KR20240114951A - 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서모듈을 프레스 성형기의 금형에 밀착 설치하여 프레스 성형 중 금형의 진동신호를 측정하여 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 산출하고, 이를 통해 프레스 공정 시간을 도출하고, 마그네틱 홀 센서를 이용하여 금형의 형폐 및 형개 신호를 감지하고 사이클 타임을 측정 분석할 수 있는 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 센서모듈을 프레스 성형기의 금형에 밀착 설치하여 프레스 성형 중 금형의 진동신호를 측정하여 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 산출하고, 이를 통해 프레스 공정 시간을 도출하고, 마그네틱 홀 센서를 이용하여 금형의 형폐 및 형개 신호를 감지하고 사이클 타임을 측정 분석할 수 있는 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈에 관한 것이다.
본 발명과 관련된 프레스(스템핑) 공정은 다른 제조 공정과 비교하여 보다 짧은 생산 시간을 가지며, 금속 제품의 대량 생산이 용이하다는 장점을 가진 공정으로 금속 판재 등을 높은 힘과 속도로 타발하여 제품의 형상으로 성형하는 소성강공의 일종인 프레스(스탬핑) 공정을 모니터링하는 것이다.
그러나 성형제품의 형상이 복잡해지고 고도의 높은 생산성이 요구되고 있는 현 시점에서, 공정 특성 상 타발속도, 타발력 등의 정변수가 제품의 품질을 결정하는 중요한 요소들로 작용하기 때문에 해당 변수들과 관련한 인자들을 모니터링하여 양질의 제품을 균일하게 생산하는 것은 매우 중요하다.
대표적으로는 프레스(스탬핑) 성형 중에 제품이나 금형에 가해지는 압력 등의 정보를 측정하여 거동을 모터니링하고 제품의 품질을 분석하는 방법들이 연구되고 있다.
이러한 방법들은 프레스(스탬핑) 성형공정에서 제품에 가해지는 타발력 등을 직접 측정하기 때문에 정확한 공정 정보를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 측정 센서와 시스템이 프레스(스탬핑) 성형공정에서 발생하는 높은 수준의 압력을 측정해야할 필요가 있고 센서의 소형화가 구현되어야하기 때문에 기술의 도입 비용이 높다는 문제점이 있어 일반 산업 현장에 적용하기에는 많은 어려움이 있다.
대안적인 방법으로, 샷 카운터를 이용하여 금형의 형폐와 형개 신호를 획득하여 전체 생산 제품의 수량과 사이클 타임의 측정으로 공정과 제품의 품질을 모니터링하는 방법이 산업 현장에서 사용되고 있다.
이러한 방법의 경우에는 금형 표면에 기기를 탈부착하는 방식으로 구조의 제약이 없으며 저비용의 장점이 있는 반면, 단순하게 금형의 형폐와 형개 신호만을 측정하기 때문에 프레스 성형 제품이 정상적으로 제작되어는지를 평가하기 위한 정보가 부족하여 정확한 성형 공정 정보를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 다양한 형상과 크기를 가진 부품 또는 제품을 제 시간에 항상 균일한 품질로 공급받기 위하여서는 복수의 국가에 복수의 생산기지를 둘 수 있으며, 각각의 생산기지에서 공급하는 제품의 품질 및 생산량을 효율적으로 관리하는 것은 매우 중요하다.
복수의 국가에 생산기지를 둘 경우에는 생산 비용을 줄이기 위하여 프레스(스탬핑) 성형공정을 수행하는 타발 속도를 높이는 등과 같이 설정된 규칙과 수치를 서로 다르게 변형 적용함에 의하여 제품의 균일성 및 품질을 떨어뜨려 제품의 신뢰성 및 내구성 등을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 다양한 문제점을 효율적으로 해결하기 위하여 기존 또는 새로운 금형에 용이하게 적용할 수 있으며, 프레스(스탬핑) 성형제품의 품질 및 생산량을 효율적으로 관리하는 센서모듈에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해 금형의 진동신호가 가진 진폭의 변화를 감지하는 가속도 센서 또는 진동센서와, 프레스 다이 및 펀치 플레이트의 개폐를 감지하기 위한 자력 센서를 탑재한 센서모듈을 금형 일측에 부착하여 프레스(스탬핑) 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 센서모듈의 센싱부와 자석부의 형상과 크기 및 획득하고자 하는 진동신호를 고려하여 펀치 플레이트 및 스트리퍼 플레이트 중 하나에 센싱부를 설치하고 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부가 설치된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들을 획득하고, 이들 중에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 의 합을 '프레스 공정 시간'으로 정의하고, 정의된 '프레스 공정 시간'이 설정된 시간 범위 내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형공정 모니터하기 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 센서모듈의 가속도 센서에서 감지된 진동신호의 진폭 변화가 발생하는 진동신호를 연속적으로 획득하여 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 등으로 특정하고, 이를 기반으로 프레스 성형공정 중에 발생하는 진동신호의 진폭 및/또는 시간의 변화를 모니터링하고, 비교 분석하여 프레스 성형공정을 모니터링하기 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명 과제의 해결 수단은 프레스 금형 표면에 고정 설치되어, 형개의 횟수를 카운트하기 위한 센서와, 센싱부 내부에 고정 설치되어, 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위하여 금형의 진동을 감지하기 위한 센서를 구비한 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 프레스 금형의 진동을 감지하기 위한 센서는 금형의 진동을 측정할 수 있는 가속도 센서 또는 진동센서로 구성된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 모니터링하기 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서 검출한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 각각의 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 프레스 하부 및 펀치 플레이트의 형개 및 형폐 신호 중 적어도 하나의 횟수를 카운트하기 위한 센서는 전력 소모량이 적은 자석과 홀센서로 구성된 자력센서로 구성된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 센서모듈의 센싱부와 자석부의 형상과 크기 및 획득하고자 하는 진동신호를 고려하여 펀치 플레이트 및 스트리퍼 플레이트 중 하나에 센싱부를 설치하고 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부가 설치된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 홀센서는 금형 표면으로부터 소정 거리를 두고 제어용 PCB 일측에 고정 설치되고, 제어용 PCB에는 센서모듈에 내장된 센서들로부터 측정된 신호를 전송받아서 탑재된 알고리즘으로 데이터 변환한 후, 외부 기기로 데이터를 전송하기 위한 MCU와 제어 알고리즘이 탑재된 메모리가 고정 설치된 제어부를 구비한 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센서모듈에 내장된 전자부품에 전기에너지를 공급하는 배터리가 측정용 PCB와 제어용 PCB 사이에 위치한 배터리 고정부에 고정 설치되고, 배터리 상부에는 배터리 고정부로부터 배터리가 분리되지 않도록 배터리 고정용 실리콘 부재가 고정 설치된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센싱부의 상부 케이스에는 센서모듈 정보표시용 액정표시부가 고정 설치되며, 센서모듈 정보표시용 액정표시부에는 마지막 형개 수 표시, 형폐 상태 표시, 배터리 잔량 표시, 단말기와 제어부사이 통신 감도 표시, 설치 상태 표시, 저장 데이터 유무 표시 중에서 하나를 센서모듈 조작용 버튼으로 조작하여 표시할 수 있도록 구성된 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센서모듈에는 센서들로부터 측정된 형개의 수, 온도 및 진동신호를 MCU 및 메모리에 탑재된 제어 알고리즘에서 소정 절차에 의하여 처리된 데이터를 외부 기기로 전송하고, 외부 기기로부터 전송되어온 데이터를 수신하기 위한 블루투스 또는 근접 통신부를 제어용 PCB에 구비한 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서로부터 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 획득하고,이들 각각의 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들을 획득하며, 이들 중에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 의 합을 '프레스 공정 시간'으로 정의하고, 정의된 '프레스 공정 시간'이 설정된 시간 범위 내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서는 제어용 PCB에 탑재된 제어 알고리즘 중 분류 알고리즘을 기초하여 금형의 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 구분하여 신호를 검출하여 제어부로 전송하여 각각의 분류된 신호들사이의 시간간격 및 진폭들을 분석 비교하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서에서 획득한 진동신호의 진폭의 크기를 고려하여 프레스 성형기의 RPM 속도와 성형판 주입 속도를 설정된 범위 내에서 동작하도록 제어부에서 제어하되, 센싱부에서 측정한 진동신호를 분석하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서는 1 사이클 동안 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 각각의 진동신호에서 피크 값 또는 설정된 값 이상의 값을 획득하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈을 구현하는데 있다.
