KR930003326B1 - 판재형성을 제어하기 위한 공정과 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음

Description

판재형성을 제어하기 위한 공정과 장치

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따르는 종이 제조장치의 도식적 설명도.

제2도는 제1도에서 도시된 장치의 일부분을 확대하여 보인 도면.

제3도는 본 실시예의 작동의 한 모우드를 설명하는 그라프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 해드박스 12 : 제어부재

14 : 슬라이스 립 16 : 슬라이스 개구부

20 : 장망식 와이어 22 : 종이(쉬이트)

24 : 건조기 26 : 릴

30 : 주사장치(scanner) 32 : 중량측정기

34 : 습도측정기 36 : 제어기

40 : 지지튜브 42 : 브라켓

44 : 나사잭 45 : 봉

46 : 노브(knob) 50 : 컨넥타

51 : 전선 54 : 장착부재

56 : 노치

여러가지 판재가 유체상태로 컨베이어 혹은 이와 유사한 것 위로 조절된 형태로 흐르게 함에 의해 제조된다. 예를들면 플라스틱 쉬이트는 가열된 플라스틱을 다이를 통해 컨베이어 벨트로 압출함에 의해 제조된다. 비슷한 방식으로 종이는 종이펄프의 슬러리를 해드박스(headbox)로부터 이동 와이어 위로 흐르게 함에 의해 제조된다. 판재의 제조에 있어서, 두께 조절장치가 사용되어 종이의 두께가 가로 세로 어디나 균일하도록 하게 제어한다. 종이의 경우, 두께 조절장치는 슬라이스 립(slice lip)이라 불리우고, 플라스틱의 경우에는, 두께 조절장치가 다이로 불리워질 수 있다. 어느 경우에나 두께 조절장치의 위치는 가동장치에 의해 조절되고, 이것은 종이제조의 경우, 슬라이스 봉(rod)을 포함한다.

미국특허 제 3,413,192호는 쉬이트 제품의 제조에 두께 조절장치를 제어하기 위한 시스템을 기술하고 있다. 이 특허에 따르면, 섬유 종이의 워터-슬러리(water-slurry)가 해드박스 속으로 공급되고 상기 슬러리는 슬라이스 립에 의해 열린 슬롯트를 통해 흘러서 연속 웨브상으로 장망식(four-drinier) 와이어 위로 침적된다. 상기 타이어는 해드박스에서 떨어지는 방향으로 연속 이동하고 있다. 슬라이스 립의 위치는 슬라이스 립에 연결된 다수의 작동장치에 의해 제어되며 상기 작동장치들은 해드박스에도 연결되고 슬라이스의 길이를 따라 서로 이격되게 장설되어 있다.

더구나 상기 특허에 따르면, 종이 슬러리는 장망식 와이어를 따라 이동하면서 건조되고 이후 종이 웨브는 프레스 롤러사이로 공급되어 남은 습기를 제거한다. 이후 웨브는 건조기부분을 통해 공급되며 완성된 종이 웨브는 건조기로부터 빠져나온다. 건조된 종이가 건조기를 떠난 후, 방사성 방충기를 포함하는 종래의 기본 중량측정기가 종이 폭 전체에 걸쳐 두께를 측정하는데 사용된다. 측정기에서 나온 정보는 제어 시스템으로 보내지고 차례로 슬라이스 작동장치를 제어하며 미리 정해진 칫수로 제조되는 종이의 두께를 유지시킨다.

상기 특허의 장치에서 나타나는 결점중의 하나는 슬라이스 립과 작동장치의 물리적 특성이 명확히 고려되지 않았다는 것이다. 이것은 시스템의 운전시 어떤 부정확한 상태로 유도된다고 믿어진다.

본 발명의 목적은 두께 조절장치의 물리적 특성이 판재제조를 조절하는 시스템을 사용하기 전에 고려되어 질 수 있는 두께 조절장치를 제어하는 시스템과 공정을 구비하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적과 장점은 하기에서의 상세한 설명과 참조도면에서 좀더 확실해 질 것이다. 참조도면과 상세한 설명에서 설명한 실시예는 보기로서 제공된 것이며 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

