사출성형기 모니터링 Data를 이용한 용융수지의 체적유량 판단과 충전과정 제어 연구
A study on the estimation of volume flow rate and switch-over position control by monitoring data of injection molding machine
초록/요약
본 연구에서는 사출성형기 모니터링 Data(스크루 위치와 노즐 압력)를 이용하여 용융수지의 점도 변화에 따라 발생되는 제품의 중량 편차를 감소시키는 보압 절환 위치 제어 방법을 개발하였다. 용융수지의 점도 변화를 판단할 수 있도록 스크루 위치에 따른 노즐 압력을 기반으로 한 점도 지수를 정의하였고, 충전 중 발생하는 오차 요인을 검토하고 이를 배제하고 신뢰도가 높은 점도 지수를 획득할 수 있는 고신뢰도 구간을 결정하였다. 점도 지수를 획득하는 고신뢰도 구간이 높은 압력 조건에서 발생하므로 용융수지의 압축성을 고려한 체적 유량과 충전 체적 계산 방법을 위한 체적 유량 모델을 개발하였다. 기존 스크루 위치 기준 충전 체적 계산은 사출속도가 달라지더라도 충전 체적 변화를 보이지 않는 반면에, 배럴 내부 용융수지 압축력과 점도를 고려한 체적 유량 모델을 이용하여 계산된 충전 체적의 경우에는 사출속도의 변화에 따라 차이를 보였다. 본 모델의 효용성 확인을 위해 박육 소형 제품과 후육 중형 제품 제품을 대상으로 실험을 진행하였다. 용융수지의 점도에 따른 제품 체적 변화를 알아보기 위해 사출속도와 보압 절환 위치를 변화시켰다. 각각의 조건에서 제작된 제품의 실제 중량을 측정하여 계산된 충전 체적 편차와 비교하였다. 실험 결과 사출속도가 높을수록 실제 충전 체적이 더 빨리 증가하여 목표 체적에 이르는 시점이 더 빨랐으며, 스크루 이동거리와 사출속도의 증가에 따른 충전 체적은 거의 선형적으로 증가하였다. 정확한 보압 절환 위치 제어를 위해 본 연구에 따른 충전 체적을 스크루 위치와 사출속도 변화에 따른 평면 근사 모델로 다중 회기 분석을 수행하여 사출속도에 따른 보압 절환 위치 제어 시스템의 민감도를 나타내는 상수를 계산하였다. 제품의 체적이 클수록 제어 민감도 상수가 더 높았으며, 체적 유량 모델을 이용하여 계산된 충전 체적과 실제 제품 중량에 대해 계산된 제어 민감도 상수는 큰 차이를 보이지 않았다. 체적 유량 모델을 적용하여 제어하였을 때 사출속도에 따른 제품의 전체 중량 대비 편차는 박육 소형 제품의 경우 5.58%에서 0.3%, 후육 중형 제품은 2.84%에서 0.14%로 각각 감소하였다. 본 연구에서 개발된 사출성형기 모니터링 Data를 기반으로 한 체적 유량 모델을 보압 절환 위치 제어에 적용한 결과 용융수지의 점도 변화에 따라 발생되는 제품의 중량 편차를 감소시키고 품질을 일정하게 유지할 수 있는 가능성을 확인하였다.
more목차
제 1장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 기술 동향 1
1.1.1 사출성형 공정 3
1.1.2 사출성형 공정 제어 및 품질 관리 9
1.2 연구 목적 21
1.3 연구 목표 및 방법 24
제 2장 실험 장치 및 방법 27
2.1 사출성형 재료 27
2.2 사출성형기 29
2.3 사출성형기 Data 모니터링 시스템 30
2.4 사출성형 제품 형상 32
2.5 실험 조건 33
제 3장 점도 변화 판단 및 체적 유량 분석 35
3.1 점도 지수를 이용한 공정 변화 판단 35
3.1.1 충전 단계 중 플라스틱 용융수지의 점도 특성 35
3.1.2 점도 지수의 의미 및 유용성 35
3.1.3 점도 지수의 계산 36
3.1.4 적정 Data 수집구간 판단 방법 37
3.2 압축성을 고려한 체적 유량 분석 50
3.2.1 현재 충전 단계 체적 유량 고려 조건 50
3.2.2 충전 단계 압축성 고려 효과 50
3.2.3 배럴 내부에서의 용융수지 압축성 고려 51
3.2.4 체적 유량 모델 유도 52
제 4장 실험 결과 59
4.1 점도 지수 계산 59
4.2 체적 유량 및 충전 체적 계산 61
4.3 충전 체적 변화를 이용한 보압 절환 스크루 위치 제어 67
4.4 실제 제품 중량을 통한 스크루 위치 제어 검증 78
4.4.1 사출속도 변화에 따른 보압 절환 스크루 위치 변화량 검증 78
4.4.2 체적 유량 모델의 제어 성능 검증 85
제 5장 결 론 88
참고문헌 92
Abstract 95
