KR20170095336A

KR20170095336A - 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20170095336A
Application number: KR1020177019519A
Authority: KR
Inventors: 케빈 토마스 모리스; 앤드류 나단 나쏘; 마이클 조지 슐츠; 매튜 존 타우너; 케빈 윌리엄 울리그; 레르카 우크레인지크; 토마스 아칠 요리오
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-08-22
Also published as: TW201632474A; EP3233744B1; US10640304B2; EP3233744A1; US20160167894A1; JP2018503588A; CN107207313A; WO2016100031A1

Abstract

몰드에 프리폼을 위치시키는 장치는 프리폼 취급 도구와 프리폼 취급 도구에 의한 프리폼의 취급 중 프리폼에 가해진 힘을 감지할 수 있는 프리폼 취급 도구에 연결된 힘 센서를 구비한다. 장치는 몰드에 대해 프리폼 취급 도구를 이동시키도록 배치되고 작동하는 제어 장치를 구비한다. 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법은 프리폼 취급 도구를 이용하여 프리폼을 집어서 몰드 부근에 프리폼을 위치시키는 단계를 포함한다. 몰드 상의 위치는 힘 센서의 도움으로 프리폼의 가장자리와 매핑된다. 프리폼은 매핑된 위치에 따라 몰드에 배치된다.

Description

몰드에 프리폼을 위치시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOCATING A PREFORM ON A MOLD}

본 출원은, 35 U.S.C. 119 하에서, 2015년 10월 12일에 제출된 미국 가출원 번호 62/240,108과 2014년 12월 15일에 제출된 미국 가출원 번호 62/091,816의 우선권을 주장하며, 그 내용은 참조를 위해 본 명세서에 모두 포함된다.

본 발명은 일반적으로 진공 성형하거나 또는 다른 평평한 유리/유리-세라믹 개선 방법을 통해 유리 또는 유리-세라믹 프리폼(preform)을 3차원 형태로 성형하는 것에 대한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 반복 가능한 정확성으로 몰드 위에 프리폼을 위치시키는 방법에 대한 것이다.

소비자 전자 제품 제조업체들은 3차원(3D) 형태의 유리 또는 유리-세라믹 구성요소들을 차별화된 디자인 요소로 간주하여 장치 디자인을 지속적으로 발전시키고 시장에서 지속적인 관심을 이끌어 낼 수 있게 한다. 이 시장에 서비스를 제공하기 위해, 유리 제조업체와 부품 공급 업체는 평판 유리 프리폼으로 3D 모양을 형성하기 위해 몇 가지 경쟁 공정을 개발했다. 이러한 솔루션은 몰드가 프리폼의 양 측면과 접촉하는 프레스 가공과 같은 이중 몰드 공정과, 프리폼의 한 면에만 접촉하는 진공 성형 및 압력 성형과 같은 단일 몰드 공정을 포함한다.

짧은 택타임(Takt time)을 가진 높은 처리량의 정밀한 유리 3D 성형 가공(이중 몰드 프레싱(double-mold pressing), 단일 몰드 진공 성형, 또는 단일 몰드 프레스 성형)은 더 낮은 비용으로 제작하게 할 수 있다. "택타임"은 소비자 요구에 맞추기 위해 필요한 평균 단위 생산 시간이다. 택타임을 줄이는 문제 중 하나는 2D 프리폼을 배치하는데 필요한 정밀도를 유지하는 것이다. 짧은 택타임은 단일 몰드 공정에서 더욱 쉽게 달성될 수 있다. 이중 몰드 공정에서, 유리를 압축하는 동안 엄격한 공차를 유지할 필요가 있으므로, 상부 및 하부 몰드 사이에 큰 마찰 저항을 갖는다. 이러한 높은 마찰 저항으로 인해 빠른 압축 동작이 적용될 수 없다.

