KR20180003376A - Large area UV curing system with multiple LED row - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 UV경화 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 양산라인에서 복렬의 LED램프를 기반으로 수지 제품의 경화를 수행하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a UV curing system, and more particularly to a return LED based large area UV curing system that performs curing of a resin product based on a double LED lamp in a production line.
통상 UV LED 경화는 광 개시제가 함유된 자외선 경화형 수지로 코팅된 각종 제품에 적용하여 제조현장의 친환경성과 생산성 향상은 물론 표면 경도, 표면 광택, 전기 절연성 등의 물성을 높이는 기술로 각광받고 있다. 특히 UV 경화용 램프로 고효율의 LED 광원을 사용하는 경우 일반적인 UV 램프에 비하여 설비의 사이즈와 전력소모량을 축소할 수 있다. 다만, 제품의 양산 현장에서 라인에 융합되어 공정의 유연성을 높이는 것이 생산성을 향상하는 요체로 인식된다.In general, UV LED curing is applied to various products coated with ultraviolet curable resin containing photoinitiator, and it has been attracting attention as a technology for enhancing the properties such as surface hardness, surface gloss and electrical insulation as well as improving the environment friendliness and productivity at the manufacturing site. In particular, when a highly efficient LED light source is used as a UV curing lamp, the size and power consumption of the equipment can be reduced compared to a general UV lamp. However, increasing the flexibility of the process by fusing the products to the line at the production site is recognized as a product that improves productivity.
UV경화와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로 한국 등록특허공보 제2013-0120568호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1623299호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.Korean Patent Publication No. 2013-0120568 (Prior Art 1) and Korean Patent Registration No. 1623299 (Prior Art 2) are known as prior art documents which can be referred to in connection with UV curing.
선행문헌 1은 LED들이 제1면에 배열되어 있는 제1모듈; LED들이 제2면에 배열되어 있는 제2모듈; 상기 제1모듈과 제2모듈이 일정한 각도를 갖도록 연결시키기 위한 연결부; 및 상기 제1모듈, 상기 제2모듈, 상기 연결부를 커버하는 커버를 포함한다. 이에, 열변형이나 품질 저하를 해결하여 중형 또는 대형 컨베어 타입 경화장비에 적용이 가능한 효과를 기대한다.The
선행문헌 2는 하우징에 히트싱크를 개재하여 다수의 LED모듈을 구비하는 광조사헤드; 상기 다수의 LED모듈에 연결되어 전원을 인가하는 전원공급기; 상기 LED모듈의 히트싱크를 수냉자켓으로 감싸는 냉각수단; 및 상기 LED모듈의 발열 온도와 광출력을 설정 범위로 유지하는 제어수단;을 포함한다. 이에, 대면적 UV 경화에 있어서 최대 광출력 10,000mw/㎠ 이상을 구현하는 효과를 기대한다Prior Art 2 discloses a light emitting device comprising a light irradiation head having a plurality of LED modules through a heat sink in a housing; A power supply connected to the plurality of LED modules to apply power; Cooling means for enclosing the heat sink of the LED module with a water-cooled jacket; And control means for maintaining the heat generation temperature and the light output of the LED module at a set range. Therefore, it is expected that the maximum light output of 10,000 mw / cm 2 or more can be realized in the large-area UV curing
상기한 선행문헌에 의하면 중대형 제품의 양산 현장에 대한 적용성을 어느 정도 기대할 수 있기는 하지만, 다품종 소량 생산을 감당하는 양산라인에 대응하기 위한 설계요소를 반영하지 않아 한계성을 보이고 있다.According to the above-mentioned prior art, although the applicability to the mass production sites of medium and large products can be expected to some extent, the design elements for the mass production line which can handle small quantity production of various kinds of products are not reflected and it shows limitations.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 양산라인에서 복렬의 LED램프를 기반으로 수지 제품의 경화를 수행함에 있어 제품의 형상에 대응하여 집광 조건을 가변적으로 조절할 수 있는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템을 제공하는 데 있다.In order to solve the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an LED lamp, Based large-area UV curing system.