KR20160106890A - 정량 주입 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조 공정에서 주형에 정량의 용탕을 주입하기 위한 시스템과 관련된다. 본 발명은 실시예로 주형대차가 이동하는 레일이 설치되는 이동부, 상기 이동부의 레일과 분리되어 레일이 설치되고 상기 주형대차의 주형에 주입되는 용탕의 중량을 측정하여 주형에 주입되는 용탕의 정량 여부를 측정하는 정량측정부, 상기 정량측정부에 위치한 주형에 용탕을 주입하는 주입부 및 상기 정량측정부와 상기 주입부를 제어하여 주형에 정량의 용탕이 투입되도록 하는 제어부를 포함하는 정량 주입 시스템을 제시한다.

Description

정량 주입 시스템{Quantitative pouring system}

본 발명은 주조 공정에서 주형에 정량의 용탕을 주입하기 위한 시스템과 관련된다.

주조는 액체 상태의 재료를 주형에 부어 넣어 굳혀 모양을 만드는 방법을 말한다. 구체적으로는 각종의 로 안에서 고철, 선철, 합금철 또는 비철금속 원료를 가열해서 용해하고 적정 성분으로 조정된 쇳물을 모래 또는 금속재의 주형 속에 부어 넣은 후 냉각 응고시켜 만드는 것이다. 원하는 모형으로 만들어진 거푸집의 공동에 용융금속을 주입하여 성형시킨 뒤 용융금속이 굳으면 모형과 동일한 금속물체가 된다.

일반적으로 주조분야는 자동차, 조선 및 공작기계 분야의 전통산업이면서 핵심부품을 대량 또는 다품종으로 생산하기 위한 필수기술로 점차 고품질, 고효율화와 더불어 친환경화하는 추세이다.

이러한 주조 공정에서 중요한 포인트 중 하나는 정량의 용탕을 주형에 주입하는 일이다. 정량의 용탕이 주형에 주입되어야 고품질, 고효율의 성형품을 제조하는 것이 가능하기 때문이다.

종래에 주형에 정량의 용탕을 주입하기 위해서는 레벨 센서로 주형에 투입되는 용탕의 레벨을 측정하여 용탕의 정량 여부를 측정하였다. 하지만 용탕이 빠르게 주입되는 경우 용탕의 출렁임 등으로 인해 레벨이 달라지므로 용탕을 신속하게 주입하거나 정량의 용탕을 주입하기에는 어려움이 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0103396호 (2008.08.27)

본 발명은 주형대차의 이동 경로를 도중에서 분리하고 분리된 경로에 놓인 주형에 용탕을 주입할 때 주형의 중량을 측정함으로써 주형에 용탕을 정량으로 주입하는 것이 가능한 정량 주입 시스템을 제시한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 주형대차가 이동하는 레일이 설치되는 이동부, 상기 이동부의 레일과 분리되어 레일이 설치되고 상기 주형대차의 주형에 주입되는 용탕의 중량을 측정하여 주형에 주입되는 용탕의 정량 여부를 측정하는 정량측정부, 상기 정량측정부에 위치한 주형에 용탕을 주입하는 주입부 및 상기 정량측정부와 상기 주입부를 제어하여 주형에 정량의 용탕이 투입되도록 하는 제어부를 포함하는 정량 주입 시스템을 제시한다.

여기에서 상기 주형대차에는 돌출부가 형성되고, 상기 이동부에는 상기 주형대차의 돌출부를 밀어 상기 주형대차가 상기 정량측정부로부터 멀어지도록 하는 스토퍼유닛을 구비할 수 있다.

이 때 상기 스토퍼유닛은, 힌지점이 형성되는 브래킷과, 상기 브래킷에 결합되는 실린더 및 일단이 상기 실린더의 로드에 결합되는 동시에 상기 브래킷의 힌지점에 회동 가능하도록 결합되며 상기 실린더의 구동에 의해 다른 일단으로 상기 주형대차의 돌출부를 미는 가압부재를 포함할 수 있다.

한편 상기 정량측정부는, 베이스플레이트와 상기 베이스플레이트와 결합되는 커버플레이트 및 상기 베이스플레이트와 상기 커버플레이트 사이의 복수의 지점에 개재되고 용탕의 중량을 측정하는 중량센서를 포함할 수 있다.