3D 부품의 외부 둘레 부분에 대한 엄격한 사양을 충족시키고 특히 3D 부품의 길이, 폭, 및 높이 치수의 가변성을 줄여 정확성을 얻기 위해 프리폼을 몰드에 정밀하게 배치하는 것이 요구된다. 프리폼이 부정확하게 몰드에 배치되면, 윤곽 치수에서의 3D 부품의 CAD 모델과의 호환성은 좋지만 길이, 너비 또는 높이가 허용 오차를 초과할 수 있으며 3D 부품이 최종 장치에 맞지 않을 수 있다. 길이, 폭, 및 높이 치수에 대한 통상적인 허용 오차는 +/- 0.050mm 에서 +/- 0.150mm의 범위이다. 3D 부품을 이러한 허용 오차에 맞추기 위해, 프리폼은 정확한 사양 요구와 평판 프리폼 공차에 따라, 몰드에 통상적으로 +/- 0.050mm 이내의 또는 그 이상의, 더욱 엄격한 허용 오차를 가지고 배치되어야 한다.

종래의 부품 배치/감지 기술은 본 적용의 모든 기술 요구를 충족시킬 수 없다. 예를 들어, 기계 시각 시스템(machine vision systems)은 성형 공정에서 금형 위에 존재하는 높은 주변 온도를 용납하지 않는다. 주변 온도가 카메라 온도 사양을 충족시키는 위치에 배치되는 경우에도, 기존 시각 시스템은 일반적으로 본 적용의 미크론(micron) 수준의 위치 요구 사항을 충족시키는 데 필요한 해상도를 갖지 못한다. 또한, 시각 시스템은 프리폼의 유리 가장자리에서 달성하기 매우 어려운 매우 특수한 조명을 필요로 하며, 처리 온도로 몰드 재료에서 발생하는 표면 산화로 인해 몰드 마감을 변형시킴으로써 더욱 복잡하게 된다.

본원에는 힘 센서(force sensor)를 이용하여 몰드(mold)에 프리폼(preform)을 위치시키는 장치 및 방법이 개시된다. 장치 및 방법은 몰드에 프리폼을 위치시키는 공정 중에 힘 센서를 안전한 온도로 유지하는 것을 포함할 수 있다.

하나의 개략적인 실시예에서, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치는 프리폼 취급 도구와, 프리폼 취급 도구에 의해 프리폼의 취급 중 프리폼에 적용된 힘을 감지할 수 있도록 프리폼 취급 도구에 연결된 힘 센서, 그리고 몰드에 대해 프리폼 취급 도구를 움직이기 위해 배치되고 작동할 수 있는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는 로봇 아암(robot arm), 또는 프리폼 취급 도구에 제어된 모션을 제공할 수 있는 다른 적절한 기계로 이루어질 수 있다.

다른 개략적인 실시예에서, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법은 힘 센서에 연결된 프리폼 취급 도구를 제공하는 단계와, 프리폼 취급 도구로 프리폼을 들어올리고 프리폼을 몰드 부근에 위치시키는 단계, 힘 센서의 도움으로 프리폼의 가장자리와 몰드 상에 위치를 매핑(mapping)하는 단계, 그리고 매핑된 위치에 따라 몰드에 프리폼을 위치시키는 단계를 포함한다.

다음은 첨부된 도면의 특징에 대한 설명이다. 도면은 축척대로 도시되지 않았으며, 일부 특징 및 도면의 일부 시야는 명료함 및 간결함을 위해 축척으로 또는 개략적으로 과장하여 보여질 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 예시의 로봇 프리폼 적재 시스템(robot preform loading system)을 나타낸다.
도 1a는 하나의 실시예에 따른 도 1의 로봇 프리폼 적재 시스템의 힘 센서와 냉각 플레이트 사이의 떨어짐(standoffs)을 보여준다.
도 2는 도 1의 로봇 프리폼 적재 시스템의 프리폼 취급 도구의 절단된 도면을 나타낸다.
도 3은 위치 핀(pin)을 가진 예시의 몰드를 나타낸다.
도 4는 위치 핀으로 몰드에서의 프리폼의 배치에 대한 예시이다.
도 5는 모델 프리폼의 치수의 형성에 대한 예시이다.

