대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 토출기 제어시스템 및 그 방법{Dispenser control system for different water head revision using dialogic-type Algorithm and the method}

도 1은 본 발명에 따른 수두차 보정용 토출기의 전체 구성 블록도이고,

도 2는 본 발명에 따른 토출량-토출횟수의 그래프와 종래 기술에 따른 토출량-토출횟수 그래프의 비교한 것이고,

도 3은 본 발명에 따른 대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 토출기의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 압축기 20: 진공 이젝터

30: 공기 조절기 40: 솔레노이드 밸브

50: 실린지 60: 전압 공급부

100: 제어 시스템 120: 키입력부

130: 마이컴 140: 표시부

본 발명은 대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 토출기 제어시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동 제어 시스템을 통해 미소량의 액체를 정밀 정량 토출하는 것으로 토출횟수가 증가함에 따라 수두차로 인해 토출량이 변화하는 것을 자동으로 연산되는 대화형 알고리즘을 이용하여 수두값에 대한 솔레노이드 개폐시간을 자동으로 보정함으로써 실린더 내 액체의 저장 용량에 관계없이 정밀 정량을 토출하도록 제어하는 수두차 보정용 토출기의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.

각종 반도체, 전기전자, 정보통신 등의 부품에 실버페이스트, 에폭시, 실리콘 등의 접착제 액상을 미소 정량 토출 시 실린지형 토출기를 적용해야 하는데 이 방식은 실린지에 토출시키고자 하는 액상을 저장한 후 압력 및 시간을 제어하여 토출하며 토출량 조절은 토출압력, 토출시간 및 노즐의 내경에 의해 결정된다.

실린지에 공급되는 압력은 공기 조절기의 고, 저압조절과 솔레노이드 밸브의 개폐시간에 비례하여 조절되며 솔레노이드 밸브의 개폐는 솔레노이드 단자 전압에 따른 정동작 특성을 갖으나 밸브의 개폐시간이 같더라도 실린더 내에 저장된 액상의 수두차로 인해 오차가 생기기 때문에 토출량의 현격한 차이를 보이고 있다. 이 경우 문제가 발생하는 데 만약, 토출량이 과다하면 고가의 충진물의 낭비요소가 발생하고, 부족하게 되면 접착불량의 원인이 된다.

현재는 주입 작업 중에 제어기에 부착된 개폐시간 조절용 타이머를 공정 작업자가 경험에 의하여 수동 조절함으로써 토출량을 조절하거나 토출압력을 조절해가면서 작업하고 있다. 이는 수동제어의 단점인 제품의 불량 및 불균일, 생산속도의 저하로 이어지고 또한 수두차 보정이 안 될 경우 정밀 정량 토출을 요하는 부품의 경우 허용오차로 인한 불량을 초래하게 되어 고가의 충진물의 과다주입으로 인한 재료비 상승의 원인이 되어 고비용을 초래한다.

또한, 중용량 이상의 토출 기술 수준은 선진국 제품과 대등하나 미소량 토출은 미개척 분야로 각종 정보통신 기기 등의 소형화와 정밀성을 요하는 추세에 미소량 토출용 토출기는 필수적이나 전량을 수입품에 의존하고 있다.

따라서 정량 펌프가 대안으로 제시되고 있으나 0.0001 내지 0.1(g/shot)의 미소량을 주입한다는 것과 하루에 수 천회 또는 일 만회 이상 각 부품에 고속 간헐 정량 주입해야 하고 특히 에폭시 사용 시 펌프의 세척이 문제시 되고 있기 때문에 펌프는 사용이 불가능하여 정밀 정량을 고속으로 간헐 주입해야 하고 세척이 쉬워야 하며 미소 정량 토출 가능한 토출기를 요구하고 있다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자동 제어 시스템을 통해 미소량의 액체를 정밀 정량 토출하는 것으로 토출횟수가 증가함에 따라 수두차로 인해 토출량이 변화하는 것을 자동으로 연산되는 대화형 알고리즘을 이용하여 수두값에 대한 솔레노이드 개폐시간을 자동으로 보정함으로써 실린지 내 액체의 저장 용량에 관계없이 정밀 정량을 토출하도록 제어하 는 수두차 보정용 토출기의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공한다.

