KR102764524B1 - 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
실시예는 다이캐스팅 장치; 다이캐스팅 장치의 주조 공정을 제어하고 모니터링하는 제어장치; 주조 공정의 데이터를 수집하고 분석하는 모니터링장치; 및 모니터링 데이터를 실시간으로 표시하고 원격 제어가 가능한 단말기를 포함하고, 상기 제어장치는 주조 공정의 온도, 압력, 주입 속도 등의 변수를 실시간으로 조절하며, 상기 모니터링장치는 주조 공정 중 발생하는 데이터를 수집하고 분석하여 품질 피드백을 제공하고, 상기 다이캐스팅 장치의 금형에는 런너의 단면적의 조절에 따라 런너 상에 흐르는 용탕의 유속과 유압을 센싱하는 유속 및 유압계가 설치되고, 상기 금형에는 자기장의 제어에 따라 상기 용탕의 유속을 조절하는 유속조절기가 설치된 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
다이캐스팅은 정밀주조법 중 하나로, 정확하게 기계가공된 강철 금형에 용해된 금속 용탕을 주입하여 금형과 동일한 형상의 주물을 얻는 주조 방법이다. 이 방법은 주로 아연, 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금 등 다양한 금속 재료를 이용하여 기계 부품을 주조하는 데 널리 사용된다. 다이캐스팅은 금형에 용탕을 주입해 높은 정밀도와 우수한 표면 품질을 가진 주조품을 얻을 수 있는 기술로, 다양한 산업 분야에서 중요하게 활용되고 있다. 다이캐스팅 공정은 금형의 형태에 따라 용탕이 주입되면서 금형과 동일한 형태의 주조품을 생산하는 특징이 있다. 이러한 공정법은 자동차 산업에서 특히 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 수소 자동차와 전기자동차와 같은 첨단 운송 수단의 부품뿐만 아니라 엔진 블록, 트랜스미션 하우징, 휠과 같은 다양한 기계 부품을 제작하는 데 활용된다. 또한, 전자제품 케이스, 가전제품 부품, 건축 자재 등 다양한 응용 분야에서도 다이캐스팅은 중요한 역할을 한다. 다이캐스팅은 오랜 기간에 걸쳐 많은 노하우가 축적된 기술로, 그 중요성이 크지만 여전히 고품질 제품을 달성하기 위한 새로운 해결 방법들이 부족하다는 단점이 있다. 예를 들어, 용탕의 충전율, 온도와 시간, 응고 시간, 스트로크 길이 등의 변수에 대한 최적화가 필요하다. 다이캐스팅 공정에서 각 변수들의 미세한 변화는 최종 주조품의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이러한 변수들을 정밀하게 조절하는 것이 중요하다. 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해 다양한 기술이 도입되고 있다. 산소 치환 공법은 용탕 주입 시 산화물 발생을 최소화하여 주조품의 품질을 향상시키는 방법이다. 또한, 금형 열전대 분석법은 금형 내부의 온도 분포를 정밀하게 측정하여 최적의 주조 조건을 설정하는 데 도움을 준다. 시뮬레이션을 통한 용탕 유동 해석법은 주조 과정에서 용탕의 흐름을 예측하여 불량 발생을 줄이고, 주조품의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 기술들은 주조 부품의 품질 향상을 위한 연구에 활발히 적용되고 있다. 또한, 다이캐스팅 공정에서 주조 부품의 품질에 영향을 미치는 주요 변수로는 용해 온도, 주입 온도, 사출 압력 등이 있으며, 이러한 조건들을 최적화하는 것이 필수적이다. 용해 온도는 용탕의 유동성과 충전 능력에 직접적인 영향을 미치며, 주입 온도는 금형과 용탕 간의 열전달 효과를 좌우한다. 사출 압력은 용탕이 금형 내부에 균일하게 충전되도록 하는 데 중요한 역할을 한다. 고진공 다이캐스팅에서는 주조 후 열처리를 통해 물성을 향상시킬 수 있으며, 열처리 변형 및 신율 향상을 위한 조건의 최적화 또한 중요하다. 열처리는 주조품의 기계적 성질을 개선하는 데 필수적인 과정으로, 적절한 열처리 조건을 설정하는 것이 주조품의 품질을 높이는 데 결정적인 역할을 한다.