또한 상기 정량측정부는, 상기 용탕의 레벨을 측정하는 레벨측정유닛 및 상기 주입부의 주입시간을 측정하는 주입시간측정유닛을 포함하고, 상기 주입시간측정유닛에서 정해진 시간 내에 용탕이 목표 중량과 목표 레벨에 도달하는지 여부를 감시할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 주형대차의 이동 경로를 도중에서 분리하고 분리된 경로에 놓인 주형에 용탕을 주입할 때 주형의 중량을 측정함으로써 주형에 용탕을 정량으로 주입하는 것이 가능하다는 효과가 있다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정량 주입 시스템의 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 이동부를 나타내는 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 정량측정부를 나타내는 개략도.
도 4는 도 3에 도시된 정량측정부의 분해사시도.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 정량 주입 시스템에서 용탕의 정량 여부를 측정하는 개략도.
도 6은 도 1에 도시된 실시예에 따른 정량 주입 시스템에서 정량 주입이 이루어지는 상태를 도시한 그래프.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 정량 주입 시스템에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일유사한 구성에 대해서는 동일유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정량 주입 시스템의 개략도이다.

본 발명의 실시예에 따른 정량 주입 시스템(100)은 이동부(1)와, 정량측정부(2)와 주입부(3) 및 제어부(4)를 포함한다.

이동부(1)에는 주형대차(10)가 이동하는 레일(11)이 설치되고, 정량측정부(2)에는 이동부(1)의 레일(11)과 분리되어 레일(21)이 설치되고 주형대차(10)의 주형(20)에 주입되는 용탕(30)의 중량을 측정하여 주형(20)에 주입되는 용탕(30)의 정량 여부를 측정한다.

주형대차(10)는 주형(20)을 운반하는 운반기구로서 주형대차(10)에 주형(20)이 올려져 이동하게 된다. 주형대차(10)는 레일(11)을 따라 공정을 이동하게 되는데 정량측정부(2)에서 레일(11)을 분리한 후 용탕(30)의 중량을 측정하므로 정확한 중량 측정이 가능하다.

용탕(30)의 중량은 투입된 용탕(30)의 양에 비례하므로 용탕(30)의 중량을 측정함으로써 용탕(30)의 정량 여부를 측정할 수 있다.

주입부(3)에서는 정량측정부(2)에 위치한 주형(20)에 용탕(30)을 주입하며, 제어부(4)에서 정량측정부(2)와 주입부(3)를 제어하여 주형(20)에 정량의 용탕(30)이 투입되도록 한다.

주입부(3)에서는 제어부(4)의 제어에 따라 주형(20)에 용탕(30)을 주입하거나 차단한다. 제어부(4)는 정량측정부(2)로부터 송신되는 용탕(30)의 중량에 따라 용탕(30)의 주입을 계속할 수도 있고 차단할 수도 있다.

이와 같이 주형대차(10)의 이동 경로를 도중에서 분리하고 분리된 경로에 놓인 주형(20)에 용탕(30)을 주입할 때 주형(20)의 중량을 측정함으로써 주형(20)에 용탕(30)을 정량으로 주입하는 것이 가능하다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예에 채용된 이동부를 나타내는 평면도이다.

이동부(1)는 레일(11)을 구비하고 공정의 진행에 따라 주형대차(10)가 이동되는 경로로서 주형대차(10)는 레일(11)을 따라 공정을 이동하게 된다.

이동부(1)는 레일(11)이 설치된 테이블(12)이 여러 개의 다리(13)에 의해 지지된 상태로 구성된다. 주형대차(10)의 바퀴는 테이블(12)에 설치된 레일(11)과 맞물려 가이드되면서 이동한다.

주형대차(10)는 이동부(1)의 일측에 구비된 푸쉬실린더(미도시)에 의해 밀려서 이동된다. 푸쉬실린더(미도시)는 하나의 주형대차(10)를 밀고, 밀린 주형대차(10)가 인접한 주형대차(10)를 연쇄적으로 밀어 전체 주형대차(10)가 이동된다. 푸쉬실린더는 일정한 스트로크로 주형대차(10)를 밀고 푸쉬실린더의 1회 작동에 의해 하나의 주형대차(10)가 정량측정부(2)에 놓여지게 할 수 있다.

이동부(1)에서 정량측정부(2)에 인접한 영역에는 스토퍼유닛(14)이 구비될 수 있다. 스토퍼유닛(14)은 정량측정부(2)에 놓인 주형대차(10)와 앞 뒤로 인접한 주형대차(10)들의 위치를 제한함으로써 정량측정부(2)에 놓인 주형대차(10)의 중량을 측정할 때 인접한 주형대차(10)들의 중량이 일부 측정되어 간섭하는 현상을 방지한다.