또한, 토출량을 자동으로 제어하여 토출량의 오차를 대폭 줄여주어 생산성을 향상시켜주며 고가의 충진물 용액이 절약됨으로써 재료비용을 절약하게 되고, 공정 작업자가 키 입력부와 표시부를 통하여 대화형으로 지령 값을 세팅하여 간편하게 작업할 수 있는 수두차 보정용 토출기의 제어 시스템을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 기술적인 수단은 토출기에 있어서, 작업자가 실린지에 담긴 충진물 용액의 수두값, 솔레노이드 단자의 통전 시간, 솔레노이드 밸브의 개폐 보정시간 및 토출 압력, 토출량의 데이터를 입력하고 상기 토출기의 동작 개시 및 연속동작을 지시하기 위한 키입력부; 키입력부와 인터페이스 되어 키입력부에서 입력된 데이터가 전송되면 전송된 데이터를 저장하고, 키입력부에서 토출기의 동작 개시 신호가 입력되면 미리 저장되어 있는 알고리즘에 키입력부를 통해 입력된 데이터를 적용시켜 연산하여 솔레노이드 밸브의 개폐시간을 제어함으로써 미리 설정된 일정량의 충진물을 토출하도록 지시 제어하며, 키입력부에서 연속 동작 개시 신호가 입력되면 알고리즘을 연산하여 자동으로 수두차를 보정하여 미리 설정된 일정량의 충진물을 토출하도록 제어하고, 작업자가 토출기의 동작을 시각적으로 식별 가능하도록 디스플레이를 지시 제어하는 마이컴; 및 마이컴과 인터페이스 되어 마이컴에서 제어 신호가 입력되면 지시에 상응하는 데이터를 디스플레이하는 표시부로 구성된다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 기술적인 방법은 토출기의 수 두차를 보정하는 방법에 있어서, 실린지에 충진물 용액을 투입하는 단계; 솔레노이드 단자의 통전 시간을 설정하는 단계; 실린지에 가하는 압력을 설정하는 단계; 실린지 충진물의 수두값을 측정하여 입력하는 단계; 토출기의 전원을 인가함으로써 토출동작을 개시하는 단계; 마이컴이 동작함으로써 설정된 데이터가 알고리즘에 적용되어 연산하는 단계; 연산된 알고리즘에 상응하여 접작제의 일정량을 토출하는 단계; 및 충진물이 일정량이 토출되지 않을 경우에는 솔레노이드의 개폐시간을 보정하여 입력하고, 입력된 보정 시간을 상기 알고리즘에 적용하여 연산하는 단계;로 구성된다.

본 발명에 의하면, 마이컴에서 자동적으로 연산된 알고리즘을 통하여 경시적으로 변화하는 수두값에 대한 솔레노이드 개폐시간을 자동으로 보정하여 수두차에 관계없이 항상 일정한 토출량을 유지 시키고, 토출량을 자동으로 제어하여 토출량의 오차를 대폭 줄여주어 생산성을 향상시켜주며 고가의 충진물 용액을 절약하여 재료비를 절약할 수 있고, 특히 실버 페이스트 등의 단가가 높은 재료를 사용 시 과다 주입에 따른 경제적 손실을 정량 관리로 줄일 수 있으며 더욱이 공정 작업자가 키 입력부와 표시부를 통하여 대화형으로 지령 값을 세팅하여 간편하게 작업할 수 있다.

또한, 대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 미소량 토출기는 수두차에 관계없이 정밀 정량을 토출시킬 수 있기 때문에 작업 중에 일정 정량 토출을 위한 재조절이 필요 없으므로 정밀 부품의 성능을 향상할 수 있고 주입량의 허용오차를 ㅁ 1퍼센트 이내로 할 수 있어 미소량 고속 간헐 주입시 펌프 적용이 어려운 분야 에 폭넓게 사용할 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 수두차 보정용 토출기의 구성도로 압축기(10), 진공이젝터(20), 공기 조절기(30), 솔레노이드 밸브(40), 실린지(50) 및 전원공급부(60)로 구성되어 있고, 자동 제어 시스템(100)으로는 키입력부(120), 마이컴(130) 및 표시부(140)로 구성되어 있다.