본 발명은 가속도 센서 또는 진동센서가 내장된 센서모듈을 금형 일측에 부착하여 사출성형공정에서 각 공정의 전환 시에 발생하는 시간의 흐름에 따라 발생하는 진동신호의 진폭의 변화를 이용하여 진폭변화가 발생하는 신호들의 발생시점 사이의 시간 간격을 분석하여 프레스 성형공정을 모니터링함으로써 프레스 성형이 정상적으로 이루어지는지를 용이하게 판단할 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 센서모듈의 센싱부와 자석부의 형상과 크기 및 획득하고자 하는 진동신호를 고려하여 펀치 플레이트 및 스트리퍼 플레이트 중 하나에 센싱부를 설치하고, 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고, 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부를 설치함으로써 효율적인 프레스 성형 제품의 품질을 모니터링할 수 있는 센서모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 각각의 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있는 상승된 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 센서모듈의 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들 중에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 의 합을 '프레스 공정 시간'으로 정의하고, 정의된 '프레스 공정 시간'이 설정된 시간 범위 내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 모니터링함으로써 프레스 성형공정 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프레스 성형공정의 한 주기(1 Cycle, 사이클)를 용이하게 이해할 수 있도록 도시한 것이다.
도 2는 센싱부와 자석부로 구성된 센서모듈의 하나의 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 센서모듈 중에서 센싱부의 내부 구조를 나타내는 분해도를 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 자석부의 분해도이다.
도 5는 센싱부 하부케이스와 다이의 표면 일측에 부착 설치된 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명을 위하여 다양한 실험을 수행하기 위하여 설치된 프레스 성형기의 하나의 실시 예로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 센서모듈이 가동측의 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 부착 설치한 상태에서 얻은 진동신호입니다.
도 8은 피크치가 높은 진동신호(60 RPM)와 피크치가 다소 낮은 진동신호(40 RPM)를 동시에 도시한 것이다.
도 2는 센싱부와 자석부로 구성된 센서모듈의 하나의 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 센서모듈 중에서 센싱부의 내부 구조를 나타내는 분해도를 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 자석부의 분해도이다.
도 5는 센싱부 하부케이스와 다이의 표면 일측에 부착 설치된 모습을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명을 위하여 다양한 실험을 수행하기 위하여 설치된 프레스 성형기의 하나의 실시 예로 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 센서모듈이 가동측의 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 부착 설치한 상태에서 얻은 진동신호입니다.
도 8은 피크치가 높은 진동신호(60 RPM)와 피크치가 다소 낮은 진동신호(40 RPM)를 동시에 도시한 것이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.
본 발명은 금형의 일측에 설치되어 프레스 성형 중 금형에서 발생하는 진동신호를 측정하기 위한 센서모듈과, 센서모듈에서 측정한 금형의 진동신호를 수신하고, 센서모듈의 센서를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 센서모듈에서 측정된 진동신호에서 진동신호의 피크 값 또는 진폭의 크기가 설정된 값 이상인 신호를 획득하거나, 획득한 신호사이의 시간을 산출하여 프레스 성형공정을 모니터링하는 센서모듈 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.
<실시 예>
본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.
본 발명의 프레스 성형은 또 다른 용어로 스템핑(Stamping) 성형으로 부르기도 하며, 이는 동일한 의미이다.
본 발명의 명세서 상에서의 '펀치 플레이트'는 '상부 금형'을 의미하며, '다이'는 성형기의 모델에 따라 '다이' 또는 '하부 금형'이라고 칭할 수 있다.
본 발명의 명세서 상의 '스트러퍼 플레이트'는 '가동 스트러퍼 플레이트'와 '고정 스트러퍼 플레이트'가 있으며, 본 발명에 따른 센서 모듈을 적용하여 프레스 성형 공정을 모니터링하는 신호를 획득하는 수단 및 방법은 동일하다.
본 발명 명세서 상에서는 프레스(Press) 성형공정으로 기술한다.
본 발명에 따른 프레스 성형공정을 모니터링하는 센서모듈 및 방법은 프레스 금형표면 일측에 센서모듈을 고정 부착하여 프레스 성형공정 중에 발생하는 다양한 진동신호들을 측정하여 프레스 성형공정이 정상적으로 동작하여 양질의 성형 제품을 생산하고 있는지를 모니터링하는 것이다.
프레스 성형은 성형 제품의 단순함 또는 복잡함에 따라 한 번 또는 복수의 프레스 성형 공정을 거쳐서 하나의 프레스 성형 제품이 탄생한다.
복수의 프레스 성형 공정을 거쳐서 제조되는 프레스 성형 제품의 경우에, 보다 구체적으로 5번의 프레스 공정을 거쳐서 하나의 성형 제품이 만들어질 경우 5 번의 프레스 성형 공정이 수행되고, 각각의 프레스 공정에서는 펀치 스트리퍼 및 다이(하부 금형)의 접촉 면적, 접촉 각도 및 접촉 형상에 따라 서로 다른 진동신호를 획득할 수도 있다.