도면을 참조하면 주형대차(10)에는 돌출부(10a)가 형성되고 스토퍼유닛(14)은 주형대차(10)의 돌출부(10a)를 밀어 주형대차(10)가 상기 정량측정부(2)로부터 멀어지도록 한다.

스토퍼유닛(14)은, 힌지점이 형성되는 브래킷(141)과, 상기 브래킷(141)에 결합되는 실린더(142) 및 일단이 상기 실린더(142)의 로드에 결합되는 동시에 상기 브래킷(141)의 힌지점에 회동 가능하도록 결합되며 상기 실린더(142)의 구동에 의해 다른 일단으로 상기 주형대차(10)의 돌출부(10a)를 미는 가압부재(143)를 포함한다.

이에 따라 실린더(142)의 작동에 의해 가압부재(143)가 회동하고 이 가압부재(143)가 주형대차(10)에 형성된 돌출부(10a)를 밀어 주형대차(10)를 정량측정부(2)로부터 떨어진 위치에 머물게 한다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예에 채용된 정량측정부를 나타내는 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 정량측정부의 분해사시도이다.

정량측정부(2)는 주형대차(10)가 이동하는 레일(21)이 이동부(1)의 레일(11)과 분리되어 설치되고 용탕(30)의 중량을 측정하여 용탕(30)의 정량 여부를 측정하되 레벨 측정 및 주입 시간 측정을 병행하여 용탕(30)의 정량 여부를 측정할 수 있다.

정량측정부(2)는 베이스판(22)에 중량감지센서(24)를 개재하여 커버테이블(23)이 놓여지고 커버테이블(23)에는 레일(21)이 설치되어 구성된다. 베이스판(22)과 커버테이블(23) 및 레일(21)은 이동부(1)와 분리된 상태이다.

이동부(1)의 테이블(12)은 정량측정부(2) 앞 뒤에 연장되도록 설치된다. 따라서 주형대차(10)는 이동부(1)의 좌측 테이블(12) 위를 이동한 후 정량측정부(2)로 진입하고 정량의 용탕(30)이 주형(20)에 투입된 후 다시 이동부(1)의 우측 테이블(12) 위로 옮겨져 이동하게 된다.

중량감지센서(24)에는 중량입출력단말(25)이 연결되고, 중량입출력단말(25)을 통해 중량감지센서(24)에 정보를 입력하거나 중량감지센서(24)에서 나오는 출력을 표시한다.

중량감지센서(24)는 예를 들면 로드셀로서 주입되는 용탕(30)의 양을 측정한다. 중량감지센서(24)는 복수가 설치될 수 있다. 본 실시예에서 중량감지센서(24)는 베이스판(22)와 커버테이블(23)가 맞닿는 3부분에 삼각형 모양으로 배치되고 통합하여 용탕량을 측정함으로써 측정의 안정성을 높일 수 있다.

용탕(30)의 중량을 측정하는 방법은 예를 들면 정량측정부(2)에 주형대차(10)가 진입하면 중량감지센서(24)에서 주형(20)이 포함된 주형대차(10)의 중량을 측정하여 이를 초기 중량으로 하고 용탕(30)이 주입된 이후에 증가되는 중량을 용탕(30)의 중량으로 하는 형태를 채용할 수 있다.

한편 중량입출력단말(25)은 중량감지센서(24) 및 제어기(41)와 연결되어 중량감지센서(24)에 대한 정보를 전송하는 한편 주입 용탕량을 디스플레이하는 등의 출력기능 및 용탕량 주입의 상한, 하한 설정하고, 주입량 데이터를 전송하는 등의 입력기능도 담당한다.

주형대차(10)는 주형(20)을 구비하고 공정에 따라 주형(20)을 이동시키는 기능을 하고 주형(20)에는 용탕(30)이 투입되어 주형(20)에 대응하는 성형품을 제조할 수 있게 한다.

또한 정량측정부(2)에는 용탕(30)의 레벨을 측정할 수 있는 레벨측정유닛(26)과 용탕(30)의 주입시간을 측정하는 주입시간측정유닛(27)이 구비될 수 있다.

레벨측정유닛(26)은 비젼시스템을 통해 용탕(30)의 레벨을 관찰하여 측정하거나 레이저를 이용할 수 있다.

