.
도 1은 종래의 연속 발포 성형 설비 구성도
도 2는 본 발명이 적용된 연속 발포 성형 설비 구성도
도 3은 본 발명의 컴퓨터 화면 예시도
도 4는 열화상 촬상정보가 출력된 본 발명의 컴퓨터 화면 예시도
도 5는 본 발명 제어 방법의 흐름도
본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 본 발명의 주요 물리적 구성요소를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명은 다수의 알루미늄제 금형(10), 금형(10)이 장착된 이송장치(20), 금형(10)에 원료를 주입하는 주입장치(34) 및 금형(10)을 가열하는 오븐 또는 온수관 등의 가열장치(40)를 비롯하여 합성수지 발포 성형 공정을 수행하는 다수의 장치로 구성되는 통상의 연속 발포 성형 설비에, 적외선 온도계 또는 열화상(熱畵像)카메라 등의 광학온도계(51)가 설치되고, 상기 연속 발포 성형 설비를 제어하는 컴퓨터(52)에 광학온도계(51)가 연결되어 구성된다.
일반적으로 발포 합성수지 성형용 금형(10)은 알루미늄으로 제작되는데 알루미늄 특유의 반사성으로 인하여 광학온도계(51)를 통한 온도 측정은 불가능하였다.
이에 본 발명에서는 금형(10)의 표면에 무광 페인트를 도포하였으며, 이로써 적외선 반사로 인한 표면온도 왜곡 현상이 억제되어 알루미늄제 금형(10)의 광학온도계(51)를 통한 비접촉 온도측정이 가능하게 되었다.
광학온도계(51)를 통하여 측정된 금형(10)의 온도는 컴퓨터(52)에 입력되며, 컴퓨터(52)가 이를 판독한 후, 가열장치(40)를 제어하여 가열온도를 승강하거나 이송장치(20)를 제어하여 이송 속도를 증감하는 방식으로 금형(10)의 적정 온도를 유지하게 된다.
한편, 도 3 내지 도 5는 광학온도계(51)로서 피사체의 열분포를 디지털 이미지로 출력하는 열화상카메라가 적용되고, 컴퓨터(52)에는 촬상정보(撮像情報)를 처리하고 연속 발포 성형 설비를 제어하는 제어프로그램이 탑재된 실시예를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 상기 제어프로그램이 실행된 상태의 컴퓨터(52) 화면을 예시한 것으로, 각각 본 발명이 적용된 연속 발포 성형 설비의 외관 및 열화상이 출력된 상태를 도시하고 있다.
즉, 단일 열화상카메라로 전체 연속 발포 성형 설비를 촬상한 후 설비 제어상 온도측정이 필요한 지점의 열화상 촬상정보를 부분 추출하여 활용할 수 있도록 한 것으로, 이는 감온(感溫)영역(53)을 사전 설정하고 해당 감온영역(53)의 위치 및 경계 등의 감온영역(53) 정보를 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록함으로써 수행될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서는 2개소의 감온영역(53)이 설정되었으나, 감온영역(53)의 수, 형상 및 면적 등은 당해 연속 발포 성형 설비의 구성, 규모 및 운전 조건 등에 따라 증감 및 변형될 수 있다.
이렇듯 열화상카메라가 적용된 본 발명의 연속 발포 성형 설비 제어 방법은 도 5에서와 같이, 컴퓨터(52)에 탑재된 제어프로그램이 실행되는 실행단계(S10)로 개시되며, 이어 열화상카메라가 금형(10)을 촬상하여 촬상정보를 컴퓨터(52)의 제어프로그램으로 전송하는 촬상단계(S20)가 수행된다.
이후, 제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 감온영역(53) 정보를 인출하고 촬상정보와 감온영역(53)을 중첩하는 중첩단계(S31) 및 제어프로그램이 감온영역(53)내 촬상정보를 추출하는 추출단계(S32)가 수행되는데, 이 과정에서 제어프로그램은 감온영역(53)의 위치 및 형상 등 감온영역(53) 정보를 이용하여 감온영역(53)에 중첩되는 촬상정보를 추출함으로써 각각의 감온영역(53)별로 별도의 열화상카메라를 설치하여 촬상한 것과 동일한 정보를 획득할 수 있다.
추출단계(S32)가 완료되면, 제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 설정조건 정보를 인출하고 추출단계(S32)에서 추출된 감온영역(53)내 촬상정보와 비교하여 설정조건이 만족되지 않으면 제어신호를 전송하여 연속 발포 성형 설비의 운전 상태를 변경하는 제어단계(S40)가 수행된다.
즉, 감온영역(53)내 온도가 적정 온도범위 등의 설정조건을 만족하면 제어프로그램이 별도의 제어신호를 전송하지 않고 현 운전상태를 유지하고, 감온영역(53)내 온도가 적정 온도범위를 만족하지 못하면 가열장치(40)의 가동 온도를 변화시키거나 이송장치(20)의 속도를 조절하는 등의 제어신호를 전송함으로써, 감온영역(53)내 온도가 설정조건에 부합되도록 유지하는 것이다.
10 : 금형
19 : 인서트
20 : 이송장치
31 : 개방장치
32 : 취출장치
33 : 분사장치
34 : 주입장치
35 : 합형장치
40 : 가열장치
51 : 광학온도계
52 : 컴퓨터
53 : 감온영역

Claims (2)

  1. 다수의 알루미늄제 금형(10), 금형(10)이 장착된 이송장치(20), 금형(10)에 원료를 주입하는 주입장치(34) 및 금형(10)을 가열하는 가열장치(40)가 구비된 연속 발포 성형 설비에 있어서,
    금형(10)의 표면에는 무광 페인트가 도포되고;
    금형(10)을 향하는 광학온도계(51)가 설치되며;
    광학온도계(51)는 상기 이송장치(20) 또는 가열장치(40)를 제어하는 컴퓨터(52)에 연결되어, 광학온도계(51)의 측정치가 컴퓨터(52)로 입력되고 컴퓨터(52)가 이송장치(20) 또는 가열장치(40)를 제어함을 특징으로 하는 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비.
  2. 청구항 1의 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비의 제어 방법에 있어서,
    광학온도계(51)는 열화상카메라이고 컴퓨터(52)에는 촬상정보를 처리하고 연속 발포 성형 설비를 제어하는 제어프로그램이 탑재되어,
    컴퓨터(52)에 탑재된 제어프로그램이 실행되는 실행단계(S10)와;
    열화상카메라가 금형(10)을 촬상하여 촬상정보를 컴퓨터(52)의 제어프로그램으로 전송하는 촬상단계(S20)와;
    제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 감온영역(53) 정보를 인출하고 촬상정보와 감온영역(53)을 중첩하는 중첩단계(S31)와;
    제어프로그램이 감온영역(53)내 촬상정보를 추출하는 추출단계(S32)와;
    제어프로그램이 컴퓨터(52)의 기억장치에 수록된 설정조건 정보를 인출하고 추출단계(S32)에서 추출된 감온영역(53)내 촬상정보와 비교하여 설정조건이 만족되지 않으면 제어신호를 전송하여 연속 발포 성형 설비의 운전 상태를 변경하는 제어단계(S40)로 이루어짐을 특징으로 하는 비접촉 금형 감온식 연속 발포 성형 설비의 제어 방법.
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