프리폼, 예컨대, 유리 또는 유리-세라믹 기판을 몰드에 위치시키는 장치가 이곳에 개시된다. 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치를 이용하는 방법 또한 개시된다. 몰드 상에 원하는 위치의 +/- 0.050 mm 이내 또는 그 이상으로 몰드에 프리폼을 정밀하게 위치시키기 위해 본 장치가 사용될 수 있다. 하나의 예시에서, 몰드는 연속 성형 기계에서 가열된 몰드일 수 있으며, 상기 몰드는, 그 전체에 참조로서 포함된 미국 특허 8,701,443호에 공지된 것과 같은 복수의 몰드 위치 사이에서 인덱싱(index)된다. 하나의 실시예에서, 장치는 힘 센서의 도움으로 몰드에 프리폼을 위치시킨다. 힘 센서는 몰드에 프리폼을 정확하게 위치시키기 위해 프리폼의 가장자리와 몰드 상에 위치를 매핑하는데 사용된다.

도 1은 하나의 실시예에 따라 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치(10)를 나타낸다. 장치(10)는 로봇 아암(102, robot arm)에 연결되는 프리폼 취급 조립체(90)를 구비한다. 하나의 실시예에서, 프리폼 취급 조립체(90)는 힘 센서 어댑터 플레이트(104, force sensor adapter plate)를 통해 로봇 아암(102)에 연결될 수 있는 힘 센서(100, force sensor)를 구비한다. 프리폼 취급 조립체(90)는 힘 센서(100)에 연결된 프리폼 취급 도구(106)를 추가로 구비하여, 프리폼 취급 도구(106)의 힘이 힘 센서(100)로 전달될 수 있다. 하나의 실시예에서, 프리폼 취급 도구(106)는 프리폼을 파지하기 위한 진공(또는 흡입) 컵(108, cup)을 구비할 수 있다. 진공 컵(108)은 진공 컵 스테빌라이저(110, stabilizer)에 부착될 수 있으며, 이는 진공 컵 어댑터(112)에 추가로 부착될 수 있다. 진공 컵 어댑터(112)는 진공 컵(108)을 작동시키기 위해 진공이 공급되게 하기 위한 포트(113, port)를 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 프리폼 취급 도구(106)는 프리폼의 비-접촉 취급을 가능하게 하는, 베르누이 척(Bernoulli chuck, 미도시)을 구비할 수 있다. 베르누이 척은 기판을 제자리에서 들어 고정하기 위해 진공과 압력 모두를 사용한다. 베르누이 척은 상업적으로 예컨대, 페스토 코퍼레이션(Festo Corp.)에서 만든, 페스토 베르누이 그립퍼, 또는 메카트로닉(Mechatronic)에서 만든 베르누이 진공 엔드-이펙터(end-effector)를 이용할 수 있다.

힘 센서는 상업적으로 이용할 수 있다. 몇몇 예시는 미시간, 로체스터 힐스의 파누크 아메리카 코퍼레이션(Fanuc America Corporation)에서 이용할 수 있는 파누크 힘 센서, FS-250iA, FS-100iA, FS-40iA, FS-15iA, 및 FS-15iAe 이다. 파누크 아메리카 코퍼레이션으로부터 이용 가능한 힘 센서 또는 다른 적합한 힘 센서는 힘과 토크를 감지할 수 있고 힘 센서(100)로서 사용될 수 있다. 예컨대 파누크 아메리카 코퍼레이션과 같은, 일부 로봇 제작자들은 힘 센서가 내장된 지능형 로봇을 제공한다. 로봇 아암(102)과 힘 센서(100)의 기능을 만족시키기 위해 상기 지능형 로봇을 이용할 수 있다.

