KR20190031176A - 충진 레벨을 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

카트리지의 충진 레벨을 결정하는 방법에서, 압력이 카트리지 내에 존재하는 미디움에 인가되고, 카트리지 내의 압력 강하가 카트리지 내에 존재하는 공기 볼륨에 대한 결론을 얻기 위해 측정된다.

Description

충진 레벨을 결정하는 방법{Method of determining a filling level}

본 발명은 미터링 시스템(metering system)에 존재하고 그 위에 공기 볼륨(air volume)이 위치하는 액상 미디움(liquid medium)으로 충진되는 카트리지(cartridge)의 충진 레벨(filling level)을 결정하는 방법에 관한 것이다.

카트리지를 이용하는 미터링 시스템이 다수의 제조 시스템에 사용되며, 여기서 미터링 될 액상(liquid)(기체 상태가 아님) 미디움이 30 cc 내지 300 cc의 전형적인 볼륨을 가지는 카트리지에 미리 충진된 상태로 존재한다. 개별 카트리지들이 완전히 사용될 때, 그것들은 작업자에 의해서 교체되어야 한다. 따라서 작업자가 새롭고 가득 채워진 카트리지를 제때 공급하고 교체할 수 있도록 카트리지의 충진 레벨을 모니터링하는 것이 자동화된 제조 시스템에서의 미터링 시스템의 사용을 위해 유용하고 중요하다. 충진 레벨 측정을 위한 이미 알려진 시스템들은 예를 들어 카트리지 내의 플런저(plunger)에 설치된 자석의 위치를 결정할 수 있고 그에 따라 충진 레벨을 모니터링 할 수 있는 자기장 센서(magnetic field sensors)에 의해 작동한다. 이와 달리 또한 초음파가 최소 충진 레벨을 인식하기 위해 사용될 수 있다.

이들 방법들은 다수의 액상 또는 반죽(pasty) 미디움들에 사용될 수 없다. 이것의 예는 30 cc, 100 cc, 또는 300 cc 카트리지에 사용되는 PU 핫 멜트(hot melt)이다. 미디움은 매우 자주 이것들을 가지는 표면에 스킨(skin)을 보여주어 어떠한 플런저도 사용될 수 없다. 또한 초음파를 이용하는 측정은 알루미늄의 PU 핫 멜트에 사용되는 더 큰(100 cc 또는 300 cc) 카트리지에서는 신뢰성이 떨어진다는 것이 입증되었다. 더욱이, 초음파 측정은 단지 스위칭 포인트(switching point)를 전달하며, 충진 레벨의 연속적인 결정을 허용하지 않는다.

본 발명의 목적은 범용적으로 사용될 수 있고 간단한 수단을 사용하여 향상된 정확성으로 카트리지의 충진 레벨의 감지를 가능하게 하는 충진 레벨 측정을 제공하는 것이다.

이 목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해 달성되며 특히 카트리지 내의 공기 볼륨의 압력이 미리 정해진 시간 동안 대기 중으로 방출되고 미리 정해진 시간에 도달한 후의 낮아진 압력이 측정되며, 측정된 압력 강하로부터 카트리지 내에 존재하는 공기 볼륨에 대한 결론이 도출된다.

본 발명에 따른 방법은, 카트리지 내의 플런저의 디자인 및 존재 여부와는 독립적으로, 많은 수의 미디움을 위한 충진 레벨의 매우 간단한 결정을 가능하게 한다.

대부분의 미터링 과정 및 미터링 애플리케이션은 주기적이므로 전형적인 브레이크(break)가 항상 발생한다. 예를 들어, 하나 또는 더 많은 접착제 라인이 작업물에 도포되고 그리고 나서 작업물이 자동적으로 또는 수동적으로 교체된다. 브레이크의 길이는 외부로부터, 즉 제조의 전체 공정에 의해 확실히 구체화되고 미터링 시스템에 의해 고정되지 않으나, 미터링 시스템이 적어도 항상 마지막으로 이들 브레이크가 얼마나 길어야 하는지를 결정할 수 있다. 이 시간은 카트리지 내의 압력을 변화시키고 그에 따라 충진 레벨을 결정하기 위해 활용될 수 있다. 인가된 공급 압력은 전형적으로 5 내지 6 바(bar)의 크기에 달하나, 가능하게는 꼭 일정한 것은 아니다. 카트리지에 인가되는 압력은 매우 정확하게 설정될 수 있고 압력 조절 밸브의 도움에 의해 대기 압력에 대해 유지될 수 있다. 카트리지의 압력은, 충진 레벨의 결정을 위해, 특히 압력 조절 밸브를 통해, 주변 압력/대기로 간단하게 방출된다. 여기서 압력 강하는 압력 조절 밸브에 구비되는 개구를 통해서 특히 발생할 수 있다.