압축기(10)는 공기를 압축시켜 압력을 높이고, 진공이젝터(20)는 압축기에서 압축된 공기나 증기를 노즐로부터 분사시켜 주위의 공기나 증기를 배출하거나 응축시키는 것으로 노즐로부터 높은 유속으로 분사되는 유체의 운동에너지에 의하여 저에너지의 유체를 흡입하는 일종의 펌프이며 가스, 액체 및 분체 등을 흡입하여 배출하거나, 이송, 혼합시키는 공정 중에 사용되고, 저점도 토출 시 잔량흘림현상이 없으며 이로 인한 제품의 불량을 저하시킨다.

공기조정기(30)는 압축기(10)에서 압축된 공기압을 설정 및 조절하는 것으로 예를 들면, 외부 공급 공기압이 8 kg/㎠ 이고, 어느 장비에서 필요로 하는 공기압이 6 kg/㎠ 라고 한다면, 장비에 들어가는 곳에 레귤레이터를 설치하고서 설정압을 6 kg/㎠ 으로 설정해 놓으면, 장비에 공급되는 공기압을 6 kg/㎠ 되도록 하는 장치이다.

솔레노이드 밸브(40)는 전자석을 이용하여 토출기에 공급되는 공기압을 온/오프 하는 것으로 솔레노이드 밸브에 연결된 구멍의 숫자를 의미하는 2포트, 3포 트, 4포트, 5포트가 있고, 변환방법의 종류에 따라 2웨이, 3웨이가 있으며, 2웨이는 2가지의 변환, 3웨이는 온-중립 시 오픈-오프, 온-중립 시 클로즈-오프를 의미한다.

따라서 실린지에 공급되는 압력은 공기 조정기(30)의 고/저압조절과 솔레노이드 밸브(40)의 개폐시간에 비례하여 조절되며 솔레노이드 밸브의 개폐는 솔레노이드 단자 전압에 따른 정동작 특성을 갖는다.

실린지(50)는 피스톤이 내장되는 실린지, 외부로부터 도입되는 액상의 충진물을 저장하는 저장 공간이 형성되어 있고, 충진물을 일정한 양만큼 토출시키는 노즐이 구비되어 실린지의 윗쪽으로 도입되는 공기압에 의해 피스톤이 충진물을 일정 압력으로 가압 토출시키도록 구성되는 것은 종래와 모두 동일하게 구성되고 있다.

아울러 상세히 도시되어 있지 않았지만 토출기와 솔레노이드 밸브의 연결 구성을 설명하면 다음과 같다.

토출기의 실린지와 어댑터의 접속구에 에어 호스가 연결되어 피스톤의 윗쪽으로 공기가 공급될 수 있게 되어 있고, 밸브의 주입구에 저장탱크의 충진물이 밸브의 내측 저장 공간으로 공급될 수 있도록 충진물 호스가 연결되어 있다.

실린지의 어댑터에 부설되는 접속구에 공기를 공급하여 실린지 에 공기가 유입되면 피스톤과 함께 로드는 공기압에 의해 스프링을 압축시키면서 길이조절부의 스토퍼가 실린더의 내벽에 닿을 때까지 이동하게 되고, 피스톤과 연동되는 로드에 조립된 다이아후램 및 차단볼도 동일하게 이동하게 된다. 이때 다이아후램은 저장공간에 저장된 충진물을 가압하게 될 때, 차단볼은 밸브의 토출구를 개방하게 되어 충진물은 토출구를 통해 노즐로 유입된 후 외부로 토출되어질 수 있게 된다.

이와 같이 일정량의 충진물을 토출한 후에는 다시 실린지의 접속구에 공기를 공급하게 되면 공기압과 스프링의 탄성에 의해 피스톤은 어댑터 쪽으로 후동하게 된다. 이때 피스톤에 조립된 로드도 함께 이동하게 되는 다이아후램은 실린더의 단부를 막게 되고, 차단볼은 밸브의 패킹과 접촉하면서 토출구를 막게 된다.

이처럼 로드에 조립되는 다이아후램과 차단볼이 후동하면서 밸브의 양쪽 단부를 모두 막게 될 때 노즐에 잔류하게 되는 충진물의 일부를 빨아들이는 흡입력이 진공 이젝터에서 작용하게 되어 노즐팁에는 충진물이 남지 않게 된다.