레이저를 이용하는 경우 발광기(261)와 수광기(262)를 포함한 레이저측정장치에서 발광기(261)에서 발산된 레이저가 용탕(30)에 반사된 후 수광기(262)에 도달하는 시간, 각도를 연산하여 용탕(30)의 레벨을 측정할 수 있다.

레이저는 라인레이저, 점레이저를 이용할 수 있다. 라인레이저의 경우 용탕(30)면 중 한 라인에서의 레벨을 측정하므로 용탕(30)면 중 한 지점의 레벨을 측정하는 점레이저의 경우보다. 더 정확한 측정값을 얻을 수 있다.

레이저를 이용하여 레벨을 측정하는 경우 주형(20)에서 용탕(30)이 투입되는 입구를 레벨을 100%로 하고 레벨이 그 이하가 되도록 제어할 수 있다. 즉 100% 레벨은 용탕(30)이 흘러넘치는 것을 의미하고 이보다 작은 예를 들면 95% 레벨 정도가 되도록 조절할 수 있다.

주입시간측정유닛(27)은 주입부(3)의 주입시간을 측정하는데 주입기(32)에서 용탕(30)의 주입이 시작되면 시간을 측정하여 정해진 시간 내에 용탕(30)이 정량에 도달하는지 측정한다.

레벨측정유닛(26)과 주입시간측정유닛(27)을 이용하면 주형(20)의 중량 제어와 함께 주입 시간 제어 및 주형(20) 내 용탕(30)의 레벨을 레이저 등으로 측정하여 용탕(30)의 정량 주입을 더 정확하게 할 수 있다.

주입부(3)는 정량측정부(2)에 위치한 주형(20)에 용탕(30)을 주입하는 부분으로서 주입입출력단말(31)과 주입기(32)로 구성된다.

주입입출력단말(31)에서는 주입중량을 설정하고 주입중량을 실시간 디스플레이하며 주입불량시 경보를 발생시킨다. 한편 주입기(32)는 용탕(30)을 일시적으로 저장하고 있다가 정량측정부(2)에 위치한 주형(20)에 용탕(30)을 주입시킨다.

주입기(32)에 저장된 용탕(30)은 주입기(32)의 주입구를 막고 있는 차단부재를 열고 닫음에 의해 주형(20)으로 주입이 되거나 주입이 중단되게 된다.

제어부(4)는 이동부(1)와 정량측정부(2)와 주입부(3)를 제어하여 주형(20)에 정량의 용탕(30)이 투입되도록 하는 기능을 담당하는데 제어기(41)와 데이터저장기(42)로 구성된다.

제어기(41)는 이동부(1)와 정량측정부(2) 및 주입부(3)와 연결되고, 중량감지센서(24)에 감지된 중량에 의하여 용탕(30)의 주입을 제어하고 주입정보를 실시간 전송하게 하며, 주입 상한, 하한에 대한 경보 신호를 발생시킨다. 한편 주입량에 대한 데이터를 주입기(32)로 전송하거나 정량주입 사용, 미사용을 설정한다.

한편 제어기(41)에는 데이터저장기(42)가 연결되어 실시간 주입정보를 저장하고 주입정보를 출력할 수 있다.

상술한 바와 같은 정량 주입 시스템(100)은 다음과 같이 작동한다.

도 5는 도 1에 도시된 실시예에 따른 정량 주입 시스템에서 용탕의 정량 여부를 측정하는 개략도이다.

먼저 조형기에서 만들어진 주형(20)이 주형대차(10)에 실려 이동부(1)에 투입된다. 푸쉬실린더에 의해 주형대차(10)는 레일(11)을 따라 일정한 거리로 이동한다. 또한 이동된 주형대차(10)는 중 하나는 정량측정부(2)에 위치하게 된다.

다음으로 이동부(1)의 스토퍼유닛(14)이 작동하여 정량측정부(2)에 위치한 주형대차(10)의 앞 뒤에 위치한 주형대차(10)를 밀어 정량측정부(2)로부터 떨어지도록 한다.

다음으로 주입부(3)에 의해 정량측정부(2)에 위치한 주형대차(10)의 주형(20)에 용탕(30)의 주입이 시작된다. 정량의 주입 여부는 주입되는 용탕(30)의 중량에 의해 측정하되 레이저에 의한 용탕(30) 레벨의 측정 및 시간에 의한 제어를 병행한다.

이 때 주입시간을 측정하여 정해진 시간 내에 용탕(30)이 목표 중량과 목표 레벨에 도달하는지 여부를 감시한다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예에 따른 정량 주입 시스템에서 정량 주입이 이루어지는 상태를 도시한 그래프이다.