제1도에서 도시한 바와같이, 이 실시예는 종이 펄프를 함유하는 해드박스(10)를 포함한다. 해드박스(10)는 슬라이스 립(14)에 연결된 다수의 제어부재(12)를 포함하고 있다. 이 슬라이스 립(14)아래에 슬라이스 개구부(16)가 자리잡고 있고 이것을 통해 종이 펄프가 이동하는 장망식 와이어(20)에 배출된다. 종래의 종이 제조공정을 따라 종이(22)에 쉬이트가 건조기(24)로 들어가고 이후 릴(26)에 감겨진다. 주사장치(30)는 릴(26) 가까이에서 쉬이트(22)를 횡단하여 위치된다. 주사장치(30)는 종래의 것과 같고 여기서는 상세하게 설명되지 않을 것이다. 주사장치는 기본 중량측정기(32)와 습도측정기(34)의 두 측정기를 가지고 있고 이들은 이동 쉬이트를 횡단하여 전 후방으로 움직이고 동시에 쉬이트의 중량과 습도를 측정한다. 측정기(32)(34)는 종이의 측정된 특성에 해당하는 전기 신호를 발생시키고 전기신호는 제어기(36)에 전달된다. 제어기(36)는 측정기(32)(34)로부터 받은 정보를 처리하는 컴퓨터를 포함하고 있고 또한 상기 제어기는 제어부재(12)에 연결된 장치를 포함하고 있어서 장치의 작동을 제어하게 되어 있다.

제2도는 제어부재(12)를 상세하게 보여주고 있다. 각 부재(12)는 브라켓(42)에 의해 해드박스(10)에 측부에 연결된 지지튜브(40)을 포함하고 있다. 나사 잭(44)은 지지튜브(40)의 상단에 연결되었고 노브(knob)(46)는 나사(44)의 상단에 연결되었다. 나사 잭(44)의 하단에는 도시하지 않았지만 가열요소를 포함하는 슬라이스 봉 혹은 작동기(45)가 연결되어 있다. 슬라이스 봉(45)은 속이 비어 있고 가열요소는 슬라이스 봉(45)의 내부전 길이에 완전히 차있다. 가열요소는 한쌍의 절연된 전선이고 따라서 전류가 상기 전선에 공급되면 슬라이스 봉은 가열된다. 한쌍의 전선(51)이 가열요소에 연결되어 있고 튜브(40)로부터 나와 전원에 연결된다.

각 컨넥타(50)는 나사가 나있는 구멍(도시하지 않았음)을 가졌고, 이속에 슬라이스 봉(45)이 들어가도록 형성되었으며, 봉(45)은 그 하단에 나사가 나있어 컨넥타(50)속으로 봉이 나사 맞춤될 수 있게 되어 있다. 각 컨넥타(50)는 그의 하단에 형성된 장착부재(54)를 가지고 있어 슬라이스 립(14)과 조합되게 되어 있다.

전류가 전선(51)에 공급되었을 때, 가열요소가 가열되고 따라서 봉(45)이 가열되어 봉이 팽창하고 따라서 길어지고, 결국 슬라이스 립을 하향으로 밀게된다. 한편, 전류가 공급되지 않을때는 가열요소가 차고, 따라서 봉(45)은 수축되어 있다. 제어부재(12)를 좀더 알려면, Chleq Frote et Cie에게 주어진 "제지기계 해드박스의 립의 정밀조정에 효과적인 장치"란 제명의 미국특허 제 4,406,740호를 참고하면 된다.

슬라이스 립(14)은 해드박스의 전장에 장설되어 있고, 해드박스의 전면벽에 같은 평면으로 맞추어지는 실질적인 편평축부를 가지고 있다. 슬라이스 립(14)의 반대측은 만곡되어 있고, 노취(56)을 가지고 있어 장착부재(54)와 결합되게 되어 있어 컨넥타(50)의 수직이동이 컨넥타가 연결된 슬라이스 립 부분의 해당 수직이동을 일으키게 한다. 슬라이스 립(14) 아래쪽에는 해드박스(10)의 전면이 슬라이스 개구부(16)를 가지고 있어 펄프가 해드박스로부터 성형판(60)위의 와이어 위로 흐르도록 한다. 따라서, 슬라이스 립(14)의 하변부 형상은 슬라이스 개구부(16)로 부터 흐르는 펄프 흐름현상을 결정한다. 즉, 만약 슬라이스 립(14)의 부분이 상승하면, 많은 펄프가 슬라이스 개구부(16)를 통해 흐르게 될 것이고, 만약 슬라이스 립(14)의 부분이 성형판(60)쪽으로 낮추어 진다면, 슬라이스 개구부는 그에 해당하도록 그 높이를 감소시키게 될 것이며 따라서 이 슬라이스 개구부를 통한 펄프흐름이 제한될 것이다. 따라서 슬라이스 봉들 혹은 작동장치(45)가 측정장치(32)에 의해 측정되는 종이의 기본중량을 조절하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다.