전원공급부(60)는 솔레노이드 밸브(40)와 자동 제어 시스템에 동작 전원을 공급하는 것으로 SMPS(Switching Mode Power Supply)방식을 사용하여 현재와 같이 소형화, 경량화, 대용량이 요구되는 민수용 및 산업용 기기에서 용량에 한계, 부피나 무게가 상당히 커서 사용상 제약이 따르게 되는 기존의 전원 방식의 문제점을 해소해준다.

또한, SMPS전원 방식은 기존 전원 방식은 AC Line 주파수(50㎐ 내지 60㎐)를 이용한 방식으로 효율과 무게, 용량 면에서 사용상 제약이 따르는 문제점을 개선하고 대체하기 위한 새로운 기술로, AC Line 주파수를 DC로 변환하여 높은 주파수로 변경(수십 ㎑ 내지 수백 ㎑)하여 사용하며, 주파수를 변환 시켜주는 PWM(Pulse width modulation)방식으로 전원 이용률을 극대화함으로써 고효율과 경제성면에서 기존의 방식에 비해 높은 경쟁력을 겸비하며 전원의 안정도를 크게 향상시켜 준다.

자동 제어 시스템(100)의 키입력부(120)는 작업자가 실린지에 담긴 충진물 용액의 수두값, 솔레노이드 단자의 통전 시간, 솔레노이드 밸브의 개폐 보정시간, 소정의 토출량 및 토출 압력 데이터를 입력하고 토출기의 동작 개시 및 연속동작의 지시를 입력하면 입력된 지시에 상응하는 키 신호를 마이컴으로 전송한다.

아울러, 소정의 토출량(0.0001 내지 0.1(g/shot))은 솔레노이드 단자의 통전시간을 입력한 후 토출기의 토출량을 측정하여 측정된 토출량 중 가장 최적의 값으로 입력한다.

키입력부(120)와 표시부(140)를 마이컴(130)과 인터페이스화 되어 마이컴(130)은 키입력부(120)에서 입력된 수두값, 솔레노이드 단자의 통전시간, 압력값, 소정의 토출량 등의 데이터가 전송되면 전송된 데이터를 저장하고, 키입력부(120)를 통해 토출기의 동작 개시 신호가 입력되면 미리 저장되어 있는 알고리즘(110)에 설정된 데이터를 적용시킨 후 연산하여 솔레노이드 밸브(40)의 개폐시간을 제어함으로써 설정된 소정의 토출량으로 토출하도록 제어 즉, 일정 정량을 유지시키면서 충진물을 토출하도록 제어하며, 작업자가 토출기의 동작을 시각적으로 식별 가능하도록 디스플레이를 지시 제어하면 표시부(140)는 마이컴의 제어 신호에 상응하는 데이터를 디스플레이한다.

또한 마이컴(130)은 충진물이 일정량으로 토출되지 않을 경우 작업자가 키입력부(120)를 통해 솔레노이드 밸브(40)의 개폐 보정 시간을 입력하면, 입력된 솔레노이드 밸브(40)의 개폐 보정 시간 데이터가 전송되어 보정된 시간 데이터를 저장하고, 알고리즘(110)에 적용시켜 연산하여 연산 결과에 따라 솔레노이드 밸브(40)의 개폐시간을 제어하여 충진물을 일정량으로 토출하도록 한다. 여기에서 토출량의 허용오차는 ±1.0(%), 수두차에 의한 보정 허용오차는 ±1.0(%) 이내로 가능하다.

또한, 마이컴(130)은 초기 설정된 데이터를 저장하였다가 이차 동작 개시부터는 작업자가 키입력부(120)를 통해 현재의 수두값만 입력하면 솔레노이드 밸브(40)의 개폐시간을 자동으로 보정하여 충진물이 일정량 토출되고, 작업자가 초기 토출량 설정 후 키입력부(120)의 연속 동작 스위치 키를 동작시키면 연속 동작 신호가 마이컴에 전송되고, 마이컴에 연속 동작 신호가 전송되면 마이컴(130)은 알고리즘(110)을 연산하여 자동으로 수두차를 보정하여 충진물을 토출한다.

따라서 연속 작업으로 인한 생산량 증대와 생산 비용의 절감효과를 거둘 수 있고 과다한 량을 토출하지 않기 때문에 재료비의 절감효과가 있다. 또한 작업 중에 타이머 및 공기 조정기의 재조절이 필요 없다.