그 아웃렛 개구가 폐쇄되어 있는 비어 있는 카트리지가 특정 구성(compilation)을 가지고 특정 공정 및 환경 파라미터를 가지는 미터링 시스템을 위한 측정 시스템의 캘리브레이션을 위해 사용될 수 있다. 이 시스템을 위한 추가적인 비교는 완전히 채워진 카트리지일 수 있으며, 이 이유는 완전히 채워진 카트리지가 항상 동일한 양의 미디움으로 채워지기 때문이다. 다수의 카트리지가 미터링 시스템에서 차례로 비워지기 때문에, 여전히 존재하는 잔존 양은 부분적으로 비워진 카트리지의 무게 측정에 의해 결정될 수 있고 그에 따라 볼륨 측정의 파라미터들은 체크되고 최적화될 수 있다. 더욱이, 또한 미터링 시스템의 제어가 그 볼륨이 적용을 위해 미터링 파라미터의 대응하는 적응(adaptation)에 의해 설정되고 알려져 있는 카트리지로부터 통제되는 다수의 미터링 포인트를 결정할 수 있다. 그에 따라 압력 측정에 의한 충진 레벨의 측정, 볼륨 계산 및 볼륨 합산 사이의 일관성 체크가 미터링 포인트의 개수를 통해 가능하다.

정확한 압력 센서를 구비하는 압력 조절 밸브의 사용은 특히 유리하다.

유리한 실시예에 따르면, 압력 측정은 대기 압력에 대한 차이 대기 압력(differential atmospheric pressure)으로 수행될 수 있다. 이는 차이 대기 압력이 충진 레벨 결정에 어떤 영향도 주지 않는다는 장점을 일으킨다.

추가적인 유리한 실시예에 따르면, 룩업 테이블이 측정된 압력 강하로부터 카트리지에 존재하는 공기 볼륨에 대한 결론을 이끌어 내기 위해 사용될 수 있다. 특정 시간 범위에 대해 측정된 어떤 압력 발달(pressure development)이 카트리지 내의 어떤 공기 볼륨에 대응하는지가 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 그러한 룩업 테이블은 관련 제어의 메모리에 자연스럽게 저장될 수 있다.

추가적인 유리한 실시예에 따르면, 압력 및/또는 압력의 인가의 방출은 개구를 통해서 일어날 수 있다. 이는 인가된 압력의 더 정확한 제어 및 강하하는 압력의 더 정확한 측정이 더 천천히 진행되는 과정으로 인해 가능하다는 장점을 일으킨다.

본 발명은 유리한 실시예를 참조로 하여 단지 예로서 이하에서 설명될 것이다.

도 1은 충진 레벨 결정을 가지는 미터링 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 시간에 따른 서로 다른 충진 레벨에 대한 전형적인 압력 발달을 보여준다.

도 1은 그 위에 공기 볼륨(16)이 있는 액상 미디움(14)으로 부분적으로 채워진 카트리지(cartridge)(12)를 가지는 미터링 시스템(10)을 도시한다. 여기서 플런저(plunger)(18)가 액상 미디움(14)과 공기 볼륨(16) 사이에 배치될 수 있다. 이 때 액상 미디움은 액체, 반죽, 점성 또는 고점도 형태의 임의의 비가스 미디움(non-gaseous medium)으로 이해되어야 하는 것이 인지되어야 한다.

카트리지(12) 내의 공기 볼륨(16)은 압축 공기 라인(22)에 의해 공급되는 압축 공기에 의해 라인(20)을 통해 작용된다. 액상 미디움(14)은 공기 볼륨(16)으로의 압축 공기의 인가에 의해 카트리지로부터 방출될 수 있고 더 상세하게 도시되지 않았으나 개별 도즈(doses)의 분사를 위해 사용되는 밸브 드라이브(28)를 가지는 밸브(26)에 의해 노즐(24)을 통해 분사될 수 있다.

카트리지(12) 내의 공기 볼륨(16)에 일정한 압력을 인가하기 위해, 밸브 유닛(30)이 압력 라인(22)과 라인(20) 사이에 구비되며, 밸브 유닛(30)은 제1 밸브(32), 제2 밸브(34), 차압 센서(differential pressure sensor)(36), 그리고 마이크로콘트롤러(microcontroller)(38)를 포함한다. 마이크로콘트롤러(38)는 콘트롤(40)을 통해서 중앙 콘트롤(도시되지 않음) 및 밸브 드라이브(28)의 마이크로콘트롤러(29)에 연결된다.

도 1이 도시하는 바와 같이, 압력 라인(22)은 밸브 유닛(30)의 제1 밸브(32)에 연결되며, 제1 밸브(32)(또한 제2 밸브(34))는 총 세 개의 스위칭 위치, 즉 통과, 차단, 개구를 통한 통과 위치를 가진다. 공기 볼륨(16)에의 압력의 인가 시에, 도시된 위치에서 개구 및 추가로 라인(20)을 통해 공기 볼륨(16)으로 이동하는 압축 공기는 압력 라인(22)을 경유하여 공급된다. 동시에, 차압 센서(36)는 카트리지(12)의 공기 볼륨(16)에 인가되는 압력을 측정한다. 여기서 제2 밸브(34)는 폐쇄된다. 그리고 나서 제1 밸브는 대략 5 내지 6 바(bar)의 일정한 압력이 인가되도록 마이크로콘트롤러(38)에 의해 제어된다. 인가되는 압력이 차압 센서(36)에 의해 시간 상 매 시점에서 측정된다.