먼저, 프레스 성형기 일측에 고정 설치되어 프레스 성형공정을 모니터링하기 위한 센서모듈의 구성에 대하여 도면을 바탕으로 구체적으로 살펴본다.
프레스 성형은 주로 금속재질로 제작된 소정 두께의 판을 강한 압력으로 눌러서 금형에 형성된 모양으로 성형하여 원하는 제품을 만드는 것이다.
보다 우수한 성형 제품을 얻기 위하여 재료의 성질을 고려하여 프레스 성형 시에는 금형을 소정(설정된) 온도로 유지하면서 성형 공정을 수행할 수도 있다.
플라스틱 재질의 판을 이용하여 프레스 성형 시에는 성형시 플라스틱이 손상되지 아니하면서 성형이 용이하게 이루어지도록 금형을 설정된 온도로 유지하면서 프레스 성형공정의 한 주기(Cycle, 사이클) 또는 복수의 주기를 수행하여 원하는 제품을 성형 제작할 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 프레스 성형공정의 한 주기(1 Cycle, 사이클)를 용이하게 이해할 수 있도록 도시한 것이다.
도 1에 기초하여 프레스 성형기를 이용하여 성형 제품을 제작하는 전체 공정을 개략적으로 살펴본다.
도 1에서, 프레스 성형 제품을 제조하기 위한 순서는 먼저 프레스 성형기의 펀치 플레이트와 다이(하부 금형)사이에 성형 대상인 성형판(도6의 604, Sheet Merterial)을 밀어 넣은 후, 성형판을 펀치 플레이트 하부에 위치한 스트리퍼 플레이트(도6의 602)를 하부로 이동시켜 눌러서 다이 상에 고정 접촉(Holder Contact)하는 '프레스 홀더(재료 고정) 접촉 시간(도7의 701)' 단계이다.
다음은 도 1의 우측에 도시된 다이(하부 금형)에 고정된 성형판(도6의 604)에 프레스를 가하여 성형하기 위하여 프레스 성형기의 펀치 플레이트를 펀치 접촉(Punch contact) 및 프레스(Press)로 다이(하부 금형)측으로 압력을 가하기 시작하는 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간(도7의 702)' 단계이다.
다음은 도 1 및 도 6에서와 같이, '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간(도7의 702)'의 다음 단계로, 펀치 플레이트(도6의 601)를 아래로 이동시켜 다이(하부 금형, 도6의 603)과 서로 프레스 접촉되어 소정 시간을 유지하고 프레스 성형을 종료하는 '프레스 종료 시간(도7의 703)' 단계이다.
상기 프레스 접촉되어 유지하는 소정 시간은 일반적으로 1초 이하의 짧은 시간을 의미한다.
다음은 도 1의 좌측에 도시된 바와 같이, 프레스 성형된 제품을 꺼내기 위하여 다이로부터 펀치 플레이트를 들어올려 개방 및 디몰딩하기 위한 '금형 개방 시작시간(도7의 704)' 단계이다.
다음은 도 7의 진동신호에서 피크값(도7의 705)이 생성되는 시간으로 금형으로부터 재료 및 성형된 제품을 밀어내기 위하여 펀치 플레이트를 완전히 디몰딩할 때 생성되는 '재료 및 제품 취출 시간(도7의 705)' 단계이다.
도 1에서와 같이, 프레스 성형공정의 한 주기(Cycle, 사이클)는 성형 대상 성형판(Sheet Merterial)을 다이(하부 금형)의 상부로 설정된 주기로 위치시키고, 스트리퍼 플레이트로 성형판을 다이에 고정한 후 펀치 플레이트로 다이에 펀치 접촉 및 프레스를 가하여 성형 제품을 제조하며, 성형된 제품을 꺼내기 위하여 다이로부터 펀치 플레이트를 재료 및 제품 취출하는 것을 포함한다.
상기 '금형 개방 시작시간(도7의 704)' 및 '재료 및 제품 취출 시간(도7의 705)' 는 모두 금형이 열리고 디몰딩될 때 발생하는 신호로 볼 수 있으므로 하나의 단계 또는 하나의 기술적 구성으로 묶어서 모니터링에 사용할 수도 있다.
본 발명은 성형판(성형재료)을 다이 상에 위치시키고, 스트리퍼 플레이트로 성형판을 고정한 상태에서 펀치 플레이트(상부 금형)로 성형한 후에 다이 하부로 떨어트리거나 다이 밖으로 밀어서 아래로 떨어뜨릴 수 있으며, 모든 프레스 성형 공정에서 발생하는 진동신호를 센서로 획득하여 성형 공정을 모니터링하는 것이다.
본 발명은 도 1 및 도 6에서와 같이, 프레스 성형공정을 수행할 때, 주어진 압력, 설정된 주기 또는 시간을 구체적으로 모니터링하기 위하여 펀치 플레이트(상부 금형) 또는 스트리퍼 플레이트에 센서모듈을 고정 설치하여 진동신호 및/또는 형개폐 신호를 측정하는 것이다.
다시 말해서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이 1 사이클(Cycle) 동안에 1차 내지 5차 충격신호(Impact Signal)를 포함하는 다양하게 발생하는 진동신호를 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서 검출하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지 연속적으로 모니터링할 수 있다.
본 발명은 프레스 성형공정을 모니터링하기 위하여 금형에 설치된 센서모듈로부터 프레스 홀더 접촉 시간(Holder contact), 펀치 접촉(Punch contact) 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 등을 구분하는 신호를 검출하여 제어부로 전송하여 프레스 성형 공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 수 있다.
상기 센서모듈의 가속도 센서에서 측정된 진동신호의 크기 및 주기는 피크 값을 획득하거나 설정된 값 이상인 신호들을 획득하는 방법으로 검출할 수 있으며, 이들 중 프레스 공정을 보다 정확하고 용이하게 모니터링할 수 있는 것을 선택적으로 사용하면 된다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 설계 제작된 센서모듈과 센서모듈을 이용한 프레스 성형 공정을 모니터링하기 위한 센서모듈에 대하여 살펴본다.
도 2는 센싱부와 자석부로 구성된 센서모듈의 하나의 실시예를 도시한 것이다.
도 2에서와 같이, 본 발명의 명세서 상에서의 '센서모듈'은 '자석부'와 '센싱부'로 구성되고, 센싱부은 홀센서, 온도센서, 가속도 센서, 배터리, 측정용 PCB 및 제어용 PCB를 수용하고 있다.