힘 센서는 통상적으로 50도 이하의 온도에 대해 정격이 정해진다. 그러나, 프리폼 적재 위치에서 대기 온도는 50도 이상에서 작동할 수 있고, 120도를 초과할 수 있다. 몰드에 프리폼을 위치시키는 과정 중 힘 센서가 오류나는 것을 방지하기 위해, 프리폼 취급 조립체(90)는 힘 센서(100)를 위한 냉각 장치(114)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 주변 환경 내에서, 점선(101)으로 도시된, 온도 제어된 거품을 생성한다. 힘 센서(100)는 온도 제어된 거품(101) 내에 배치되고 그로 인해 주변 공정 온도로부터 보호된다. "거품"이란 용어는 "위험 또는 불쾌한 상태로부터 보호받는 장소 또는 위치"의 의미로 사용된다. 하나의 실시예에서, 온도 제어된 거품(101) 내의 온도는 냉각 장치(114)에 의해 60도 이하로 유지되고, 힘 센서(100)가 상업적으로 이용가능한 힘 센서의 표준에 대한 작동 온도 사양 내에 있게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 온도 조절된 거품(101)은 냉각 장치(114)에 의해 40도 이하로 유지된다.

하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 프리폼 취급 도구(106)와 힘 센서(100)가 몰드 위로 프리폼을 적재하는데 사용되는 동안 작동될 수 있다. 하나의 실시예에서, 냉각 장치(114), 또는 그 일부분은 일반적으로 힘 센서(100)와 프리폼 취급 도구(106) 사이에 배치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 힘 센서(100) 근처에 배치된 냉각 플레이트(118, plate)를 구비할 수 있다. 냉각 플레이트(118)는 예컨대, 냉각 플레이트(118)의 상부 말단부를 힘 센서(100)에 물리적으로 부착함으로써 힘 센서(100)와 물리적으로 접촉될 수 있으므로, 열은 주로 전도에 의해 힘 센서(100)로부터 제거될 수 있다. 대안 실시예에서, 떨어짐(standoffs)(도 1a의 118a)은 주로 복사에 의해 힘 센서(100)로부터 열이 제거될 수 있는 작은 가로지르는 틈을 생성하기 위해 냉각 플레이트(118)와 힘 센서(100) 사이에 배치될 수 있다. 냉각 플레이트(118)의 하부 말단부는 예컨대, 냉각 플레이트(118)를 어떤 적절한 수단을 이용하여 진공 어댑터(112)에 체결함으로써 프리폼 취급 도구(106)에 연결될 수 있다.

하나의 실시예에서, 냉각 플레이트(118)는 힘 센서(100)의 열을 제거하기 위해 그 내부에 냉각 공기(또는 다른 냉각 유체)가 순환되고 있는 냉각 플레이트 챔버(122, cooling plate chamber)를 구비한다. 하나의 실시예에서, 냉각 플레이트(118)는 내부 벽과 외부 벽으로 구성된 이중 벽(120)을 가지며, 냉각 플레이트 챔버(122)는 상기 이중 벽(120) 내의 빈 공간, 즉, 이중 벽(120)의 내부 벽과 외부 벽 사이의 틈에 위치할 수 있다. 상기 실시예에서, 순환 공기는 이중 벽(120) 내에 포함되며, 이는 잠재적으로 온도 구배를 야기하고 프리폼으로부터 형성된 최종 3D 형상 부품의 상응하는 치수 결함을 야기할 수 있고 또는 몰드 위로 입자들을 운반하여 최종 3D 형상 부품의 외관 결함을 야기할 수 있는 공기 흐름의 가능성을 제거하게 된다.

하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 힘 센서(100)를 적어도 부분적으로 둘러 가두도록 배치된 냉각 캔(128, cooling can)을 추가로 포함할 수 있다. 냉각 캔(128)은 힘 센서(100) 또는 냉각 플레이트(118)에 부착되거나, 또는 연결될 수 있다. 일반적으로, 힘 센서(100)를 적어도 부분적으로 둘러 가두는 냉각 캔(128)을 지지하는 어떤 적합한 수단이 사용될 수 있다. 냉각 캔(128)은 단일 캔일 수 있으며 또는 힘 센서(100)를 적어도 둘러 가두도록 나란히 배치된 다수의 캔으로 만들어질 수 있다. 냉각 캔(128)은 냉각 캔 챔버(136)를 갖는다. 냉각 압축된 공기(또는 다른 압축된 유체)는 힘 센서(100) 주변으로부터 열을 제거하기 위해 냉각 캔 챔버(136) 내부에서 순환된다. 하나의 실시예에서, 냉각 캔(128)은 내부벽과 외부벽으로 이루어진 이중 벽(134)을 가지며, 냉각 캔 챔버(136)는 이중벽(134) 내의 공간, 즉, 이중벽(134)의 내부 및 외부벽 사이의 빈 공간에 위치한다. 이중벽(134)은 냉각 플레이트(118)에 대해 전술한 것과 같은 동일한 방식으로 작용할 수 있다. 냉각 캔(128)은 알루미늄 또는 철과 같은 다른 적합한 재질로 만들어질 수 있다. 하나의 실시예에서, 도 2에 도시된 것처럼, 냉각 캔(128)은 로봇 아암(102)이 힘 센서(100)에 연결된 경우 로봇 아암(102)을 수용하기 위한 윈도우(130, window)를 포함할 수 있다. 로봇 아암(102)은 도시된 것과 같이 윈도우(130)을 통해 연장될 수 있다.

