KR20170053901A - 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법 - Google Patents

스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

스프레이 도장 실험시 도료 사용량을 부피로 환산하여 산출할 수 있는 장치와 도막두께를 측정하는 방식을 이용하여 도료의 도착효율을 정량적으로 평가하는 것으로, 다양한 도장조건에 따른 도착효율 변화를 정량적으로 분석하여 최적 효율을 갖는 스프레이 도장조건을 제시할 수 있는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법이 개시된다. 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치는 도료저장용기에 저장된 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 무게측정센서; 상기 도료저장용기의 평가 대상 도료를 시편에 도포하는 스프레이 모듈; 평가 대상 도료의 밀도와 도포 후 감지된 도료의 무게 변화량을 바탕으로 도포에 사용된 도료의 체적을 연산하는 연산부; 및 시편에 도포된 건조된 도막의 두께를 측정하는 도막두께 측정기를 포함하며, 상기 연산부는 상기 도막두께 측정기로 측정된 건조된 도막의 두께와 면적을 바탕으로 건조된 도막의 총 체적을 연산하고, 도료의 고형분율을 고려하여 도료의 건조되기 전 습도막 체적을 역산출하며, 상기 도포에 사용된 도료의 체적과 습도막 체적을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산한다.

Description

스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING TRANSFER EFFICIENCY OF SPRAY PAINT}
본 발명은 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스프레이 도장 실험시 도료의 도착 효율을 정량적으로 분석하여 최적 효율을 갖는 스프레이 도장조건을 제시할 수 있는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 철판으로 제조되며, 선박의 철판 표면을 부식 또는 외부환경으로부터 보호하기 위해 스프레이 방식의 도장 작업이 이루어진다.
선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0052541호(2009.06.01)에는 도료 분사 상태 측정장치 및 방법이 개시된바 있고, 대한민국 등록특허공보 제10-1454382호(2014.10.17)에는 도장 스프레이 무화도 평가장치가 개시된바 있다.
하지만, 종래의 도장 평가 장치는 스프레이 장치를 통해 토출된 토료 양을 정확히 알 수 없기 때문에 도료 도착 효율이 정량적으로 분석되지 않고 관심 스프레이 도장 조건 간의 상대비교 결과만을 얻을 수 있는 정도였다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0052541호(2009.06.01) 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1454382호(2014.10.17)
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 스프레이 도장 실험시 도료 사용량을 부피로 환산하여 산출할 수 있는 장치와 도막두께를 측정하는 방식을 이용하여 도료의 도착효율을 정량적으로 평가하는 것으로, 다양한 도장조건에 따른 도착효율 변화를 정량적으로 분석하여 최적 효율을 갖는 스프레이 도장조건을 제시할 수 있는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치는 도료저장용기에 저장된 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 무게측정센서; 상기 도료저장용기의 평가 대상 도료를 시편에 도포하는 스프레이 모듈; 평가 대상 도료의 밀도와 도포 후 감지된 도료의 무게 변화량을 바탕으로 도포에 사용된 도료의 체적을 연산하는 연산부; 및 시편에 도포된 건조된 도막의 두께를 측정하는 도막두께 측정기를 포함하며, 상기 연산부는 상기 도막두께 측정기로 측정된 건조된 도막의 두께와 면적을 바탕으로 건조된 도막의 총 체적을 연산하고, 도료의 고형분율을 고려하여 도료의 건조되기 전 습도막 체적을 역산출하며, 상기 도포에 사용된 도료의 체적과 습도막 체적을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산한다.
또한, 본 발명에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법은 평가 대상 도료의 스프레이 도장조건에 따라 시편에 도료를 도포하는 단계; 스프레이 도포 후 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 단계; 도료의 밀도와 무게 변화량을 바탕으로 사용된 도료의 체적을 연산하는 단계; 도장된 시편을 건조하는 단계; 건조된 도막의 두께와 도포된 면적을 측정하여 건조된 도막의 총 체적을 연산하는 단계; 건조된 도막의 체적과 도료의 고형분율을 바탕으로 도료의 건조되기 전 습도막 체적을 역산출하는 단계; 및 상기 사용된 도료의 체적과 습도막 체적을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법은 도료의 부피비를 통해 도착효율을 평가함에 따라, 다른 평가 방법과 비교하여 더욱 정확한 평가를 수행할 수 있다. 또한, 다수 지점의 도막 두께를 평균값으로 데이터 활용하고, 건도막 체적, 습도막 체적 및 고형분율을 함께 고려함에 따라, 더욱 향상된 평가 신뢰도를 얻을 수 있다. 