도 3은 도 2의 센서모듈(도2의 150) 중에서 센싱부(도2의 100)의 내부 구조를 나타내는 분해도를 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 자석부(200)의 분해도이다.
자석부는 자석부 본체(도4의 201), 자석부 커버(도4의 202) 및 자석(도4의 203)으로 구성되고, 자석은 자력의 세기가 강한 네오디움으로 제작하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로 센싱부(도2의 100)의 구성에 대하여 살펴본다.
본 발명의 명세서 상의 부호의 설명에는 기재되어 있으나, 상세한 설명에 언급되지 아니한 구성요소들은 도면 상에서 해당 구성이 무슨 역할을 하는지 용이하게 알 수 있는 정도로 표현되어 있으므로 구체적이 설명을 생략한다.
본 발명의 명세서 상의 '상부', '하부' 등의 용어는 도면에 기초하여 기재한 것으로 도면 변경시 다양하게 변경 표현될 수 있는 것이다.
본 발명은 금형에 장착하여 성형제품의 생산정보를 획득하기 위하여 자석부(도2의 200)와 센싱부(도2의 100)로 구성된 센서모듈(도2의 150)를 구비하고, 센싱부(도2의 100)는 형개의 횟수를 카운트하는 홀센서와, 프레스 성형 제품의 품질관리를 위한 가속도 센서 및 프레스 금형의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 고정 설치된 측정용 PCB로 구성되어 있다.
본 발명의 명세서에 기재된 센싱부(도2의 100)에는 온도센서, 가속도 센서, 자력센서의 홀센서와, 온도센서와 가속도 센서가 고정 설치된 측정용 PCB, 배터리(도3의 107) 및 MCU와 제어 알고리즘이 탑재된 메모리가 배치된 제어용 PCB 등이 내장되어 있다.
센싱부(도2의 100)의 온도센서(도3의 119)와 가속도 센서(도3의 118)는 측정용 PCB(도3의 109)에 고정 설치되어 센싱부 하부케이스(도3의 113)에 고정 설치되며, 센싱부 하부케이스(도3의 113)는 금형에 맞닿아 견고하게 고정 설치되어 있다.
본 발명에 따른 센싱부(도2의 100)에 내장된 자력센서는 형개폐의 횟수를 카운트하는데 사용하고, 가속도 센서는 진동신호를 검출 분석하여 실시간으로 성형 제품의 품질관리를 모니터링하는데 사용할 수 있다.
센서모듈에 내장된 온도 센서는 프레스 성형기에서 제작되는 제품의 재질과 특성을 고려하여 금형 온도 측정이 필요할 경우에만 선택적으로 사용할 수 있다.
즉, 센서모듈에 내장된 온도 센서는 센서모듈의 기능의 다양화와 보다 우수한 성형 제품 생산을 위하여 센싱부에 내장되어 금형 온도 측정이 필요할 경우에만 선택적으로 사용할 수 있다.
진동신호의 진폭 크기와 변화를 용이하게 모니터링 하기 위하여 자석부와 센싱부의 설치 위치를 다양하게 변경할 수 있다.
배터리 전력 소모량 등을 고려하여 형개의 횟수를 카운트하기 위한 센서는 상기 자력센서를 사용하는 것이 바람직하나, 다양한 이유로 필요할 경우에는 광센서 등을 채용할 수도 있다.
도 3에서, 센싱부(도2의 100)에 내장되는 홀센서는 제어용 PCB의 일측에 고정 설치하는 것이 바람직하나, 내부의 수용 공간과 자석과의 거리를 고려하여 분리 또는 위치 변경하여 고정 설치할 수도 있다.
자력센서에서의 자석(도2의 200)의 자력세기는 거리의 세제곱에 반비례하여 자력의 감소하므로 정확한 동작을 위하여 자석부와 홀센서사이의 거리는 중요하며, 자석부와 홀센서사이의 거리를 소정 거리 이내에서 유지하는 것이 바람직하다.
자석부의 자석(예:네오디움)은 높은 온도에서 자속밀도의 저하로 자력의 세기가 감소하므로 금형의 표면온도를 고려하여 고정 설치하는 것이 바람직하나, 프레스 성형기의 금형 표면의 온도는 상온이거나 혹은 그리 높지 아니하기 때문에 우려할 만한 온도는 아니다.
도 4는 자석부를 분해한 도면이며, 자석부는 자석부 본체(도4의 201), 자석부 커버(도4의 202) 및 자석(도4의 203)으로 구성되고, 자석은 네오디움으로 제작하는 것이 바람직하다.
도 4에서, 자석은 자석부 커버(도4의 202)의 중상부에 형성된 자석 수용홈(도4의 204)에 삽입시켜서 자석부 본체(도4의 201)과 결합하여 자석부를 조립 제작하고, 센싱부에 고정 설치되는 홀센서(도3의 117)의 위치는 상기 자석과 인접하게 고정 설치하는 것이 바람직하다.
상기 자력센서는 프레스 금형의 개폐 횟수를 카운트하는 샷 카운트로 주로 사용하나, 샷과 샷 사이의 간격 및/또는 주기(사이클)를 센싱부에 내장된 시계로 측정하여 설정된 시간보다 길거나 짧을 경우에 작업공정에 이상이 발생한 것으로 판단하는데 사용할 수 있다.
즉, 센싱부의 자력센서 역시 품질을 평가하는 수단으로 사용될 수 있다.
본 발명은 센싱부 내 제어용 PCB 일측에 시계를 내장시켜 센서들로부터 측정된 신호의 검출 시간을 기록 저장할 수 있다.
홀센서, 온도센서 및/또는 가속도 센서에서 측정된 신호 및 온도는 MCU와 제어 알고리즘이 탑재된 메모리에서 소정의 프로그램을 실행시켜 소정의 데이터 처리절차를 거친 후, 센싱부에 내장된 블루투스 통신 등의 다양한 통신수단을 통해서 단말기로 전송할 수 있다.
도 5에서, 센싱부 하부케이스(113), 측정용 PCB(109) 및 금형(300)은 도 5에서와 같이 배치하여 서로 접촉하는 형태로 센싱부가 금형에 고정 설치된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 센서 모듈은 본 발명의 하나의 실시 예이고, 가로, 세로 및 높이를 포함하는 전체적인 형상은 전체적인 기능을 그대로 유지하면서 프레스 성형기 일측에 설치될 위치 및 공간 등을 고려하여 다양한 크기와 형상으로 변형하여 설계 제작할 수 있다.
센싱부 하부케이스(113)와 금형(300) 또는 스트리퍼 플레이트는 직접 접촉되도록 설치하며, 접촉면이 지속적으로 견고하게 유지될 수 있도록 볼트 혹은 자석을 이용하여 견고하게 고정 설치된다.