도 1 및 2에 도시된 것처럼, 냉각 장치(114)는 냉각 캔(128)의 외부에 장착된 열 차단막(132, heat shield)을 추가로 구비할 수 있다. 열 차단막(132)은 노(furnace, 미도시)로부터 또는 다른 유사한 열원으로부터 힘 센서(100)를 향해 지향되는 열 복사를 차단하는데 사용될 수 있다. 열 차단막(132)은 오직 열 복사의 공급원과 마주하고 있는 냉각 캔(128)의 일부분만에 사용될 수 있으며 또는 로봇 아암(102)에 대한 적절한 개구부 또는 간격을 두고, 전체 냉각 캔(128)을 둘러 가둘 수 있다. 열 차단막(132)은 알루미늄 또는 다른 적절한 열 차단막 재질로 만들어질 수 있다.

냉각 장치(114)는 또한 도 2에 도시된, 힘 센서(100)에 추가로 점 냉각을 제공하기 위해, 예컨대 힘 센서 어댑터 플레이트(104) 내에 배치된, 소용돌이 관(140, vortex tubes)을 구비할 수 있다. 소용돌이 관은 압축 공기를 회전시켜 공기를 차가운 공기 흐름과 뜨거운 공기 흐름으로 분리한다. 적합한 소용돌이 튜브의 예시는 오하이오, 신시네티, 볼텍(Vortec, Cincinnati, Ohio)으로부터 이용할 수 있다.

도 1로 돌아가면, 전술한 프리폼 취급 조립체(90)는 프리폼을 3D 부품으로 성형하기 위한 새깅 공정(sagging process)을 위해 몰드 위에 유리 또는 유리-세라믹 프리폼, 또는 다른 재료로 만들어진 프리폼을 적재하는데 사용될 수 있다. 몰드 위로 프리폼을 적재하기 전에, 프리폼은 보통 예열된다. 몰드(200)에 프리폼을 적재하기 위해, 로봇 아암(102)은 예열 네스트(nest)(미도시)에서 프리폼을 집기 위해 프리폼 취급 도구(106)를 사용하고 몰드(200)에 접근한다. 로봇 아암(102)은 이후 프리폼(205)을 몰드(200)의 표면 가까이에 위치시키며, 힘 센서(100)를 사용하여 몰드(200)에 프리폼(205)을 위치시키는 공정이 시작된다. 몰드(200)에 프리폼을 위치시키면서, 냉각 장치(114)는 힘 센서(100) 주변에 원하는 온도로 제어된 거품을 제공하도록 작동되어 힘 센서(100)는 안전한 작동 온도 범위 내에서 유지된다. 안전한 작동 온도 범위는 제작자에 의해 힘 센서의 등급에 의해 결정될 것이다. 하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 힘 센서(100)의 온도를 힘 센서의 정격 최대 작동 온도 아래로 유지한다. 하나의 실시예에서, 냉각 장치(114)는 60도 이하로 힘 센서(100)의 온도를 유지한다. 다른 실시예에서, 냉각 장치(114)는 40도 아래로 힘 센서(100)의 온도를 유지한다. 도시되진 않았지만, 센서는 온도 제어된 거품 내에 온도를 모니터링하는데 사용될 수 있으며, 센서의 출력은 냉각 장치(114)의 작동을 조정하는데 사용될 수 있다.