우리는 작동장치의 제어가 시스템의 운전전에 미리 정해진 특정한 정보를 기초로하여 유리하게 될 수 있음을 발견했다.

시스템 운전전에 두 메트릭(matric)이 결정된다.

n=슬라이스 립에 연결된 작동기의 수.

상기 매트릭의 각각은 탄성지지에 의해 지지되고 작동기에 부하가 걸린 탄성비임 같은 슬라이스 립을 모델로 하여 유도되었다. 이러한 시스템은 기계와 토목기술자 수련과정에서 상세하게 분석되어 있어 근사값들이 잘 알려져 있다. 해드박스 슬라이스 립 제어를 위한 특별한 응용을 위해 우리는 가늘고 긴 슬라이스 립을 가늘고 길며 휨이 다른 칫수에 비해 작은 탄성빔으로 생각하여 근사값을 취했다. 이것은 빔의 어느 한점에서의 만곡반경의 근사값을 I/R=y"(여기서 y는 변위)로 표시할 수 있게 하며, 모멘트 M과 만곡사이의 관계를 M=E I y'(여기서 E는 만성계수이고, I는 관성계수이다)로 표시할 수 있게 한다. 실제, 슬라이스봉(45)은 비교적 얇고 가요성이다. 이것은 타당한 가정으로 봉이 힘만 공급하고 봉에 의해 나타나는 토르크는 투시할 수 있다. 두 인접마디의 이웃 단부들은 슬라이스 립의 연결이 보장되는 것이어서 이웃 단부들에서의 위치와 기울기가 서로 동일해야 한다. 이 방식으로 (nθl) 관계를 하기와 같이 표현할 수 있다(여기서 n은 슬라이스 립을 따라 있는 봉의 수이고, l는 봉들사이의 거리이다).

l_iM_i+2(l_i+l_i+1)M_i+1+l_i+1+M_i+2

=(6 E I/l_i+l_i+1)(l_i+1+y_i-(l_i+l_i+1+l_i)y_i+1+l_iy_i+2)

봉으로 인하여 나타난 힘으로부터 일차적으로 모멘트가 발생하고 그 모멘트는 하기와 같이 (n-1) 방정식으로 표현될 수 있다.

M_i-M_i-1=l₁F₁+l₂F₂+…+l_i-1F_i-1

등식에서, 슬라이스 립에 작용하는 모든 힘의 합이 0이 되도록 하기와 같이 표시된다.

F₁+F₂+…+F_n=0

상기 힘은 봉의 부하에 의해 나타나기 때문에 그들을 실제 탄성적으로 변형하게 만든다.

F_i=k_i(z_i-y_i)

이들 방정식의 집합은 봉들(z_i)의 필요변위가 슬라이스 립 형성(y_i)로 나타나도록 하여 풀릴 수 있다.

그러므로 매트릭 R_a, A, P_a및 D_a는 봉들사이가 동일간격이고 ; 모든 슬라이스 립이 봉들에 작용하고 있고 ; 모든 봉이 동일하다는 가정을 기초로 함을 알 수 있다. 이들중 모두 혹은 어느 것이 만족치 못하면, 다른 매트릭이 계산될 수도있다. 그러나 실제, 우리는 상기에서 규정한 매트릭이 대부분의 실제 경우에 적용될 수 있음을 발견했다.

매트릭 A와 R_a가 결정된 후 시스템의 특정한 물리적 파라메터가 또 결정되어야 한다. 특히 하기는 장치 제조자로 부터 제공된 물리적 경험치 혹은 정보에 기초하여 결정되어야 한다.

E, 슬라이스 립의 탄성계수 ; I, 슬라이스 립의 탄면 관성모멘트 ; k, 슬라이스 봉(45)의 스프링 상수 ; l, 슬라이스 봉들사이의 거리.

이들 정보가 결정 혹은 계산된 후, 정보는 제어기(36)의 컴퓨터로 보내어진다. 이후 시스템은 하기의 방정식에 따라 작동되고 범위내에서 설정될 수 있다.