또한, 센싱부 하부케이스(113)와 측정용 PCB(109) 역시 직접 접촉되도록 고정 설치하며, 접촉면이 지속적으로 유지될 수 있도록 볼트 등의 통상의 체결 수단으로 견고하게 고정 설치하는 것이 바람직하다.
통상의 금형은 금속 재질로 이루어지며, 진동신호 및 온도의 효율적인 전달을 위하여 센싱부 하부케이스(113) 역시 금형 또는 스트리퍼 플레이트와 동일한 금속 재질로 제작하는 것이 바람직하다.
도 5는 센싱부 하부케이스와 금형 또는 스트리퍼 플레이트의 표면 일측에 부착 설치된 모습을 나타낸 것이다.
도 5에서, 센싱부 하부케이스 일측에는 센싱부가 금형 표면에 설치됨을 확인시켜 주기 위하여 금형 또는 스트리퍼 플레이트 표면을 향하여 설치된 센싱부 설치확인용 버튼(도5의 120)을 설치할 수 있다.
센싱부 설치확인용 버튼(도5의 120)은 센서모듈이 금형 표면으로부터 떨어지거나 부착 설치될 때 신호를 생성하여 제어부에서 블루투스 통신으로 단말기로 보내고, 인터넷 WiFi를 포함하는 다양한 무선 통신수단으로 관리자가 항상 확인할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
도 6은 본 발명을 위하여 다양한 실험을 수행하기 위하여 설치된 프레스 성형기를 촬영한 것이며, 이는 하나의 실시 예로 본 발명을 용이하게 이해할 수 있도록 설명하기 위한 것이다.
도 6은 가동 스트리퍼 플레이트를 구비한 프레스 성형기의 하나의 예이다.
도 7은 본 발명에 따른 센서모듈이 가동측의 펀치 플레이트(도6의 601) 또는 스트리퍼 플레이트(도6의 602)에 부착 설치되어 있을 때 얻은 진동신호입니다.
또한, 본 발명은 프레스 성형공정을 모니터링하기 위하여 금형의 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간(도7의 701), 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간(도7의 702), 프레스 종료 시간(도7의 703), 금형 개방 시작시간(도7의 704), 재료 및 제품 취출 시간(도7의 705)으로 구분하여 신호를 검출하고, 이를 제어부로 전송한 후 분석하여 프레스 성형 공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 수 있다.
센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서로 측정한 금형의 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간(도7의 701), 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간(도7의 702), 프레스 종료 시간(도7의 703), 금형 개방 시작시간(도7의 704) 및 재료 및 제품 취출 시간(도7의 705)을 검출하고, 이들 중에서 적어도 하나 이상을 모니터링 신호로 사용할 수 있다.
도 7에서의 진동신호는 40 RPM 속도로 동작할 때 가속도 센서로 획득한 것이며, 1.5초가 한 사이클(1 주기)로 진행되는 것이다.
도 8은 피크치가 높은 진동신호(60 RPM)와 피크치가 다소 낮은 진동신호(40 RPM)를 동시에 나타낸 것이며, 60 RPM으로 동작할 경우에는 1 사이클이 1초이고, 40 RPM 으로 동작할 경우에는 1 사이클이 1.5초로 진행된다.
도 8의 진동신호는 기계식 프레스 성형기로 RPM 속도와 성형판 주입 속도를 서로 맞추어서 신호를 획득한 것이며, 속도가 빠를수록 가속도가 다소 커져서 진동신호의 진폭이 크게 나타남을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8에서, 60 RPM 시 가속도 센서로 측정한 진동신호의 진폭과 40 RPM 시 측정한 진동신호의 진폭 크기의 차이(도8의 801)를 확인할 수 있으며, 작은 진폭을 가진 신호가 40 RPM 시 측정한 진동신호이다.
그러나, RPM을 너무 높게 할 경우에는 성형을 위한 프레스 유지시간 등이 너무 짧아서 정상적인 성형 제품을 제작 생산할 수 없고, 너무 느리게 할 경우에는 프레스 힘이 작고 생산 속도가 저조한 문제점이 있다.
프레스 성형의 경우에는 펀치 플레이트와 다이가 성형판(성형 제품의 재료가 되는 시트(sheet))을 사이에 두고 높은 압력으로 서로 누르기 때문에 상부 및/또는 다이(또는 하부 금형)의 일부 또는 전체적으로 마모가 발생할 수 있다.
프레스 성형 중에서 블랭킹 공정의 경우에는 펀치 플레이트(상부 금형)와 다이(하부 금형)가 서로 맞닿지 않고, 펀치 플레이트의 순간적인 강한 압력에 의하여 성형판을 성형한 후 다이 하부로 떨어뜨리는 구성임으로 펀치 플레이트 등의 마모에서 다소 차이가 있을 수 있다.
금형의 일부 또는 전체적으로 마모가 발생하거나 혹은 성형판의 주입속도가 펀치 플레이트의 왕복 주기와 서로 일치하지 않을 경우에 가속도 센서 또는 진동센서에서 획득한 진동신호의 진폭 또는 신호의 발생 시점 등에서 정상적인 진동신호와 차이가 발생할 수 있다.
앞서 설명한 정상적인 진동신호와 비교하여 차이가 발생할 경우에 성형 제품 생산에 이상이 발생한 것으로 판단하여 관리 서버 모니터 상에 이상 발생 메시지를 표시하거나 및/또는 통신 수단을 통해서 관리자에게 연락하도록 구성할 수 있다.
도 6에서, 센서모듈의 센싱부와 자석부 각각은 신호의 정확한 획득성 및 설치가 용이한 공간 등을 고려하여 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 센싱부를 설치하고 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부를 설치할 수 있다.
프레스 성형의 경우에는 펀치 플레이트와 스트리퍼 플레이트의 움직임에 의하여 성형 제품이 제작되기 때문에 펀치 플레이트 및/또는 스트리퍼 플레이트에 센싱부를 고정 설치할 경우에 공정 수행에 따라 발생하는 다양한 진동신호를 보다 용이하게 획득할 수 있다.
물론, 다이에 센싱부를 고정 설치하여 진동신호를 획득할 수도 있다.
본 발명은 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들을 획득하고, 획득한 각각의 진동신호에서 피크 값 또는 설정된 값 이상의 값을 획득하여 프레스 성형공정이 정상적으로 또는 비정상적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 수 있다.