하나의 실시예에서, 도 3은 프리폼(205)이 적재되는 몰드(200)가 위치 핀(202, 204, 206, locating pins)을 구비한 것을 보여준다. 두 개의 핀(202, 204)은 Y축을 따라 배치된다. 즉, 3개의 위치 핀(202, 204, 206)은 동일선상에 있지 않으며, 또는 3개의 위치 핀(202, 204, 206)은 삼각형을 형성한다. 프리폼(205)을 몰드(200)에 정확하게 위치시키기 위해, 프리폼(205)의 둘레 가장자리(208)에 모든 상기 핀들이 인접해 있어야 한다.

도 4를 참고하여, 하나의 실시예에 따른 몰드(200)에 프리폼(205)을 정확하게 위치시키기 위해, 로봇 아암(102, 도 1)은 프리폼(205)의 가장자리(208)가 X축 상에서 위치 핀(206)과 접촉할 때까지 Y축을 따라 움직일 수 있다. 힘 센서(100, 도 1)는 상기 움직임을 위해, 힘 모드, 즉, 힘을 감지하는 모드에 있을 수 있다. 위치 핀(206)과 접촉하는 것은 힘 센서가 미리 정해진 양의 힘, 예컨대 4N을 나타내면, 확인될 수 있다. 로봇 아암은 힘 센서가 위치 핀(206)이 발견되었다는 피드백을 제공한 경우 이동을 멈춘다.

로봇 아암은 Y축을 따라 방향을 반대로 할 수 있고, 위치 핀(206)으로부터, 특정 거리, 예, 1mm까지 프리폼(205)의 가장자리(208)를 이동시킬 수 있다. 이러한 거리는 힘 센서 모드와 핀 지름의 특정 처리 특성에 의해 결정된다.

로봇 아암은 프리폼(205)의 가장자리(208)가 Y축에서 핀(202, 204) 중 하나와 접촉할 때까지 X축을 따라 이동할 수 있다. 힘 센서는 이러한 이동을 위해 힘 모드에 있을 수 있다. 힘 센서가 미리 정해진 양의 힘, 예컨대, 4N의 힘을 나타낸 경우 접촉이 확인된다. 로봇 아암은 힘 센서가 Y축에서 핀(202, 204) 중 하나를 발견했다는 피드백을 제공하면 움직임을 멈춘다.

힘 센서는 다음 이동을 위해 토크 모드(torque mode)로 배치될 수 있다. 로봇 아암은 Y축에서(전술한) 앞서 발견된 핀으로부터 모멘트(moment)를 검출할 때까지 움직여서 Y축에서 다른 핀(202, 204)을 검색할 수 있다. 로봇 아암은 로봇에 의해 적용된 토크가 반대 방향의 동일한 모멘트에 의해 상쇄될 때까지 상기 모멘트를 대응하는 방향으로 회전할 수 있다. 상기 조건은 Y축에서 두 핀(202, 204)이 프리폼(205)의 가장자리(208)와 접촉할 때 만족된다. 힘 센서는 이후 Y축 상의 두 핀(202, 204)이 발견되었다는 피드백을 제공한다.

로봇 제어기는 로봇 아암 및 힘 센서와 통신을 위해 제공될 수 있다. 로봇 제어기는 프로세서와 네트워크 통신 능력을 포함할 수 있다. 상기 로봇 제어기는 상업적 공급원으로부터 제작되거나 얻어질 수 있다. 예를 들어, 시스템 R-30iB 제어기는 파누크 아메리카 코포레이션(Fanuc America Corporation)으로부터 이용할 수 있다. 실행 시 전술한 단계를 수행하는 프로그램은 로봇 제어기에서 구현될 수 있다. 프로그램을 가진 로봇 제어기는 로봇 아암을 전술한 것처럼 몰드에 프리폼을 위치시키도록 움직이게 하는데 사용될 수 있다.

프리폼(205)이 몰드(200)에 위치되고 난 후, 로봇은 진공 컵(108, 도 1)의 진공을 꺼서 프리폼(205)을 몰드 표면으로 분리시킬 수 있다.