아울러, 다양한 스프레이 도장조건별 도착효율 값을 데이터베이스화하면 특정 조건에서 형성되는 도막두께 값을 예측할 수 있고, 최적의 효율을 갖는 도장 조건을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용된 도료 부피 연산식이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건도막 두께의 측정 방식을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건도막 총 체적 계산식이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 습도막 총 체적 계산식이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도착효율 계산식이며,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법을 도시한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사용된 도료 부피 연산식이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건도막 두께의 측정 방식을 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건도막 총 체적 계산식이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 습도막 총 체적 계산식이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도착효율 계산식이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치는 도료저장용기(6)와, 도료흡입호스(7)와, 스프레이 펌프(8)와, 압력조절 게이지(9)와, 도료호스(10)와, 스프레이 모듈과, 입력부(1)와, 무게측정센서(2)와, 연산부(3)와, 도막두께 측정기 및 케이블(4)을 포함하여 이루어진다.
도료저장용기(6)는 내부에 수용 공간을 구비하여 평가 대상 도료(5)가 저장된다. 도료흡입호스(7)는 도료저장용기(6)의 내부와 후술할 스프레이 펌프(8)를 연결하여, 도료저장용기(6) 내부의 도료(5)를 흡입하는 통로이다.
스프레이 펌프(8)는 유압 또는 공압식으로 구현될 수 있으며, 도료저장용기(6) 내부의 도료(5)를 흡입한다. 압력조절 게이지(9)는 스프레이 펌프(8)의 작동 압력을 조절한다.
도료호스(10)는 스프레이 펌프(8)와 후술할 스프레이 건(11)을 연결하며, 스프레이 펌프(8)를 통해 흡입된 도료를 스프레이 건(11) 측으로 이송시키는 통로이다. 도료호스(10)는 유연한 재질로 이루어질 수 있다.
스프레이 모듈은 도료저장용기(6)의 평가 대상 도료를 시편에 도포하는 것으로서, 스프레이 건(11)과 스프레이 팁(12)으로 구성된다. 스프레이 건(11)은 도료호스(10)를 통해 이송되어온 도료의 분사를 온/오프 제어한다. 스프레이 팁(12)은 스프레이 건(11)의 끝단에 연결되어 분사되는 도료를 미립화 토출한다. 스프레이 팁(12)을 통해 분사되는 도료는 미립화 도료(13)의 형태로 시편(14)의 상단면에 분사된다.
입력부(1)는 평가 대상 도료의 밀도를 입력하여 저장한다. 이 경우, 평가 대상 도료의 밀도는 작업자가 직접 밀도를 입력하는 방식과 도료의 종류별로 미리 설정된 밀도값을 선택하는 방식 등으로 구현될 수 있다.
무게측정센서(2)는 도료저장용기(6)에 저장된 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정한다. 무게측정센서(2)는 도료저장용기(6)의 하단에 구비되어, 도료저장용기(6)의 무게 변화량을 측정한다. 도료저장용기(6) 내의 도료는 스프레이 펌프(8)를 통해 흡입되어 스프레이 건(11) 측으로 이송되므로 도료저장용기(6)의 총 무게는 감소한다. 무게측정센서(2)는 도료저장용기 무게의 감소량을 감지하고, 감지된 정보를 후술할 연산부(3) 측으로 송신한다.
연산부(3)는 평가 대상 도료의 밀도(ρpaint)와 도포 후 감지된 도료의 무게 변화량(Δw)을 바탕으로, 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)을 연산한다. 즉, 사용된 도료의 체적(Vspray)은 도 2에 도시된 것처럼 도료의 무게 변화량(Δw)을 도료의 밀도(ρpaint)로 나누어 구할 수 있다.
도막두께 측정기는 시편에 도포된 건조된 도막의 두께를 측정한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 도막두께 측정기는 도막의 횡 방향 및 종 방향으로 배열된 다수 지점(m,n)의 두께값(Tmn)을 측정한다. 평균 두께값은 각 지점들의 두께의 합, 즉, T11, T12,...T1n, T21,...Tm1,...Tmn의 값들을 더한 값을 각 지점의 개수(m×n)로 나누어 구한다.
케이블(4)은 무게측정센서(2)와 연산부(3) 사이에서 데이터가 전송될 수 있도록 전기적으로 연결한다. 한편, 연산부(3)는 사용된 도료 체적을 연산한 후 이 값을 외부로 표시하도록 구성될 수 있다.
상기 연산부(3)는 상기 도막두께 측정기로 측정된 건조된 도막의 두께(평균 두께)와 면적을 바탕으로 건조된 도막의 총 체적(Vdry film)을 연산한다. 즉, 건조된 도막의 총 체적(Vdry film)은 횡 방향 길이(L), 종 방향 길이(H)에 대해, 도 4에 도시된 것처럼 도막의 평균 두께값에 횡 방향 길이 및 종 방향 길이를 곱하여 구할 수 있다.