상기 센서모듈의 가속도 센서 또는 진동 센서에서 측정된 진동신호에서 진폭의 크기는 피크 값을 획득하거나 설정된 값 이상인 신호들을 획득하는 방법으로 검출할 수 있으며, 이들 중 프레스 성형공정을 보다 정확하고 용이하게 모니터링할 수 있는 것을 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 마그네틱 홀 센서는 금형의 형폐 및 형개 신호를 감지하며, 감지된 금형의 형폐 신호를 이용하여 형폐 시점을 센서모듈 제어부에 기록하고, 각각의 공정에서의 형폐 시점 간의 시간 차이를 이용하여 제품 생산 사이클 타임을 비교 분석하는 구성이 부가된 프레스 성형공정을 모니터링할 수 있다.
본 발명의 센서모듈에 내장된 홀 센서가 펀치 플레이트 또는 자석부재에 설치되고, 자석부는 다이에 설치하거나 혹은 역으로 설치하여 프레스 동작에 의하여 홀 센서가 자석에 접근하여 형폐가 되면, 홀 센서에서 'ON'의 의미로 '1' 신호를 감지하고, 프레스 동작에 의하여 홀 센서로부터 자석이 멀어져 형개가 되면, 마그네틱 홀 센서에서 'OFF'의 의미로 '0' 신호를 감지하여 센서모듈의 제어부로 신호를 전송하도록 구성되어 있다.
본 발명은 센서모듈에 내장된 센서에서 측정된 데이터를 신속하게 처리하기 위하여, 마그네틱 홀 센서, 가속도 센서, 온도 센서로부터 획득한 신호를 소정의 규칙에 따라 데이터 배열로 전송 처리하여 신속하면서 정확하게 프레스 성형공정을 모니터링하도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 모니터링 센서모듈의 제어부는 마그네틱 홀 센서, 가속도 센서, 온도 센서로부터 획득한 신호를 컴퓨터, 서버 및 스마트폰 중 적어도 하나 이상으로 전송하기 위하여 블루투스를 포함하는 무선 통신부를 구비하고 있다.
본 발명은 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들을 획득하고, 획득한 각각의 진동신호에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 을 합한 시간을 '프레스 공정 시간'으로 정의하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 수 있다.
상기 '금형 개방 시작시간(도7의 704)' 및 '재료 및 제품 취출 시간(도7의 705)' 는 모두 금형이 열리고 디몰딩될 때 발생하는 신호로 볼 수 있으므로 하나의 단계 또는 하나의 기술적 구성으로 묶어서 모니터링에 사용할 수도 있다.
펀치 플레이트에 압력을 적용하는 방식은 회전 운동을 직선왕복 운동으로 변경하여 동작시키는 기계식 프레스 성형 방법과 통상의 유압 또는 공기압 실린더를 이용하여 압력을 가하는 성형 방법 모두를 적용할 수 있으며, 프레스 성형공정의 감시를 위한 금형의 진동신호 측정 역시 앞서 설명한 기술적 구성을 그대로 적용하면 된다.
앞서 기술한 기술적 구성에 기초하여 본 발명의 특허보호범위를 요약하여 기술한다.
본 발명의 하나의 실시 예로, 금형에 고정 설치되어 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈은 금형 표면 일측에 고정 설치되며, 형개의 횟수를 카운트하기 위한 센서와, 센싱부 내부에 고정 설치되어, 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위하여 금형의 진동을 감지하기 위한 센서를 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 프레스 금형의 진동을 감지하기 위한 센서는 금형의 진동을 측정할 수 있는 가속도 센서 또는 진동센서로 구성되어 있다
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서는 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득된 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 다이(하부 금형) 및 펀치 플레이트의 형개 및 형폐 신호 중 적어도 하나의 횟수를 카운트하기 위한 센서는 전력 소모량이 적은 자석과 홀센서로 이루어진 자력센서로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센서모듈의 센싱부와 자석부는 형상과 크기 및 획득하고자 하는 진동신호를 고려하여 펀치 플레이트 및 스트리퍼 플레이트 중 하나에 센싱부를 설치하고, 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고, 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부를 설치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 자석부에 설치된 자석의 자력 세기가 거리의 세제곱에 반비례하여 감소하기 때문에 자석부와 홀센서가 내장된 센싱부사이의 거리를 설정된 거리 이내에서 고정 설치하되, 홀 센서는 제어용 PCB에 배치하여 센싱부 내부에 고정 설치되고, 자석부에 설치되는 자석은 형폐시 홀센서의 위치를 고려하여 자석부에 고정 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 금형의 표면 온도를 측정하기 위한 온도센서와 금형의 진동을 감지하기 위한 센서는 측정용 PCB에 고정 설치되고, 측정용 PCB는 금형의 표면 온도를 직접적으로 측정하기 위하여 센싱부 하부케이스에 고정 설치되며, 센싱부 하부케이스의 재질은 금형과 동일하거나 또는 열전도도가 금형 재질 보다 우수한 금속재질로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 홀센서는 제어용 PCB 일측에 고정 설치되고, 제어용 PCB에는 센서모듈에 내장된 센서들로부터 측정된 신호를 전송받아서 탑재된 알고리즘으로 데이터 변환한 후, 외부 기기로 데이터를 전송하기 위하여 MCU와 제어 알고리즘이 탑재된 메모리가 고정 설치된 제어부를 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 센서모듈에 내장된 전자부품에 전기에너지를 공급하는 배터리가 측정용 PCB와 제어용 PCB 사이에 위치한 배터리 고정부에 고정 설치되고, 배터리 상부에는 배터리 고정부로부터 배터리가 분리되지 않도록 배터리 고정용 실리콘 부재를 고정 설치함이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 배터리 고정부의 하부에는 배터리로 열이 전달되는 것을 최소화하여 배터리의 사용온도 한계치를 초과하지 않도록 하기 위하여 단열판을 고정 설치함이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센싱부의 상부 케이스에는 센서모듈 정보표시용 액정표시부가 고정 설치되며, 센서모듈 정보표시용 액정표시부에는 마지막 형개 수 표시, 형폐 상태 표시, 배터리 잔량 표시, 단말기와 제어부사이 통신 감도 표시, 설치 상태 표시, 저장 데이터 유무 표시 중에서 하나를 센서모듈 조작용 버튼으로 조작하여 표시할 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 센싱부 하부케이스에 고정 설치되어 센서모듈이 금형 표면에 설치됨을 확인하거나 혹은 금형으로부터 분리됨을 감지할 수 있도록 금형 표면을 향하여 설치된 센서모듈 설치확인용 버튼을 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센서모듈에는 센서들로부터 측정된 형개의 수, 온도 및 진동신호를 MCU 및 메모리에 탑재된 제어 알고리즘에서 소정 절차에 의하여 처리된 데이터를 외부 기기로 전송하고, 외부 기기로부터 전송되어온 데이터를 수신하기 위한 블루투스 또는 근접 통신부를 제어용 PCB에 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 적어도 하나 이상을 측정하고, 측정된 각각의 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 