전술한 것과 같은 힘 센서의 적용은 로봇 시스템이 각각의 몰드 위치를 그 위에 적재되는 프리폼의 가장자리와 매핑시킨다. 이러한 방법은 로봇이 모든 기계 시스템 공차와, 몰드 대 몰드 변화, 프리폼 대 프리폼 변화를 보완하고, 성형된 부품 치수를 만족시키는데 필요한 정밀도와 반복도로 몰드에 프리폼을 위치시킬 수 있게 한다. 프리폼을 집고 상기 움직임을 수행하는 전체적인 작동은 높은 처리량의 성형 공정을 유지하기 위해 보통 15초 내에 완료될 필요가 있다.

정의: Cp는 처리 능력의 척도이다. 이는 Cp = [USL-LSL]/6*(모든 데이터의 표준 편차)로 계산된다. Cpk는 공정이 공정의 자연 가변성과 관련하여 사양 한계에 얼마나 근접하는지 측정하는 인덱스(index)이다. Cpk = 최저치[(MEAN - LSL)/3*(표준편차), (USL - MEAN)/3*(표준 편차)]. USL은 상부 사양 한계이며, LSL은 하부 사양 한계이고, MEAN은 데이터의 공정 평균이다. 공정에 대한 Cp와 Cpk가 높을수록 좋다. Cp와 Cpk는 공정이 얼마나 잘 제어되는지를 보여준다.

예시 1(비교): 오하이오 주, RAD에 의한 공압 준수 장치를 사용하여 24-몰드 회전 인덱싱 진공 성형 기계에서 프리폼을 몰드 상에 위치시켰다. 공압 준수 장치는 능동적인 컴퓨터 모션 제어 없이 압력 응답 피드백을 기반으로 작동한다. 대조적으로, 힘 센서는 컴퓨터 제어를 사용하며 외부 공급원으로부터 가해진 힘과 모멘트(x, y, z, 요우(yaw), 피치 및 롤(pitch, and roll))을 감지할 수 있다. 힘 센서는 보통 공압 준수 장치보다 훨씬 더 높은 정확성을 갖는다. 표 1은 길이 (L1, L2, L3) 및 너비 (W1, W2, W3) 치수에 대한 Cp 값을 보여준다. (도 5는 프리폼 모델 P에 대한 L1, L2, L3, W1, W2 및 W3의 정의를 보여준다). 길이 / 너비 / 높이 치수의 수율은 50 % 미만입니다 (Cp <0.5).

[표 1]

예시 2: 힘 센서(FANUC FS-15iA)는 진공 성형 기계를 인덱싱하는 24-몰드 회전으로 몰드에 프리폼을 배치하는데 사용되었으며, 각각의 프리폼 위치는 도 4를 참고하여 전술한 공정에 따른다 표 2a 및 2b는 길이 (L1, L2, L3), 높이 (H1, H2, H3, H4, H5, H6) 및 너비 (W1, W2, W3) 치수에 대한 Cp 값을 보여준다. (L1, L2, L3, H1, H2, H3, H4, H5, H6, W1, W2, 및 W3의 정의는 도 5에 도시됨). 테스트된 모든 위치에 대해, Cp는 0.99 이상이었으며(93% 수율과 동등), 이는 비교 예시 1에 비해 현저한 개선이다. 힘 센서는 컴퓨터 제어를 사용하며 외부 공급원으로부터 적용된 힘과 모멘트(x, y, z, 요우(yaw), 피치 및 롤)을 감지할 수 있다. 힘 센서는 보통 공압 준수 장치보다 훨씬 더 높은 정확성을 가지며, 이는 예시 1에 비해 Cp가 크게 향상된 것을 설명할 수 있다.