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제품의 이송부에 대항하게 설치되는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템에 있어서: 프레임 상에 일직선 상으로 LED모듈를 증설 가능하게 지지하는 UV조사부; 상기 LED모듈의 측면 통풍구에서 상측 통풍구로 냉각 공기를 유동시키는 냉각부; 상기 프레임 상에서 LED모듈의 조사 자세를 변동 가능하게 지지하는 조절부; 및 상기 UV조사부, 냉각부, 조절부를 설정된 알고리즘으로 가동하록 연결되는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a double-row LED-based large area UV curing system installed against a conveying portion of a product, comprising: a UV irradiating portion for extensively supporting an LED module in a straight line on a frame; A cooling unit for allowing the cooling air to flow from a side ventilation port to an upper ventilation port of the LED module; An adjuster for variably supporting an irradiation posture of the LED module on the frame; And a control unit connected to the UV irradiation unit, the cooling unit, and the control unit in a controlled algorithm.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 UV조사부의 LED모듈은 하측으로 3열 내지 5열의 램프를 구비하고, 상측으로 램프의 직병렬 구동을 위한 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed construction of the present invention, the LED module of the UV irradiation unit is provided with three to five rows of lamps on the lower side and a connector for direct-parallel driving of the lamps on the upper side.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각부는 공기의 유동 경로에서 램프와 인접한 영역에 열전소자냉각기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.In a detailed configuration of the present invention, the cooling section further includes a thermoelectric element cooler in a region adjacent to the lamp in a flow path of the air.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절부는 설정된 램프의 경사운동을 유발하는 가동대 및 설정된 램프의 수평운동을 유발하는 요동대 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to a further embodiment of the present invention, the adjusting portion includes at least one of a movable table for causing a tilting motion of the set lamp and a swinging table for causing horizontal movement of the set lamp.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부는 제품의 형상에 대응하는 각각의 램프의 온오프 패턴을 저장하고, 이송부 상의 온도와 열화상을 검출하여 저장된 패턴과 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the control unit stores the on-off patterns of the respective lamps corresponding to the shape of the product, and detects the temperature and the thermal image on the transfer unit so as to coincide with the stored pattern.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복렬의 LED램프를 기반으로 수지 제품의 경화를 수행하는 양산 공정에서 제품의 형상에 대응하여 집광 조건을 가변적으로 조절하여 공정관리의 유연성과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in the mass production process for performing curing of a resin product based on a double-row LED lamp, the flexibility and productivity of the process management can be improved by variably controlling the condensing condition corresponding to the shape of the product have.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 UV조사부를 폭방향으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 UV조사부를 길이방향으로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 조절부를 부분확대와 함께 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 제어부를 개략적으로 나타내는 구성도
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 시험 결과를 나타내는 모식도Figure 1 is a schematic representation of a system according to the present invention in its entirety;
Fig. 2 is a schematic view showing the UV irradiation unit according to the present invention in the width direction
Fig. 3 is a schematic view showing the UV irradiation unit according to the present invention in the longitudinal direction
Fig. 4 is a schematic view showing a control section according to the present invention together with a partial enlargement
5 is a block diagram schematically showing a control unit according to the present invention.
6 is a schematic diagram showing a test result of the system according to the present invention;