들을 획득하고, 이들 중에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 의 합을 '프레스 공정 시간'으로 정의하고, 정의된 '프레스 공정 시간'이 설정된 시간 범위 내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서는 제어용 PCB에 탑재된 제어 알고리즘 중 분류 알고리즘을 기초하여 금형의 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 상부 재료 및 제품 취출 시간을 구분하여 신호를 검출하여 제어부로 전송하여 각각의 분류된 신호들사이의 시간간격을 분석 비교하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서에서 획득한 진동신호의 진폭의 크기를 고려하여 프레스 성형기의 RPM 속도와 성형판 주입 속도를 설정된 범위 내에서 동작하도록 제어부에서 제어하되, 측정된 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 측정하되, 측정된 신호들사이의 간격을 비교 분석하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 1 사이클 동안에 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서 측정된 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 각각의 진동신호에서 피크 값 또는 설정된 값 이상의 값을 획득하는 알고리즘을 적용하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서는 1 사이클 동안 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 진동신호 중에서 적어도 하나 이상이 정상적인 신호 크기와 발생시간의 범위를 벗어날 경우에 금형의 일부 또는 전체적으로 마모 또는 손상으로 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예로, 자석과 홀센서로 구성된 자력센서는 펀치 플레이트가 다이에 접근하여 형폐가 되면, 홀 센서에서 'ON'의 의미로 '1' 신호를 감지하고, 프레스 동작 후에 펀치 플레이트에 다이로부터 멀어져 형개가 되면, 홀 센서에서 'OFF'의 의미로 '0' 신호를 감지하여 센서모듈의 제어부로 신호를 전송하도록 구성되어 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시 예는 센서모듈에 내장된 홀 센서에서 측정된 형개 및 형폐 신호 중 적어도 하나 이상을 측정하되, 측정된 각각의 신호사이의 간격을 측정하여 설정된 시간을 벗어날 경우에 해당 프레스 공정에 이상이 발생한 것으로 판단하도록 구성할 수 있다.
앞서 기술한 기술적 구성에 기초하여 본 발명에 따라 제작된 센서모듈을 사용하여 원격으로 프레스 성형 공정을 모니터링하는 시스템으로 특허보호범위를 기술하거나 혹은 다양한 기술적 구성의 결합으로 다양한 권리보호범위로 기술하여 보호받을 수 있다.
본 발명은 센서모듈을 프레스 성형기의 금형에 밀착 설치하여 프레스 성형 중 금형의 진동신호를 측정하여 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 획득하고, 마그네틱 홀 센서를 이용하여 금형의 형폐 및 형개 신호를 감지하여 사이클 타임을 측정 분석할 수 있는 센서모듈를 제공하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 모니터링할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.
100; 센싱모듈 101; 센서모듈 상부 케이스
102; 센서모듈 조작용 버튼
103; 센서모듈 정보표시용 액정표시부 커버
104; 센서모듈 조작용 버튼 실리콘 커버
105; 센서모듈 제어용 PCB
106; 센서모듈 베터리 고정용 실리콘 부재
107; 센서모듈 배터리 108; 배터리 고정부
109; 센서모듈 측정용 PCB 110; 단열판
111; 센서모듈 설치확인용 버튼 112; 센서모듈 설치확인용 버튼 커버
113; 센서모듈 하부케이스 114; 센서모듈 조작용 버튼
115; 센서모듈 정보표시용 액정표시부
116; 제어용 PCB의 연산 프로세서(MCU)
117; 홀센서 118; 가속도 센서
119; 온도센서 120; 센서모듈 설치확인용 버튼
150; 센싱장치 200; 자석부
201; 자석부 본체 202; 자석부 커버
203; 자석 204; 자석 수용홈
300; 금형
601; 펀치 플레이트(가동측) 602; 스트리퍼 플레이트
603; 다이(고정측) 604; 성형판
701; 프레스 홀더 접촉 시간 702; 펀치 접촉 및 프레스 시작시간
703; 프레스 종료 시간 703; 금형 개방 시작시간
705; 재료 및 제품 취출 시간
801; 진폭의 차이
102; 센서모듈 조작용 버튼
103; 센서모듈 정보표시용 액정표시부 커버
104; 센서모듈 조작용 버튼 실리콘 커버
105; 센서모듈 제어용 PCB
106; 센서모듈 베터리 고정용 실리콘 부재
107; 센서모듈 배터리 108; 배터리 고정부
109; 센서모듈 측정용 PCB 110; 단열판
111; 센서모듈 설치확인용 버튼 112; 센서모듈 설치확인용 버튼 커버
113; 센서모듈 하부케이스 114; 센서모듈 조작용 버튼
115; 센서모듈 정보표시용 액정표시부
116; 제어용 PCB의 연산 프로세서(MCU)
117; 홀센서 118; 가속도 센서
119; 온도센서 120; 센서모듈 설치확인용 버튼
150; 센싱장치 200; 자석부
201; 자석부 본체 202; 자석부 커버
203; 자석 204; 자석 수용홈
300; 금형
601; 펀치 플레이트(가동측) 602; 스트리퍼 플레이트
603; 다이(고정측) 604; 성형판
701; 프레스 홀더 접촉 시간 702; 펀치 접촉 및 프레스 시작시간
703; 프레스 종료 시간 703; 금형 개방 시작시간
705; 재료 및 제품 취출 시간
801; 진폭의 차이
Claims (20)
- 금형에 고정 설치되어 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈에 있어서,
금형 표면에 고정 설치되어, 형개폐의 횟수를 카운트하기 위한 센서와,
센싱부 내부에 고정 설치되어, 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위하여 금형의 진동을 감지하기 위한 센서를 구비함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
프레스 금형의 진동을 감지하기 위한 센서는 금형의 진동을 측정할 수 있는 가속도 센서 또는 진동센서로 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서로 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중 적어도 하나의 진동신호를 측정하고, 측정된 각각의 진동신호 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 모니터링 하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단함을 특징으로 하는 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
금형의 형개 및 형폐 신호 중 적어도 하나의 횟수를 카운트하기 위한 센서는 전력 소모량이 적은 자석과 홀센서로 구성된 자력센서로 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
센서모듈은 센싱부와 자석부의 형상과 크기 및 획득하고자 하는 진동신호를 고려하여 펀치 플레이트 및 스트리퍼 플레이트 중 하나에 센싱부를 설치하고, 다이에 자석부를 설치하거나 혹은 다이에 센싱부를 설치하고, 펀치 플레이트 또는 스트리퍼 플레이트에 자석부를 설치함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제4항에 있어서,