[표 2a]

[표 2b]

본 발명은 제한된 수의 실시예에 대하여 설명되었지만, 본 발명의 이점을 갖는 당업자는 개시된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시예가 고안될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 여기에. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

프리폼(preform) 취급 도구;
상기 프리폼 취급 도구를 통한 프리폼의 취급 시 프리폼에 적용된 힘을 감지할 수 있는, 상기 프리폼 취급 도구에 연결된 힘 센서(force sensor); 및
몰드(mold)에 대해 상기 프리폼 취급 도구를 움직이도록 배치되고 작동할 수 있는 제어 장치를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 힘 센서 주위에 열적으로 제어된 거품을 생성하기 위한 냉각 장치를 추가로 구비하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 장치는 열적으로 제어된 거품 내에서 힘 센서의 정격 최대 작동 온도 이하로 온도를 유지하도록 구성되는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 장치는 힘 센서를 적어도 부분적으로 둘러 가두도록 배치된 냉각 캔(can)을 구비하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 냉각 캔은 이중벽을 가지며, 상기 이중벽 내에는 냉각 유체의 순환을 위한 냉각 캔 챔버(chamber)가 위치하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제어 장치는 로봇 아암(robot arm)을 구비하며, 로봇 아암은 상기 힘 센서에 연결되고, 상기 냉각 캔은 로봇 아암을 위한 간격을 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 장치는 상기 힘 센서에 근접하여 또는 접촉하여 배치된 냉각 플레이트(plate)를 구비하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각 플레이트는 이중벽을 가지며, 상기 이중벽 내에는 냉각 유체의 순환을 위한 냉각 플레이트 챔버가 위치하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 장치는 힘 센서를 향해 지향된 외부 열 복사를 차단하기 위해 냉각 캔에 근접하여 장착된 열 보호막을 구비하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각 장치는 힘 센서의 점 냉각을 위해 힘 센서에 근접하게 배치된 적어도 하나의 소용돌이 관을 구비하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어 장치는 로봇 아암을 구비하고, 상기 힘 센서는 로봇 아암에 연결되는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 장치.
힘 센서에 연결된 프리폼 취급 도구를 제공하는 단계;
프리폼 취급 도구로 프리폼을 들어올리고 몰드 부근으로 프리폼을 위치시키는 단계;
힘 센서의 도움으로 몰드 상의 위치를 프리폼의 가장자리와 매핑(mapping)시키는 단계; 및
매핑된 위치에 따라 몰드에 프리폼을 위치시키는 단계를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 위치를 매핑시키는 중 힘 센서 주위에 열적으로 제어된 거품을 제공하고 힘 센서의 정격 최대 작동 온도 아래로 열적으로 제어된 거품 내의 온도를 유지함으로써 힘 센서를 안전 온도로 유지시키는 단계를 추가로 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 위치를 매핑시키는 단계는 몰드에 대해 프리폼을 이동시키고 프리폼과 몰드의 위치 핀 세트 사이의 접촉을 나타내기 위한 힘 센서의 출력을 모니터링하는 단계를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 위치를 매핑시키는 단계는 힘 센서가 제1 축을 가로지르는 제2 축 상에서 프리폼의 가장자리와 제1 및 제2 위치 핀(pin) 사이의 접촉을 나타낼 때까지 제2 축을 따라 프리폼을 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 위치를 매핑시키는 단계는 힘 센서가 제1 축 상에서 프리폼의 가장자리와 제2 위치 핀 사이의 접촉을 나타낼 때까지 제2 축을 따라 프리폼을 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 위치를 매핑시키는 단계는 힘 센서가 프리폼의 가장자리와 제2 위치 핀 및 제1 축 상에서 제3 위치 핀 모두의 사이의 접촉을 나타낼 때까지 프리폼을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 힘 센서 주위에 열적으로 제어된 거품을 제공하는 단계는 힘 센서를 선택적으로 냉각하는 단계를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 힘 센서 주위에 열적으로 제어된 거품을 제공하는 단계는 힘 센서를 향해 지향된 외부 열복사를 차단하기 위해 열 보호막을 제공하는 단계를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 힘 센서를 안전 온도로 유지하는 단계는 힘 센서를 냉각하고 외부 열복사로부터 힘 센서를 보호하는 것 중 하나 또는 모두를 통해 열적으로 제어된 거품 내의 온도를 60도(℃) 이하로 유지시키는 단계를 포함하는, 몰드에 프리폼을 위치시키는 방법.