본 발명은 기존 주조 공정에서 각 단계의 변수들을 실시간으로 조절하고 모니터링하기 어려웠던 문제를 해결하고, 주조 과정의 온도, 압력, 주입 속도 등을 정밀하게 관리하여 고품질의 주조품을 생산할 수 있는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 주조 공정 중 발생할 수 있는 결함을 실시간으로 감지하고, 즉각적인 피드백을 통해 문제를 해결하고, 실시간 데이터 분석을 통해 공정의 이상 상태를 즉시 경고하고 조정하여 불량률을 감소시키는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 공정 데이터를 수집하고 분석하여 최적의 주조 조건을 유지하고, 주조물의 품질 평가와 결함 분석을 통해 공정 조건을 지속적으로 최적화할 수 있는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 머신러닝 및 딥러닝 알고리즘을 활용하여 주조물의 결함을 예측하고 예방하며, 결함 위치와 유형을 분석하여 재발 방지 대책 마련하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 운영자가 원격으로 주조 공정 상태를 모니터링하고 제어할 수 있는 시스템을 제공하고, 공정 데이터의 실시간 공유 및 분석을 통해 협업과 문제 해결 속도를 향상하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 방법 및 이를 위한 시스템을 제공한다.
실시예는 다이캐스팅 장치; 다이캐스팅 장치의 주조 공정을 제어하고 모니터링하는 제어장치; 주조 공정의 데이터를 수집하고 분석하는 모니터링장치; 및 모니터링 데이터를 실시간으로 표시하고 원격 제어가 가능한 단말기를 포함하고, 상기 제어장치는 주조 공정의 온도, 압력, 주입 속도 등의 변수를 실시간으로 조절하며, 상기 모니터링장치는 주조 공정 중 발생하는 데이터를 수집하고 분석하여 품질 피드백을 제공하고, 상기 다이캐스팅 장치의 금형에는 런너의 단면적의 조절에 따라 런너 상에 흐르는 용탕의 유속과 유압을 센싱하는 유속 및 유압계가 설치되고, 상기 금형에는 자기장의 제어에 따라 상기 용탕의 유속을 조절하는 유속조절기가 설치된 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 모니터링장치는 주조 공정 중 수집된 온도, 압력, 유량 데이터를 실시간으로 분석하고, 결함을 검출하여 품질 피드백을 제공하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 모니터링장치는 주조물의 결함 정보를 기반으로 결함 위치와 유형을 분석하고, 동일한 결함이 반복적으로 발생하는 경우 주조 조건을 조절하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 다이캐스팅 장치에는 적어도 하나의 온도계 및 적어도 하나의 압력계, 유량계가 설치되고, 상기 제어장치는 상기 온도계, 상기 압력계, 상기 유량계의 센싱 정보에 기초하여 주조 공정의 온도, 압력, 주입 속도 등의 변수를 실시간으로 조절하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 금형은 고정금형과 가동금형을 포함하고, 상기 유속조절기는 상기 고정금형에 설치되고, 상기 유속조절기는 상기 런너의 단면적을 조절하기 위해 이동하는 유속조절부, 상기 유속조절기는 상기 런너의 단면적을 조절하기 위해 이동하는 유속조절부, 상기 유속조절부의 이동을 제어하기 위한 자기변형부, 상기 자기변형부에 자기장을 제공하는 제1 자기장형성부를 포함하고, 상기 제어장치는 상기 제1 자기장형성부를 제어하여 상기 자기변형부를 신축시키고, 상기 자기변형부의 신축에 따라 상기 유속조절부가 상기 고정금형 상에 형성된 유속조절홀을 통해 이동하여 상기 런너의 단면적을 조절하고, 상기 제어장치는 상기 유속조절기를 제어하여, 상기 런너의 단면적을 실시간으로 조절하고, 상기 유속 및 유압 센서를 통해 수집된 데이터를 기반으로 설정된 상기 런너를 통해 흐르는 용탕의 유속을 유지하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 상기 유속조절기는 상기 유속조절부의 외주면과 상기 유속조절홀의 내주면 사이에 위치한 밀폐자기변형부, 상기 밀폐자기변형부에 자기장을 인가하여 상기 밀폐자기변형부를 단면 방향으로 압축하거나 팽창시키는 제2 자기장형성부를 더 포함하는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템을 제공할 수 있다.
실시예는 컨트롤러를 통한 주조 공정의 자동화로, 용탕 주입, 냉각, 금형 개폐 등의 단계를 정밀하게 제어할 수 있고, 공정 중 비정상적인 조건이 발생하면 즉각 경고를 발령하여 자동으로 공정을 조정하거나 중지할 수 있다.