도 2는 토출기의 토출작업 시 저장된 액상의 수두 높이에 따른 토출량 즉, 본 발명에 따른 토출량-토출횟수 그래프와 종래 기술에 따른 토출량-토출횟수에 대한 비교 그래프로, 그래프 a는 본 발명의 제어 시스템에 따라 자동 제어된 수두차 보정용 토출기는 토출횟수에 변함없이 충진액의 토출량이 일정하게 토출되는 것을 보여주며, 그래프 b는 종래기술에 의한 토출기로 토출 횟수가 증가함에 따라 토출량이 감소하고 있음을 보여준다.

아울러, 도 2에 도시된 그래프의 실험 조건은 충진물은 실리콘 오일을 사용하였고, 토출 시간은 20(ms), 토출압력은 0.5(kgf/cm ² ), 온도는 21.5℃ 이다.

도 3은 본 발명에 따른 대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 토출기 제 어 시스템의 순서도로 수두차 보정용 토출기의 동작을 설명한다.

우선 토출기의 실린더에 충진물 용액을 투입(S1)한 후 실린지 속 충진물의 수두값을 측정하고, 솔레노이드 단자의 통전 시간, 실린지에 가하는 토출 압력 및 측정한 수두값을 키입력부를 이용하여 입력(S2~S4)한다.

그 후, 설정된 초기 값이 마이컴에 전송되면 마이컴은 전송된 초기 데이터를 저장하고, 토출기의 전원을 인가(S5)함으로써 토출기의 동작이 개시되어 토출(S6)되고 마이컴이 동작(S7)함으로써 마이컴에 프로그래밍 된 알고리즘이 동작되어, 설정된 데이터가 알고리즘에 적용되어 연산(S8)됨으로써 연산 결과에 상응하여 충진물이 일정 정량이 토출(S9)된다.

만약, 충진물이 일정량이 토출되지 않을 경우에는 작업자가 키 입력부를 통해 솔레노이드의 개폐시간을 보정(S10)하여 입력하면, 입력된 보정 시간을 마이컴으로 전송하고 마이컴은 입력된 보정 시간을 저장하고 알고리즘에 다시 적용하여 연산함으로써 연산 결과에 따라 토출기는 일정 정량을 토출한다.

아울러, 작업자가 토출기의 연속 동작을 지시하였을 경우에는 초기 설정된 데이터를 알고리즘에 적용하여 연산된 마이컴의 지시에 상응하여 솔레노이드 밸브의 개폐 시간을 제어함으로써 연속으로 일정 정량을 토출한다.

또한, 재 토출 동작 시에도 작업자가 현재의 수두값만 입력하면 초기 설정된 데이터를 알고리즘에 적용하여 연산된 마이컴의 지시에 상응하여 솔레노이드 밸브의 개폐 시간을 제어함으로써 연속으로 일정 정량을 토출한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 마이컴에서 자동적으로 연산된 알고리즘을 통하여 경시적으로 변화하는 수두값에 대한 솔레노이드 개폐시간을 자동으로 보정하여 수두차에 관계없이 항상 일정한 토출량을 유지 시키고, 토출량을 자동으로 제어하여 토출량의 오차를 대폭 줄여주어 생산성을 향상시켜주며 고가의 충진물 용액을 절약하여 재료비를 절약할 수 있고, 특히 실버 페이스트 등의 단가가 높은 재료를 사용 시 과다 주입에 따른 경제적 손실을 정량 관리로 줄일 수 있으며 더욱이 공정 작업자가 키 입력부와 표시부를 통하여 대화형으로 지령 값을 세팅하여 간편하게 작업할 수 있다.

또한, 대화형 알고리즘을 이용한 수두차 보정용 미소량 토출기는 수두차에 관계없이 정밀 정량을 토출시킬 수 있기 때문에 작업 중에 일정 정량 토출을 위한 재조절이 필요 없으므로 정밀 부품의 성능을 향상할 수 있고 주입량의 허용오차를 ±1퍼센트(%) 이내로 할 수 있어 미소량 고속 간헐 주입시 펌프 적용이 어려운 분야에 폭넓게 사용할 수 있다.