이를 참조하여 상세하게 설명하면 주입기(32)의 차단부재를 열어 용탕(30)을 주형(20)에 투입하면 용탕(30)은 일시적으로 주형(20)의 입구(100%레벨)까지 차오르게 된다. 이 때 차단부재를 닫아 주입을 차단하면 주형(20)에 투입된 용탕(30)은 주형(20) 내부로 들어가면서 레벨이 다시 낮아진다.

설정된 95% 레벨이 되면 다시 차단부재를 연다. 이 때까지 레벨은 계속 낮아져 95%이하가 되는데 용탕(30)이 다시 들어오면 95%를 넘어가게 된다. 이 때 다시 차단부재를 닫는다. 이와 같은 과정을 반복하면 95%의 레벨로 수렴하게 된다.

이 때 주형대차(10)의 중량은 계속하여 증가될 것이며 주형대차(10)의 중량이 정해진 중량을 넘는 것이 중량감지센서(24)에서 감지되면 차단부재를 완전히 닫아 주입을 중단시킨다. 주입량에 대한 데이터는 중량입출력단말(25)을 통해 표시되는 한편 실시간으로 제어기(41)로 전송된다.

만약 이러한 과정이 정해진 시간 내에 이루어지지 않는 경우는 주형(20)에 문제가 있어 용탕(30)이 새고 있는 등 작업상 문제가 발생한 것이기 때문에 작업을 중단하고 불량품을 회수 폐기한다.

한편 주입량이 정해진 상한, 하한을 넘어가게 되면 상한, 하한에 대한 경보 신호를 발생시킬 수 있다.

다음으로 용탕(30)의 정량 주입이 완료되면 푸쉬실린더가 작동하여 주형대차(10)를 이동시키고 다음 주형대차(10)의 주형(20)에 용탕(30)이 주입된다.

이와 같이 하여 주입제어 및 정량제어가 이루어진다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 이동부
11 : 레일 12 : 테이블 13 : 다리
14 : 스토퍼유닛 141 : 브래킷 142 : 실린더 143 : 가압부재
2 : 정량측정부
21 : 레일 22 : 베이스판 23 : 커버테이블 24 : 중량감지센서
25 : 중량입출력단말
26 : 레벨측정유닛 261 : 발광기 262 : 수광기
27 : 주입시간측정유닛
3 : 주입부
31 : 주입입출력단말 32 : 주입기
4 : 제어부
41 : 제어기 42 : 데이터저장기
10 : 주형대차 10a : 돌출부
20 : 주형 30 : 용탕 100 : 정량 주입 시스템

Claims (5)

1. 주형대차가 이동하는 레일이 설치되는 이동부,
   상기 이동부의 레일과 분리되어 레일이 설치되고 상기 주형대차의 주형에 주입되는 용탕의 중량을 측정하여 주형에 주입되는 용탕의 정량 여부를 측정하는 정량측정부,
   상기 정량측정부에 위치한 주형에 용탕을 주입하는 주입부 및
   상기 정량측정부와 상기 주입부를 제어하여 주형에 정량의 용탕이 투입되도록 하는 제어부
   를 포함하는 정량 주입 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주형대차에는 돌출부가 형성되고, 상기 이동부에는 상기 주형대차의 돌출부를 밀어 상기 주형대차가 상기 정량측정부로부터 멀어지도록 하는 스토퍼유닛을 구비하는 정량 주입 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 스토퍼유닛은, 힌지점이 형성되는 브래킷과, 상기 브래킷에 결합되는 실린더 및 일단이 상기 실린더의 로드에 결합되는 동시에 상기 브래킷의 힌지점에 회동 가능하도록 결합되며 상기 실린더의 구동에 의해 다른 일단으로 상기 주형대차의 돌출부를 미는 가압부재를 포함하는 정량 주입 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 정량측정부는, 베이스플레이트와 상기 베이스플레이트와 결합되는 커버플레이트 및 상기 베이스플레이트와 상기 커버플레이트 사이의 복수의 지점에 개재되고 용탕의 중량을 측정하는 중량센서를 포함하는 정량 주입 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 정량측정부는, 상기 용탕의 레벨을 측정하는 레벨측정유닛 및 상기 주입부의 주입시간을 측정하는 주입시간측정유닛을 포함하고, 상기 주입시간측정유닛에서 정해진 시간 내에 용탕이 목표 중량과 목표 레벨에 도달하는지 여부를 감시하는 정량 주입 시스템.

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