또한, 실시예는 온도제어부를 통해 용탕 및 금형의 온도를 실시간으로 제어하여 최적의 주조 조건을 유지하고, 압력제어부를 통해 주조 중의 압력을 모니터링하고 조절하여 주조품의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 주입속도제어부를 통해 용탕이 금형에 주입되는 속도를 실시간으로 조절하고, 유량 밸브 조정을 통해 주조물의 균일한 품질을 유지할 수 있다.
또한, 실시예는 모니터링장치를 통해 실시간으로 수집된 온도, 압력, 유량 데이터를 분석하여 공정 상태를 모니터링하고, 공정 데이터를 시각적으로 표시하여 운영자가 쉽게 이해하고 조정할 수 있도록 지원할 수 있다.
또한, 실시예는 카메라 시스템과 머신러닝 알고리즘을 활용하여 주조물의 외관 결함을 실시간으로 검출 및 분류할 수 있고, 결함의 위치와 유형을 분석하여 심각도를 평가하고, 결함이 발생한 주조물의 공정 조건을 조절할 수 있다.
또한, 실시예는 수집된 데이터를 기반으로 공정 조건을 지속적으로 최적화하여 불량률을 감소시키고, 예측 유지보수 시스템을 통해 장비의 상태를 예측하고 필요한 시점에 유지보수 계획 수립할 수 있다.
또한, 실시예는 단말기를 통해 운영자가 원격으로 주조 공정을 모니터링하고 제어할 수 있도록 하고, 실시간 데이터 공유 및 커뮤니케이션을 통해 협업과 문제 해결 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 실시예는 유속 조절을 통해 용탕이 금형에 주입되는 속도를 최적화하여, 주조물의 소착 불량 및 미성형 불량을 줄일 수 있고, 균일한 유속을 유지함으로써, 주조 공정에서의 기포 및 불순물 혼입을 줄이고, 주조물의 강도와 표면 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 제어장치는 실시간 센서 데이터를 분석하여 최적의 유속을 유지할 수 있고, 마모가 적고 유지 보수가 용이하며 고온 환경에서 안정성을 갖춘 유속조절기를 통해서 런너에 흐르는 용탕의 유속을 정밀하게 제어함으로써 주조 공정의 모든 단계에서 최적의 유속을 유지할 수 있다.
또한, 실시예는 금속 용탕의 적절한 유속을 유지함으로써 에너지 소비를 줄이고, 주조 공정의 효율성을 높일 수 있고, 자동화된 유속 조절은 인력 의존도를 줄이고, 공정 제어의 일관성을 높여 전체적인 비용 절감 효과를 거둘 수 있다.
실시예는 시스템은 다이캐스팅 공정의 각 단계를 정밀하게 제어하고, 실시간 데이터 분석을 통해 공정 상태를 모니터링하며, 결함을 즉각적으로 감지하고 대응하는 기능을 제공할 수 있다. 실시에는 이를 통해 주조 공정의 자동화와 최적화를 달성하고, 고품질의 주조물을 생산할 수 있고, 원격 모니터링 및 제어 기능을 통해 운영 효율성을 높이고, 데이터 기반의 유지보수와 공정 최적화를 통해 불량률을 감소시키며 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링의 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 제어장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 모니터링장치의 디스플레이 장치 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 단말기 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 구성하는 다이캐스팅 장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 코어 핀 스토퍼를 포함하는 금형의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 9의 (a)는 고정금형에 설치된 유속조절기를 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 (a)의 일부의 확대도이고, (c)는 유속조절홀의 입구에 돌출부가 형성되고 오링이 적용된 것을 도시한 것이며, (d)는 고정금형의 런너 측을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 제어장치의 블록도이다.
도 3 및 도 4는 모니터링장치의 디스플레이 장치 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 단말기 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 구성하는 다이캐스팅 장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 코어 핀 스토퍼를 포함하는 금형의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 9의 (a)는 고정금형에 설치된 유속조절기를 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 (a)의 일부의 확대도이고, (c)는 유속조절홀의 입구에 돌출부가 형성되고 오링이 적용된 것을 도시한 것이며, (d)는 고정금형의 런너 측을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링의 시스템을 도시한 것이고, 도 2는 제어장치의 블록도이고, 도 3 및 도 4는 모니터링장치의 디스플레이 장치 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 5는 단말기 상에서 표시되는 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 화면을 개략적으로 도시한 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예를 구성하는 다이캐스팅 장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링의 시스템(1)은 다이캐스팅 장치(10), 제어장치(20), 모니터링장치(30) 및 단말기(40)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링의 시스템(1)은 카메라 시스템을 더 포함할 수 있다.