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 제품의 이송부(10)에 대항하게 설치되는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템에 관하여 제안한다. 특히, 디스플레이 제조공정중 I-Line(아이선) 공정의 UV 전구를 대체하는 UV LED 방식의 경화장치를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 대면적은 2345mmm x 200mm의 조사영역을 기준으로 하지만 이에 한정되지 않는다. 이송부(10)는 공지의 컨베이어(12)를 이용하여 제품을 일정한 속도로 이송한다. 컨베이어(12)에 기어나 체인으로 개재하여 연결되는 구동기(15)는 정밀한 속도 및 위치 제어가 가능하도록 구성하는 것이 좋다.The present invention proposes a large area UV curing system based on return LEDs mounted against the
본 발명에 따르면 UV조사부(20)가 프레임(21) 상에 일직선 상으로 LED모듈(22)를 증설 가능하게 지지하는 구조이다. UV조사부(20)의 프레임(21)은 경량이면서 기계적 강도와 내열성이 좋은 알루미늄 합금 프로파일로 구성할 수 있다. 도 3은 하나의 직선형 프레임(21) 상에 5개의 LED모듈(22)이 설치된 상태를 예시한다. 각각의 LED모듈(22)은 다수의 UV발광용 램프(24)를 구비한다.According to the present invention, the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 UV조사부(20)의 LED모듈(22)은 하측으로 3열 내지 5열의 램프(24)를 구비하고, 상측으로 램프(24)의 직병렬 구동을 위한 커넥터(28)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 LED모듈(22)을 폭방향으로 절단하여 4개의 램프(24)가 COB(25) 상에 탑재된 상태를 예시한다. 3열 내지 5열의 램프(24)은 대면적 경화를 위한 설비의 경제성과 더불어 후술하는 것처럼 균일한 온도 분포를 유지하는 측면에서 유리하다. 도 5에서 하나의 LED모듈(22)에 대하여 8개의 커넥터(28)가 구성된 상태를 예시한다. LED모듈(22)의 직병렬 구동은 어느 하나의 램프(24)가 고장으로 오프되어도 나머지 램프(24)의 가동을 보장하여 제품의 불량을 방지한다.The
또, 본 발명에 따르면 냉각부(30)가 상기 LED모듈(22)의 측면 통풍구(31)에서 상측 통풍구(32)로 냉각 공기를 유동시키는 구조이다. 도 2에서 전면의 통풍구(31)와 후면의 통풍구(31)에서 공기가 유입되어 상측의 쿨링팬(36)를 통하여 배출되는 상태를 예시한다. 대면적 경화에 있어서 냉각공기가 하측의 이송부(10) 상으로 유입되면 온도 분포의 균일성에 영향을 끼칠 우려가 있다. 통풍구(31)(32) 상에는 메쉬 형태의 통풍망(33)이 설치되어 이물질의 유입을 차단한다.In addition, according to the present invention, the cooling unit 30 allows the cooling air to flow from the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉각부(30)는 공기의 유동 경로에서 램프(24)와 인접한 영역에 열전소자냉각기(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 냉각부(30)는 램프(24)의 상면을 통과하는 유동 경로를 통하여 LED모듈(22) 상의 다수의 램프(24)에서 생성되는 열을 배출한다. 열전소자냉각기(35)는 방열판 상에 열전소자를 탑재한 구조로서 계절에 따른 작업현장의 온도 변화에 대응하여 보다 정밀하고 강제적인 냉각을 수행한다. In the detailed construction of the present invention, the cooling unit 30 further includes a
또, 본 발명에 따르면 조절부(40)가 상기 프레임(21) 상에서 LED모듈(22)의 조사 자세를 변동 가능하게 지지하는 구조이다. 조절부(40)는 LED모듈(22)에 탑재된 램프(24)를 다수의 그룹으로 구분하고 각 그룹이 동시에 조사 자세를 변동하도록 한다. 후술하는 것처럼 UV광의 조사 자세 변동은 투입되는 제품의 형상에 대응한 최적의 온도 분포를 도모하기 위함이다.In addition, according to the present invention, the regulating unit 40 supports the irradiation posture of the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 조절부(40)는 설정된 램프(24)의 경사운동을 유발하는 경사대(42) 및 설정된 램프(24)의 수평운동을 유발하는 요동대(46) 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 조절부(40)는 램프(24)의 상측으로 경사대(42)를 설치한 상태를 예시하고, 도 4에서 조절부(40)는 경사대(42)와 더불어 요동대(46)를 설치한 상태를 예시한다. 경사대(42)는 일측에 힌지축(44)과 가동기(48)을 연결하여 구성되고, 램프(24)의 조사각을 폭방향이나 길이방향으로 변동하여 조사 영역을 확대 또는 축소한다. 요동대(46)는 가이드레일(도시 생략) 상에 가동기(48)를 연결하여 구성되고, 조사 영역의 크기 변동은 없으나 설정된 방향으로 왕복 이동을 유발한다. As a detailed configuration of the present invention, the adjustment portion 40 includes at least one of an
이때, 경사대(42)의 가동기(48)는 웜기어와 모터로 구성할 수 있고, 요동대(46)의 가동기(48)는 캠과 모터로 구성할 수 있다. 램프(24)가 3열이나 4열인 경우 경사대(42)는 최외각 열에 적용되도록 구성할 수 있는 반면, 요동대(46)는 램프(24)의 열수에 무관하게 전체적으로 적용되도록 구성하는 것이 바람직하다. 어느 경우에나 조절부(40)는 점광원 조사광의 집중을 방지함에 따라 대면적 제품의 형상에 대응하여 균일한 경화 온도 분포를 유지한다.At this time, the
또, 본 발명에 따르면 제어부(50)가 상기 UV조사부(20), 냉각부(30), 조절부(40)를 설정된 알고리즘으로 가동하록 연결되는 구조이다. 제어부(50)는 원격과 로컬로 설치된 제어기(51)를 기반으로 하고, 로컬에 조작기(52)와 전원공급기(53)를 구비한다. 제어기(51)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로로 구성된다.According to the present invention, the
한편, 냉각부(30), 조절부(40), 제어부(50)의 작동을 위한 신호선과 전원선은 커넥터(28)를 통하여 연결된다.The signal line and the power line for the operation of the cooling unit 30, the control unit 40, and the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부(50)는 제품의 형상에 대응하는 각각의 램프(24)의 온오프 패턴을 저장하고, 이송부(10) 상의 온도와 열화상을 검출하여 저장된 패턴과 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. 온도는 이송부(10)의 컨베이어(12)에 인접한 위치에서 온도검출기(57)를 통하여 검출한다. UV조사부(20)에 인접하게 설치된 열화상카메라(55)는 이송부(10)에 대한 열화상을 획득한다. 제어기(51)에 저장된 알고리즘은 메인프로그램과 서브루틴프로그램 외에 램프(24)의 점멸 패턴 데이터를 포함한다. 예컨대, 제품이 T자형이면 이에 근접한 형태로 조사되도록 램프(24)를 가동하여 온도를 고르게 유지하면서 불필요한 전력소모를 경감한다.In the detailed configuration of the present invention, the