이 방정식에서,

는 필요한 슬라이스 봉 이동의 벡타와 같고,

는 각 잠동기에서의 두께 조정부재의 필요한 변위량 벡타와 같으며, J는 주 매트릭과 같으며, 다른 변수는 상기에서 기술한 바와 같다. 좀더 일반적으로 정의하면 필요한 슬라이스 봉의 이동은 시스템의 물리적 파라메터와 필요한 변위의 함수, 즉

이다.

어떤 상황에서는, 하드-웨어의 제조자에 의해 제공된 데이타에 기초하여 파라메터 E, I, k를 결정하는 것이 불편할 때도 있을 것이다. 이런 경우, 이 분야의 조작자(운전자)는 상기에서 인식된 파라메터의 장소에 사용할 수 있는 파라메터 "C"를 전개하기 위해 하기 과정을 이용할 수 있다. 특별히, 제3도에 하나의 봉(예를 들면 봉(10))이 한 방향으로 이동할 때 슬라이스 립의 변위 봉의 수를 보여주는 일련의 곡선이 도시되어 있다. 실험은 만약 파라메터 C가 특정한 값 즉 C1이고 봉(10)이 거리 X1로 변위되면 봉(10)에 인접한 영역에서의 슬라이스 립은 곡선 C1에서 도시된 바와같이 범위될 것임을 보여주었다. 비슷하게 만약 봉(10)이 거리 X2로 변위되면 봉(10)에 인접한 슬라이스 립은 곡선 C2에 따라 변위될 것이며 만약 파라메터 C가 값 C3를 가지고 봉(10)이 거리 X3으로 변위되면 스라이스 립은 곡선 C3에 따라 변위될 것이다. 파라메터 C가 결정되어지면, 하기의 방정식이 시스템 운전에 사용될 수 있다.

비록 하나의 특별한 형태의 작동기가 여기에서 기술되었지만 본 발명은 다른 작동기의 형태에 대해서도 유사한 방식으로 응용될 수 있음을 알아야 한다. 예를들면, 여기에서 기술된 형태의 작동기 혹은 유압장치 혹은 모우터에 의해 구동되는 작동기를 채용하는 플라스틱 압출 혹은 다른 판재 제조공정에도 본 발명을 적절히 응용할 수 있다.

Claims (8)

1. 다수의 작동기가 연결된 두께 조절부재의 형상을 제어하는 공정에 있어서, a) 두께 조절부재의 필요한 형상을 결정하고, b) 두께 조절부재와 작동기의 물리적 특성에 기초하여 두께 조절부재의 필요한 형상을 실질적으로 얻기에 필요한 작동기 이동량을 결정하고, c) 필요한 이동량에 기초하여 작동기를 제어함을 포함하는 공정.
2. 제1항에 있어서, 두께 조절부재가 슬라이스 립인 공정.
3. 제2항에 있어서, 전술한 물리적 특성이 작동기의 스프링 상수, 슬라이스 립의 탄성계수 및 작동기와 슬라이스 맆의 기하적 파라메터를 포함하는 공정.
4. 제3항에 있어서, 전술한 기하적 파라메터가 미리 결정된 매트릭(matrix) 형상인 공정.
5. 다수의 작동기에 연결된 두께 조절부재의 형상을 제어하는 공정에 있어서, a) 두께 조절부재의 필요한 형상을 결정하고 ; b) 하기의 방정식에 따라 두께 조절부재의 필요한 형상을 실질적으로 얻기에 필요한 작동기 이동량을 결정하고 ;

   

   ; 여기서

   

   =필요한 작동기 이동량 ;

   

   =각 작동기에서의 두께 조절부재의 필요한 변위량 ; E=두께 조절부재의 탄성계수 ; I=두께 조절부재의 단면 관성모멘트 ; k=작동기의 스프링 상수 ; l=작동기들 사이의 거리 ; c) 필요한 작동기 이동량에 기초하여 작동기를 제어함을 포함하는 공정.
6. 제5항에 있어서,

   

   인 공정.

   여기서, [A]=미리 결정된 매트릭이고, [J]=동체 매트릭(identity matrix)이며, [R_a]=미리 정해진 메트릭임.
7. 제6항에 있어서, [A]=[P_a][D_a]인 공정.

   여기서,

   

   n=작동기의 수.
8. 제6항에 있어서,

   

   인 공정.

Images