또한, 연산부(3)는 도료의 고형분율을 고려하여 도료의 건조되기 전 습도막 체적(Vwet film)을 역산출한다. 도 5를 참조하면, 습도막 체적(Vwet film)은 건도막 체적(Vdry film) 값을 고형분율(Volume solid ratio)로 나누어 구할 수 있다.
아울러, 연산부(3)는 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)과 습도막 체적(Vwet film)을 바탕으로 도료의 도착효율(Transfer Efficiency)(%)을 연산한다. 도 6을 참조하면, 도료의 도착효율(Transfer Efficiency)(%)은 사용된 도료의 체적(Vspray)에 대한 습도막 체적(Vwet film)을 백분율로 계산한 값이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7을 더 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법은 입력부에 도료의 밀도를 입력하는 단계(S10)와, 평가 대상 도료의 스프레이 도장조건에 따라 시편에 도료를 도포하는 단계(S20)와, 스프레이 도포 후 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 단계(S30)와, 도료의 밀도와 무게 변화량을 바탕으로 사용된 도료의 체적을 연산하는 단계(40)와, 도장된 시편을 건조하는 단계(S50)와, 건조된 도막의 두께와 도포된 면적을 측정하여 건조된 도막의 총 체적을 연산하는 단계(S60)와, 건조된 도막의 체적과 도료의 고형분율을 바탕으로 도료의 건조되기 전 습도막 체적을 역산출하는 단계(S70) 및 사용된 도료의 체적과 습도막 체적을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산하는 단계(S80)를 포함한다.
(S10)단계에서, 입력부에 해당 도료의 밀도를 입력한다. 입력된 도료의 밀도값은 연산부(3)로 송신되어 연산 데이터로 사용된다.
(S20)단계에서, 평가 대상 도료의 스프레이 도장조건에 따라 일정 크기를 갖는 시편(14)에 도료를 도포한다. 스프레이 펌프(8)가 구동되면, 도료저장용기(6)에 저장된 도료는 도료 흡입호스(7)를 따라 스프레이 건(11) 측으로 이송되어 스프레이 팁(12)을 통해 미립화 도료(13) 형태로 시편(14)의 상면에 도포된다.
(S30)단계에서, 무게측정센서(2)는 스프레이 도포 후 무게 변화량(감소량)을 측정한다. (S40)단계에서, 연산부(3)는 평가 대상 도료의 밀도(ρpaint)와 도포 후 감지된 도료의 무게 변화량(Δw)을 바탕으로, 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)을 연산한다.
(S50)단계에서, 도장된 시편(14)을 3일 이상 항온, 항습 조건에서 충분히 건조한다.
(S60)단계에서, 도막두께 측정기를 이용하여 도막의 두께를 측정한다. 이 경우, 도막두께 측정기는 도막의 횡 방향 및 종 방향으로 배열된 다수 지점(m,n)의 두께값(Tmn)을 측정한다. 평균 두께값은 각 지점들의 두께의 합, 즉, T11, T12,...T1n, T21,...Tm1,...Tmn의 값들을 더한 값을 각 지점의 개수(m×n)로 나누어 구할 수 있다.
또한, S(60)단계에서, 도막의 두께 측정과 더불어 도막의 도포된 면적(H×L)을 구하여, 연산부(3)는 건도막의 총 체적을 계산한다. 건도막의 총 체적(Vdry film)은 도막의 두께 평균값과 도막의 면적을 곱하여 구할 수 있다.
(S70)단계에서, 해당 도료의 고형분율을 고려하여 건조되기 전 습도막 체적을 역산출한다. 습도막 체적(Vwet film)은 건도막 체적(Vdry film) 값을 고형분율(Volume solid ratio)로 나누어 구할 수 있다.
(S80)단계에서, 연산부(3)는 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)과 습도막 체적(Vwet film)을 바탕으로 도료의 도착효율(Transfer Efficiency)(%)을 연산한다.
스프레이 도장조건은, 도료 점도, 도장기 압력, 도료호스의 길이, 스프레이 팁 및 스프레이 건의 이송속도, 스프레이 팁 및 스프레이 건과 시편 간의 이격거리, 외기 풍속 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 스프레이 도장조건을 변화시켜가면서 도료의 도착 효율을 연산한다. 결국, 스프레이 도장조건을 변수로 하여 정량적인 도착효율 값을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법은 도료의 부피비를 통해 도착효율을 평가함에 따라, 다른 평가 방법과 비교하여 더욱 정확한 평가를 수행할 수 있다. 참고로, 도료의 질량비를 이용한 도료의 도착효율 검사 방법은 용제가 빠른 속도로 증발함에 따라 측정된 질량 데이터가 부정확한 경우가 많은데, 본 발명은 더욱 정확한 계산 방법을 제공하는 것이다.
또한, 다수 지점의 도막 두께를 평균값으로 데이터 활용하고, 건도막 체적, 습도막 체적 및 고형분율을 함께 고려함에 따라, 더욱 향상된 평가 신뢰도를 얻을 수 있다. 아울러, 다양한 스프레이 도장조건별 도착효율 값을 데이터베이스화하면 특정 조건에서 형성되는 도막두께 값을 예측할 수 있고, 최적의 효율을 갖는 도장 조건을 제시할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치 및 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1 : 입력부 2 : 무게측정센서
3 : 연산부 4 : 케이블
5 : 도료 6 : 도료저장용기
7 : 도료흡입호스 8 : 스프레이 펌프
9 : 압력조절 게이지 10 : 도료호스
11 : 스프레이 건 12 : 스프레이 팁
13 : 미립화 도료 14 : 시편