카트리지(12)의 충진 레벨을 결정하기 위해, 압력이 공기 볼륨(16) 및 라인(20)으로부터 제2 밸브(34)의 개구를 통해 리턴 라인(23)을 거쳐 대기 중으로 방출되도록, 제1 밸브(32)는 폐쇄되고 제2 밸브는 도 1에 도시된 위치로 이동된다. 이 과정 동안, 압력 센서(36)는 대기에 대한 차압으로서 압력 강하 및 특히 미리 정해진 지속 시간에 도달한 후의 강하된 압력을 측정한다. 예를 들어 강하된 압력에 대응하는 볼륨 값이 룩업 테이블(look-up table)로부터 읽히는 것에 의해 카트리지 내에 존재하는 공기 볼륨에 대한 결론이 도출될 수 있다.

도 2는 서로 다른 충진 레벨 또는 서로 다른 공기 볼륨에 대한 전형적인 압력 발달을 보여준다. 카트리지의 낮은 충진 레벨은 더 큰 공기 볼륨을 의미하고 그 반대 역시 마찬가지다. 도시된 예시적인 곡선에서, 곡선 V1은 미리 정해진 지속 시간 Δt에서 가장 큰 압력 강하를 보여주며, 이는 가장 작은 공기 볼륨 및 그에 따른 가장 큰 충진 레벨에 대응한다. 곡선 V3는 가장 작은 압력 강하 및 그에 따른 가장 큰 공기 볼륨 및 지속 시간 Δt 에서의 가장 작은 충진 레벨을 보여준다. 정의된 지속 시간 Δt 후에 달성되는 압력(예를 들어 도 2에서 P1)이 충진 레벨 결정을 위해 측정된다. 그러한 측정은 1 내지 수 초(seconds) 내에 가능하다. 이 시간은 카트리지 교환 후에 또는 또한 작동 동안 항상 발견될 수 있다. 측정된 압력 강하가 알려지면, 계산에 의해 또는 룩업 테이블을 찾아보는 것에 의해 카트리지 내에 존재하는 공기 볼륨에 대한 결론이 내려질 수 있다. 그러한 룩업 테이블은 압력 강하가 서로 다른 충진 레벨을 가지는 서로 다른 카트리지에 의해 측정되고 등록되는 것에 의해 간단하게 얻어질 수 있으며, 이때 개별 공기 볼륨은 이들 카트리지에 대해 알려져 있다.

또한 본 발명은 설명된 방법을 수행하도록 구성된 제어를 가지는 위에서 설명된 종류의 미터링 시스템에 관한 것이다.

Claims (11)

1. 미터링 시스템에 존재하고 그 위에 압력에 의해 작동되는 공기 볼륨이 있는 액상 미디움으로 충진되는 카트리지의 충진 레벨을 결정하는 방법으로서,
   인가된 압력이 측정되고,
   상기 공기 볼륨의 압력이 미리 정해진 지속 시간 동안 대기 중으로 방출되며,
   상기 미리 설정된 지속 시간에 도달한 후 강하된 압력이 측정되고,
   상기 측정된 압력 강하로부터 상기 카트리지에 존재하는 상기 공기 볼륨에 대한 결론이 도출되는
   방법.
2. 제1항에서,
   상기 압력 측정은 대기 압력에 대한 차압 측정으로서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   룩업 테이블(look-up table)을 사용하는 것에 의해 상기 측정된 압력 강하로부터 상기 카트리지 내에 존재하는 상기 공기 볼륨에 대한 결론이 도출되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   완전히 충진된 카트리지 및 완전히 비어 있는 카트리지의 충진 레벨은 충진 레벨의 캘리브레이션을 위해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   부분적으로 비어 있는 카트리지의 충진 레벨이 캘리브레이션을 위해 결정되고, 액상 미디움의 잔존 량이 무게 측정에 의해 결정되고, 캘리브레이션을 위해 사용되는 실제 충진 레벨은 무게 측정 과정의 결과로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
   상기 충진 레벨의 측정의 결과는 상기 카트리지에서 분사되는 개별 도즈(doses)를 카운팅하여 확인되고, 개별 도즈의 볼륨은 상기 미터링 시스템에서 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
   적어도 하나의 압력 조절 밸브 및 하나의 차압 센서가 상기 압력 인가 및 상기 압력 측정을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서,
   압력의 방출 및/또는 압력에 의한 작동은 개구를 통해 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서,
   미터링 브레이크, 미터링 방해 및/또는 카트리지 교체가 미터링 시스템에서 결정되고, 충진 레벨의 결정이 이들 시간에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    미터링 브레이크, 미터링 방해 및/또는 카트리지 교체를 위한 최소 시간이 미터링 시스템에서 결정되고, 이 시간이 충진 레벨을 결정하기 위해 충분한지에 대한 체크가 미터링 시스템에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 적어도 하나의 압력 조절 밸브, 하나의 차압 센서 및 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 콘트롤을 포함하는 미터링 시스템.

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