압전형 접촉식 계수기

압전형 접촉식 계수기 {Piezoelectric Contact-Type Counter}

생산라인의 자동화 설비인 컨베이어 이송장치에서, 이송되는 물품을 계수하는 장치가 사용되고 있다. 기존의 장치들은 대개 기계적 접촉 방식으로서, 단순하고 저렴한 반면에 마모가 심하여 내구성이 떨어지고 출력 신호가 활용될 수 없는 단점이 있다. 비접촉 방식으로 광학적 장치가 일부 사용되는데, 마모되지 않는 장점이 있는 반면에 광원 등의 부속품으로 인하여 가격이 비싸고 장치 부피가 큰 단점이 있다.

본 고안은 기존의 기계적 접촉식 계수기의 단점과 광학적 비접촉식 계수기의 단점을 극복하고 장점을 취하는 방식의 계수기(counter)이다. 압전(壓電, piezoelectric) 폴리머를 소재로 사용하는 박판형 접촉식 계수기이다. 압전현상은 역학적 응력 또는 변형이 전기적 신호로 변환되거나, 그 역으로 전기적 신호가 역학적 양으로 변환되는 것으로서, 본 고안에서는 역학적 변형이 전압으로 변환되는 정압전 현상을 이용한다.

컨베이어 이송장치에서 물체의 이동 경로에 압전필름 센서를 배치한다. 물체가 이동하며 압전피름에 충격적으로 접촉할 때마다 압전피름에 변형이 발생하고 그에 상응하는 전압이 발생한다. 이 전기신호를 수신하여 계수하는 회로를 거쳐 결과를 표시하는 장치이다.

도1은 본 고안에 따른 계수기 센서부의 사시도.

도2는 본 고안의 일 실시 예로서 컨베이어 벨트 이송장치에 설치된 계수기의 사용 상태도.

도3은 본 고안의 일 실시 예를 확대한 것으로서, 압전필름 센서와 이송 물체의 위치를 보여주는 상세도.

도4는 본 고안의 일 실시 예의 확대도를 이송 방향으로 바라본 정면도.

도5는 본 고안의 센서부와 회로부의 역할을 나타내는 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 압전필름 센서20 : 센서 고정부

30 : 고정부 기둥40 : 높이 조절용 지지대

50 : 회로부60 : 숫자 표시기

70 : 이송대80 : 이송 물체

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 압전형 접촉식 계수기에 대해 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 계수기 센서부의 사시도이다.

상기 도1을 참조하면, 상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 이송 물체의 이동에 따른 압전필름의 접촉 횟수를 계수하는 압전형 접촉식 계수기에 있어서, 접촉 충격에 의한 동적 굽힘 변형에 따라 전기적 신호를 발생시키는 압전필름 센서(10)와, 상기 센서(10)를 고정시켜주는 센서 고정부(20)와, 상기 고정부(20)를 지지해 주는 고정부 기둥(30)과, 상기 기둥(30)을 지탱해주며 높이 조절을 할 수 있는 지지대(40)와, 상기 센서(10)의 전기적 신호를 받아 필터링 및 증폭을 하고 신호 발생 횟수를 계수하는 회로부(50)와, 상기 회로부(50)에서 계수된 숫자를 보여주는 숫자 표시기(60)로 구성된다.

상기 압전필름 센서(10)는 압전 폴리머(PVDF; PolyVinyliDene Fluoride)를 사용할 수 있으며, 센서 고정부(20)와 결합시키기 위한 결합 부재(22)는 볼트와 너트의 사용이 바람직하다.

도2는 본 고안의 일 실시 예로서 컨베이어 벨트 이송장치에 설치된 압전형 접촉식 계수기의 사용 상태도이고, 도3은 사용 상태도를 확대한 것으로서 압전필름과 이송물체의 위치를 보여주는 상세도이며, 도4는 상기 상태를 이송방향으로 바라본 정면도이다.

상기 도2와 도3 및 도4를 참조하면, 이송대(70)를 따라 이동하는 이송 물체(80)가 압전필름 센서(10)에 충격적으로 접촉하게 되고, 변형에 따라 전기적 출력이 나오는 압전현상에 의해 압전필름 센서(10)에서 전기적 신호가 나와 이를 회로부(50)에서 사용하게 된다.

도5는 본 고안의 센서부와 회로부의 역할을 나타내는 구성도이다.

상기 도5를 참조하면, 압전필름 센서(10)에서 나오는 전기적 출력이 필터를 거치면서 잡음 신호가 제거되고, 증폭기를 거치면서 증폭된 후, 계수 회로에서 신호 횟수가 계수된다. 계수된 숫자는 숫자 표시기(60)에 표시된다.

본 고안의 압전형 접촉식 계수기로 기술적 효과와 경제·산업적 효과가 기대된다. 기술적 측면에서는 기계적 접촉식 센서와 광학적 비접촉식 센서의 단점을 보완하여 내구성 향상 및 가격 경쟁력 향상을 이루고, 압전 폴리머를 소재로 사용한 센서의 부피가 작으므로 고정용 장치로 사용시 설치 공간의 절감에 따른 설계 자유도 증가하며, 전원 공급이 불필요하므로 탈·부착식의 이동용 장치로 활용 가능하다.

경제·산업적 측면에서는 기존 고가의 광센서를 저렴한 압전 폴리머 센서로 대체하여 장비 제작의 단가를 낮추고, 계수기로서의 활용 이외에 별도의 부품 단위 센서로 제품화가 가능하여 응용분야의 범위가 넓으며, 국산화로 인한 기존 광센서 수입 물량의 대체 및 수출이 가능하다. 압전형 접촉센서는 고정용 계수기, 이동용 계수기, 단부품화에 의한 제품화 등에 활용이 가능하리라 보인다.