다이캐스팅 장치(10)의 금형(100)은 고정 금형, 가동 금형, 런너를 포함할 수 있다. 고정금형은 금형의 한쪽 면으로, 다이캐스팅 기계의 고정된 플레이트에 장착되고, 금속이 주입되는 게이트가 고정금형에 위치하며, 고정금형을 통해 용융된 금속이 금형 내부로 들어갈 수 있다. 고정금형에는 런너와 게이트가 형성될 수 있다. 가동금형은 금형의 다른 쪽 면으로, 다이캐스팅 기계의 이동 가능한 플레이트에 장착되고, 주조 과정이 완료된 후, 가동금형이 열리면서 주조품을 꺼낼 수 있으며, 가동금형에는 제품을 형성하는 캐비티의 반대쪽 부분이 형성될 수 있다. 런너는 고정금형과 가동금형 사이를 연결하는 채널로, 용융된 금속이 금형 내부의 캐비티로 흐르는 경로를 제공할 수 있고, 고정금형에 있는 게이트에서 시작하여 가동금형의 캐비티로 이어질 수 있다. 런너 시스템은 금속의 흐름을 제어하고, 금속이 고르게 분포되도록 할 수 있다.
다이캐스팅 장치(10), 제어장치(20), 모니터링장치(30) 및 단말기(40)는 서로 다양한 통신 방식에 의해서 데이터를 주고받을 수 있다. 예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced), WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access), Bluetooth에 따라 구축된 네트워크망 상에서 무선 신호를 송수신할 수 있고, 적어도 일부는 네트워크 망이 적용될 수도 있다.
제어장치(20)는 주조 공정의 각 단계를 정밀하게 조절하고 모니터링하여 고품질의 주조품을 생산할 수 있다. 제어장치(20)는 주조 과정의 여러 변수를 실시간으로 관리하고 최적화할 수 있다. 다양한 실시예에서, 제어장치(20)는 컨트롤러(21), 제어인터페이스(22), 온도제어부(23), 압력제어부(24), 주입속도제어부(25), 메모리(26)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(21)는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
컨트롤러(21)는 다이캐스팅 장치의 중앙 제어 시스템으로, 다양한 계측 센서와 액추에이터를 연결하여 주조 공정을 자동화할 수 있다. 컨트롤러(21)는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구성될 수 있다. 컨트롤러(21)는 용탕 주입, 냉각, 금형 개폐 등 주조 공정의 각 단계를 제어할 수 있고, 온도, 압력, 속도 등의 데이터를 실시간으로 수집하여 분석할 수 있으며, 비정상적인 조건이 발생하면 경고를 발령하여 공정을 중지하거나 조정할 수 있다.
제어인터페이스(22)는 운영자가 다이캐스팅 장치를 모니터링하고 제어할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 제어인터페이스(22)는 공정 상태, 온도, 압력 등의 실시간 데이터를 시각적으로 표시할 수 있고, 주조 조건, 주입 속도, 냉각 시간 등을 설정하고 조정할 수 있는 설정 및 조정 인터페이스를 제공할 수 있으며, 공정 데이터를 기록하여 품질 관리 및 분석에 활용할 수 있도록 한다.
온도제어부(23)는 용탕의 온도와 금형의 온도를 정확하게 유지할 수 있다. 온도제어부(23)는 계측기(500)로부터의 센싱 정보에 기초하여 용탕과 금형의 온도를 실시간으로 측정할 수 있고, 금형의 과열을 방지하고 주조품의 적절한 응고를 위해 냉각수를 순환시킬 수 있으며, 용탕의 적절한 주입 온도를 유지하기 위해 가열 요소를 사용할 수 있다.
압력제어부(24)는 용탕이 금형에 주입될 때의 압력을 제어할 수 있다. 압력제어부(24)는 유압 펌프와 실린더를 통해 금형의 개폐와 용탕 주입 압력을 조절할 수 있고, 주조 중의 압력을 실시간으로 모니터링하고 필요 시 조정할 수 있도록 구성될 수 있다.
주입속도제어부(25)는 용탕이 금형에 주입되는 속도를 관리할 수 있다. 주입속도제어부(25)는 계측기(500)로부터의 센싱 정보에 기초하여 용탕의 유량을 측정하여 주입 속도를 조절할 수 있고, 유량 밸브를 조정하여 주입 속도를 실시간으로 제어할 수 있다.