Claims (8)

  1. 도료저장용기(6)에 저장된 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 무게측정센서(2);
    상기 도료저장용기(6)의 평가 대상 도료를 시편에 도포하는 스프레이 모듈;
    평가 대상 도료의 밀도(ρpaint)와 도포 후 감지된 도료의 무게 변화량(Δw)을 바탕으로 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)을 연산하는 연산부(3); 및
    시편에 도포된 건조된 도막의 두께를 측정하는 도막두께 측정기를 포함하며,
    상기 연산부(3)는 상기 도막두께 측정기로 측정된 건조된 도막의 두께와 면적을 바탕으로 건조된 도막의 총 체적(Vdry film)을 연산하고, 도료의 고형분율을 고려하여 도료의 건조되기 전 습도막 체적(Vwet film)을 역산출하며, 상기 도포에 사용된 도료의 체적(Vspray)과 습도막 체적(Vwet film)을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 평가 대상 도료의 밀도(ρpaint)를 입력하여 저장하는 입력부(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 도막두께 측정기는 도막의 횡 방향 및 종 방향으로 배열된 다수 지점(m,n)의 두께값(Tmn)을 측정하고, 건조된 도막의 총 체적(Vdry film)은 횡 방향 길이(L), 종 방향 길이(H)에 대해,
    Figure pat00001

    수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연산부(3)에서 연산되는 도료의 도착 효율(%)은 사용된 도료의 체적(Vspray)에 대한 습도막 체적(Vwet film)을 백분율로 계산한 값인 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 장치.
  5. 평가 대상 도료의 스프레이 도장조건에 따라 시편에 도료를 도포하는 단계;
    스프레이 도포 후 평가 대상 도료의 무게 변화량을 측정하는 단계;
    도료의 밀도와 무게 변화량을 바탕으로 사용된 도료의 체적을 연산하는 단계;
    도장된 시편을 건조하는 단계;
    건조된 도막의 두께와 도포된 면적을 측정하여 건조된 도막의 총 체적을 연산하는 단계;
    건조된 도막의 체적과 도료의 고형분율을 바탕으로 도료의 건조되기 전 습도막 체적을 역산출하는 단계; 및
    상기 사용된 도료의 체적과 습도막 체적을 바탕으로 도료의 도착효율을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 건조된 도막의 총 체적을 연산하는 단계는, 도막의 횡 방향 및 종 방향으로 배열된 다수 지점(m,n)의 두께값(Tmn)을 측정하고, 건조된 도막의 총 체적(Vdry film)은 횡 방향 길이(L), 종 방향 길이(H)에 대해,
    Figure pat00002

    수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 습도막 체적을 연산하는 단계에서, 습도막 체적은 건도막 체적을 도료의 고형분율로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 스프레이 도장조건은, 도료 점도, 도장기 압력, 도료호스의 길이, 스프레이 팁 및 스프레이 건의 이송속도, 스프레이 팁 및 스프레이 건과 시편 간의 이격거리, 외기 풍속 중 적어도 하나로 구성되며, 상기 스프레이 도장조건을 변화시켜가면서 도료의 도착 효율을 연산하는 것을 특징으로 하는 스프레이 도장의 도착효율 평가 방법.
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