도 6(a)에서 LED모듈(22)의 길이방향으로 집광 균일도가 고르게 유지되지만, 도 6(b)처럼 LED모듈(22)의 폭방향으로 집광 균일도가 다르게 설정될 수 있다.6 (a), the uniformity of the light intensity is maintained in the longitudinal direction of the
작동의 일예로서, 제어기(51)는 투입되는 제품의 형태에 대한 정보를 입력하고, 이송부(10)의 컨베이어(12)를 가동하여 설정된 위치에서 정지시키고, 제품의 형상에 대응하는 조사 패턴을 결정한다. 즉, 각각의 LED모듈(22) 상에서 해당 열의 램프(24)에 대한 점등ㆍ소등 여부와 경사각도를 결정하고, 요동대(46)에 의한 왕복 요동이 필요한지 결정한다. 이어서, UV조사부(20)를 설정된 패턴으로 가동하면서 열화상카메라(55)와 온도검출기(57)를 통하여 신호를 입력하고, 냉각부(30) 및 조절부(40)와 연계하여 제품의 정상적인 UV 경화를 수행하지만, 만일 비정상 상태가 설정된 시간 이상 지속되면 모든 프로세스를 정지하고 경보를 발생한다.As an example of the operation, the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
10: 이송부
12: 컨베이어
15: 구동기
20: UV조사부
21: 프레임
22: LED모듈
24: 램프
25: COB
28: 커넥터
30: 냉각부
31, 32: 통풍구
33: 통풍망
35: 열전소자냉각기
36: 쿨링팬
40: 조절부
42: 경사대
46: 요동대
48: 가동기
50: 제어부
51: 제어기
52: 조작기
53: 전원공급기
55: 열화상카메라
57: 온도검출기10: conveying part 12: conveyor
15: actuator 20: UV irradiator
21: Frame 22: LED module
24: lamp 25: COB
28: connector 30: cooling section
31, 32: ventilation hole 33: ventilation hole
35: thermoelectric cooler 36: cooling fan
40: regulating part 42: ramp
46: swing band 48: actuator
50: control unit 51:
52: Actuator 53: Power supply
55: infrared camera 57: temperature detector
Claims (5)
프레임(21) 상에 일직선 상으로 LED모듈(22)를 증설 가능하게 지지하는 UV조사부(20);
상기 LED모듈(22)의 측면 통풍구(31)에서 상측 통풍구(32)로 냉각 공기를 유동시키는 냉각부(30);
상기 프레임(21) 상에서 LED모듈(22)의 조사 자세를 변동 가능하게 지지하는 조절부(40); 및
상기 UV조사부(20), 냉각부(30), 조절부(40)를 설정된 알고리즘으로 가동하록 연결되는 제어부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템.A large area UV curing system based on a return LED installed against a transfer part (10) of a product, comprising:
A UV irradiating portion 20 for extensively supporting the LED module 22 in a straight line on the frame 21;
A cooling unit 30 for allowing the cooling air to flow from the side air vents 31 of the LED module 22 to the upper air vents 32;
An adjustment unit (40) for variably supporting an irradiation posture of the LED module (22) on the frame (21); And
And a control unit (50) connected to the UV irradiation unit (20), the cooling unit (30), and the control unit (40) while being operated by a predetermined algorithm.
상기 UV조사부(20)의 LED모듈(22)은 하측으로 3열 내지 5열의 램프(24)를 구비하고, 상측으로 램프(24)의 직병렬 구동을 위한 커넥터(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템.The method according to claim 1,
The LED module 22 of the UV irradiating unit 20 is provided with three to five rows of lamps 24 on the lower side and a connector 28 for driving the lamps 24 in series- Based LED large area UV curing system.
상기 냉각부(30)는 공기의 유동 경로에서 램프(24)와 인접한 영역에 열전소자냉각기(35)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the cooling unit (30) further comprises a thermoelectric cooler (35) in a region adjacent to the lamp (24) in the air flow path.
상기 조절부(40)는 설정된 램프(24)의 경사운동을 유발하는 가동대(42) 및 설정된 램프(24)의 수평운동을 유발하는 요동대(46) 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템.The method according to claim 1,
The controller 40 may include at least one of a movable table 42 for causing a tilted movement of the set lamp 24 and a swing table 46 for causing horizontal movement of the set lamp 24 Return LED large area UV curing system.
상기 제어부(50)는 제품의 형상에 대응하는 각각의 램프(24)의 온오프 패턴을 저장하고, 이송부(10) 상의 온도와 열화상을 검출하여 저장된 패턴과 일치하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복렬 LED 기반의 대면적 UV경화 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit (50) stores on / off patterns of the respective lamps (24) corresponding to the shape of the product, and detects the temperature and the thermal image on the transfer unit (10) LED based large area UV curing system.
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