컨트롤러(21)는 온도, 압력, 주입 속도 등의 데이터를 메모리(26)에 기록할 수 있고, 메모리(26)에 기록된 데이터를 분석하여 공정의 최적화할 수 있다.
메모리(26)에는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있고, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있고, 메모리(26)는 복수의 메모리로 구성되어 적어도 일부는 인터넷(internet)상에서 메모리의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)일 수도 있다.
모니터링장치(30)는 계측기(500)로부터의 온도, 유량, 압력 센싱 정보에 기초하여 금형(100) 내부의 온도, 압력 등의 변수를 검출하여 데이터베이스를 확보하여 주조품의 미성형 또는 결함을 실시간으로 모니터링할 수 있다.
모니터링장치(30)는 제어장치(20)로부터 데이터를 수신하여 주조 과정을 모니터링하고 관리하고, 실시간 데이터를 분석하고, 이를 바탕으로 주조 품질을 향상시킬 수 있도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 모니터링장치(30)는 제어장치(20)로부터 센싱 정보를 수집하고, 분석하며 데이터베이스에 기록할 수 있다. 모니터링장치(30)에는 공정 데이터를 실시간으로 분석하는 공정 모니터링 프로그램이 설치될 수 있다. 모니터링장치(30)는 운영자가 실시간으로 공정 상태를 모니터링하고 제어할 수 있는 그래픽 사용자 인터페이스를 제공할 수 있고, 온도, 압력, 유량 등 주요 공정 변수를 시각적으로 표시하여 운영자가 쉽게 이해할 수 있도록 대시보드를 제공할 수 있으며, 공정 중 이상 상태가 발생하면 즉시 경고 메시지를 표시할 수 있다. 다양한 실시예에서, 모니터링장치(30)는 운영자가 인터넷을 통해 원격으로 공정 상태를 모니터링하고 제어할 수 있도록 지원할 수 있고, 공정 데이터를 통계적으로 분석하여 주조 공정의 성과와 문제점을 요약한 보고서를 자동으로 생성할 수 있다. 다양한 실시예에서, 모니터링장치(30)는 공정 데이터를 기반으로 장비의 상태를 예측하여 유지보수가 필요한 시점을 판단하고, 예상되는 고장이나 문제를 미리 감지하여 유지보수 일정을 계획을 수립하여 표시할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 모니터링장치(30)는 주조조건 모니터링 화면, 데이터 분석 "I 품질 평가 화면, 통합 모니터링 화면, 외부 서버와의 연동 화면 중 적어도 하나를 표시할 수 있고, 입력 장치를 통한 운영자의 명령 신호에 기초하여 다양한 인터페이스 화면 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
- 주조조건 모니터링
모니터링장치(30)는 유량, 온도 및 압력 센서 데이터를 실시간으로 표시할 수 있고, 금형(100)의 온도, 충진 용탕의 온도, 부품 부위별 압력 등의 세부 데이터 시각화하여 표시할 수 있므며, 초기 금형 예열 횟수, 아이템별 금형 Cavity 수, 생산 수량(주/야간), 싸이클 타임, 장비 가동률(주/야간), 유압장비 유지보수/점검 알람 등의 세부 주조조건 정보를 표시할 수 있다.
- 데이터 분석 및 품질 평가
모니터링장치(30)는 수집된 데이터의 통계 분석 결과, 품질 관리 프로그램을 통해 도출된 결함 및 문제점 분석 정보, 다이캐스팅 품질 평가와 관련된 통합 테스트 결과 보고서 및 단위 테스트 보고서를 표시할 수 있다.
- 통합 모니터링 대시보드
모니터링장치(30)는 주조 공정의 전체적인 상태를 한눈에 볼 수 있는 대시보드 형태로 표시할 수 있고, 실시간 데이터 그래프 및 차트와 주조 공정 각 단계의 상태와 성능 평가 정보를 표시할 수 있으며, 알림 및 경고나 유압장비 유지보수 알람 정보를 표시할 수도 있다.
- 외부 서버와의 연동 정보
모니터링장치(30)는 다이캐스팅 데이터를 외부 서버에 제공할 수 있고, 외부 서버로부터 실시간 데이터 수집하여 분석할 수 있다. 여기서의 외부 서버는 동일한 주조물을 제조하는 다이캐스팅 장비의 모니터링에 대한 데이터가 될 수 있다. 또한, 외부 서버는 고객사의 서버가 될 수 있고, 모니터링장치(30)는 고객사의 서버와의 데이터 공유를 할 수도 있다.