자석부에 설치된 자석의 자력 세기가 거리의 세제곱에 반비례하여 감소하기 때문에 자석부와 홀센서가 내장된 센싱부사이의 거리를 설정된 거리 이내에서 고정 설치하되,
홀 센서는 제어용 PCB에 배치하여 센싱부 내부에 고정 설치되고,
자석부에 설치되는 자석은 형폐시 홀 센서의 위치를 고려하여 소정 간격을 유지시켜 자석부에 고정 설치됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
금형의 표면 온도를 측정하기 위한 온도센서와 금형의 진동을 감지하기 위한 센서는 측정용 PCB에 고정 설치되고,
측정용 PCB는 금형의 표면 온도를 직접적으로 측정하기 위하여 센싱부 하부케이스에 고정 설치되며,
센싱부 하부케이스의 재질은 금형과 동일하거나 또는 열전도도가 금형 재질 보다 우수한 금속재질로 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제4항에 있어서,
홀센서는 제어용 PCB 일측에 고정 설치되고,
제어용 PCB에는 센서모듈에 내장된 센서들로부터 측정된 신호를 전송받아서 탑재된 알고리즘으로 데이터 변환한 후, 외부 기기로 데이터를 전송하기 위한 MCU와 제어 알고리즘이 탑재된 메모리가 고정 설치된 제어부를 구비함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
센서모듈에 내장된 전자부품에 전기에너지를 공급하는 배터리가 측정용 PCB와 제어용 PCB 사이에 위치한 배터리 고정부에 고정 설치되고,
배터리 상부에는 배터리 고정부로부터 배터리가 분리되지 않도록 배터리 고정용 실리콘 부재가 고정 설치됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제9항에 있어서,
배터리 고정부의 하부에는 배터리로 열이 전달되는 것을 최소화하여 배터리의 사용온도 한계치를 초과하지 않도록 하기 위하여 단열판을 고정 설치함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
센싱부의 상부 케이스에는 센서모듈 정보표시용 액정표시부가 고정 설치되며,
센서모듈 정보표시용 액정표시부에는 마지막 형개 수 표시, 형폐 상태 표시, 배터리 잔량 표시, 단말기와 제어부사이 통신 감도 표시, 설치 상태 표시, 저장 데이터 유무 표시 중에서 하나를 센서모듈 조작용 버튼으로 조작하여 표시할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제5항에 있어서,
센싱부 하부케이스에 고정 설치되어 센서모듈이 금형 표면에 설치됨을 확인하거나 혹은 금형으로부터 분리됨을 감지할 수 있도록 금형 표면을 향하여 설치된 센서모듈 설치확인용 버튼을 구비함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
센서모듈에는 센서들로부터 측정된 형개의 수, 온도 및 진동신호를 MCU 및 메모리에 탑재된 제어 알고리즘에서 소정 절차에 의하여 처리된 데이터를 외부 기기로 전송하고,
외부 기기로부터 전송되어온 데이터를 수신하기 위한 블루투스 또는 근접 통신부를 제어용 PCB에 구비함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제2항에 있어서,
가속도 센서 또는 진동센서로 측정한 진동신호에서 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 을 측정하고, 이들 중에서 '펀치 접촉 및 프레스 시작 시간'과 '프레스 종료 시간' 의 합을 '프레스 공정 시간'으로 정의하고, 정의된 '프레스 공정 시간'이 설정된 시간 범위 내에서 정상적으로 동작하고 있는지를 판단함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제1항에 있어서,
센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서는 제어용 PCB에 탑재된 제어 알고리즘 중 분류 알고리즘을 기초하여 금형의 진동신호로부터 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간을 구분하여 검출하여 제어부로 전송하고, 각각의 분류된 신호들사이의 시간간격을 분석 비교하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제15항에 있어서,
센서모듈에 내장된 가속도 또는 진동센서에서 획득한 진동신호의 진폭의 크기를 고려하여 프레스 성형기의 RPM 속도와 성형판 주입 속도를 설정된 범위 내에서 동작하도록 제어부에서 제어하되, 상기 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중 적어도 하나 이상의 진동신호를 측정하고, 측정된 진동 신호 중 적어도 하나 이상의 신호사이의 간격을 비교 분석하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제2항에 있어서,
센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서는 1 사이클 동안 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 각각의 진동신호에서 피크 값 또는 설정된 값 이상의 신호를 획득하는 알고리즘을 적용하여 프레스 성형공정이 정상적으로 이루어지고 있는지를 판단함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제17항에 있어서,
센서모듈에 내장된 가속도 센서 또는 진동센서에서는 1 사이클 동안 프레스 홀더 접촉 시간, 펀치 접촉 및 프레스 시작 시간, 프레스 종료 시간, 금형 개방 시작시간, 재료 및 제품 취출 시간 중에서 적어도 하나 이상의 진동신호를 획득하되, 획득한 진동신호 중에서 적어도 하나 이상이 정상적인 신호 크기와 발생시간의 범위를 벗어날 경우에 금형의 마모 또는 손상으로 판단함을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제4항에 있어서,
자석과 홀센서로 구성된 자력센서는 펀치 플레이트와 스트리퍼 플레이트가 다이에 접근하여 형폐가 되면, 홀 센서에서 'ON'의 의미로 '1' 신호를 감지하고, 프레스 동작 후에 펀치 플레이트와 스트리퍼 플레이트가 다이로부터 멀어져 형개가 되면, 홀 센서에서 'OFF'의 의미로 '0' 신호를 감지하여 센서모듈의 제어부로 신호를 전송하도록 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈. - 제19항에 있어서,
센서모듈에 내장된 홀 센서에서 측정된 형개 및 형폐 신호 중 적어도 하나 이상을 측정하되, 측정된 각각의 신호사이의 간격을 측정하여 설정된 시간을 벗어날 경우에 해당 프레스 공정에 이상이 발생한 것으로 판단하도록 구성됨을 특징으로 하는 프레스 성형 제품의 품질 관리를 위한 센서모듈.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020230007280A KR20240114951A (ko) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈 |
| PCT/KR2023/004491 WO2024154862A1 (ko) | 2023-01-18 | 2023-04-04 | 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230007280A KR20240114951A (ko) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020230007280A KR20240114951A (ko) | 2023-01-18 | 2023-01-18 | 프레스 성형공정 모니터링을 위한 센서모듈 |
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| KR101183283B1 (ko) | 2011-12-19 | 2012-09-14 | 피에스텍주식회사 | 전자식 금형 카운터 장치 |
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