- 주조물의 품질 평가
모니터링장치(30)는 카메라 시스템으로부터의 수집된 촬영 영상에 기초하여 제조된 주조물의 품질을 평가하고 평가 정보를 표시할 수 있다.
모니터링장치(30)는 카메라 시스템으로부터 촬영 영상을 수집하고, 이미지에서 노이즈를 제거하고, 이미지의 콘트라스트를 조정하며, 주조물 제품의 외관에서 결함이 있을 가능성이 높은 부분을 강조하기 위해 에지 검출 알고리즘을 적용하여 에지를 검출하고, 머신러닝 알고리즘을 적용하여 패턴 인식을 통해 정상적인 표면 패턴과 비교하여 이질적인 패턴이나 결함을 찾아낼 수 있다. 모니터링장치(30)는 검출된 결함을 크랙, 스크래치, 기포, 불완전 주조 등 다양한 유형으로 분류할 수 있고, 결함의 크기와 위치에 따라 심각도를 평가한 정보를 표시할 수 있고, 검사 결과를 요약한 리포트를 생성할 수 있다. 리포트에는 결함 위치, 유형, 심각도, 제안된 조치 등이 포함될 수 있다.
단말기(40)에는 주조 공정의 온도, 압력, 유량 등의 데이터를 실시간으로 표시하는 애플리케이션이 설치될 수 있다. 운영자는 단말기(40)를 통해서 주조 공정의 특정 단계를 원격으로 시작, 중지 또는 조정할 수 있고, 주조 조건(예: 온도, 압력, 주입 속도 등)을 원격으로 변경할 수 있다. 다양한 실시예에서, 단말기(40)는 비정상적인 상태나 문제가 발생하면 즉시 경고 알림을 제공할 수 있고, 수집된 데이터를 실시간으로 분석하여 이상 패턴이나 문제를 감지할 수 있고, 주조 공정의 성과와 문제를 요약한 보고서를 생성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 단말기(40)는 주조 상태 모니터링 화면, 알림 및 경고 정보, 데이터 시각화 및 분석 정보, 데이터 공유 및 커뮤니케이션 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있고, 입력 장치를 통한 운영자의 명령 신호에 기초하여 다양한 인터페이스 화면 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.
- 주조 상태 모니터링
단말기(40)는 실시간 온도 및 압력 데이터 모니터링 정보, 초기 금형 예열 횟수, 아이템별 금형 Cavity 수, 생산 수량(주/야간), 싸이클 타임, 장비 가동률(주/야간) 정보를 표시할 수 있다.
- 정보 및 알림 및 경고 정보
단말기(40)는 주조 공정에서 발생하는 불량 문제 실시간 알림 정보를 표시할 수 있고, 생산 수량, 싸이클 타임, 장비 가동률 등에 대한 알람 설정에 대한 유저 인터페이스를 제공할 수 있으며, 유압장비 유지보수/점검 알람 정보를 표시할 수 있다.
- 데이터 시각화 및 분석
단말기(40)는 주조 공정 관련 데이터의 시각화 및 분석 결과 정보, 품질 관리 프로그램의 분석 결과 및 경고 메시지 정보, 주조 공정 각 단계의 상태 및 성능 평가 정보를 표시할 수도 있다.
- 데이터 공유 및 커뮤니케이션
단말기(40)는 운영자가 모니터링 데이터를 실시간으로 확인하고 대응할 수 있고, 고객사와의 실시간 데이터 공유 및 커뮤니케이션을 통해 품질 관리 대응할 수 있도록 하는 대화방 형식의 메시지 송수신용 인터페이스를 표시할 수 있다.
- 소프트웨어 품질 인증 정보
단말기(40)는 공인시험기관 혹은 소프트웨어 시험인증연구소에서 품질 인증 받은 데이터와, 품질인증으로 평가된 소프트웨어 및 하드웨어의 신뢰성 정보를 표시할 수도 있다.
본 발명의 실시예를 구성하는 다이캐스팅 장치(10)는 금형(100), 슬리브(200), 플런저(300), 계측기(500) 및 유속조절기(600)를 포함할 수 있다.
계측기(500)는 유량계(510), 유속 및 유압계(520), 온도계(530), 압력계(540)를 포함할 수 있다.
금형(100)은 가동금형(110) 및 고정금형(120)을 포함할 수 있다.
가동금형(110)은 고정금형(120)과 함께 성형대상물이 삽입되는 성형공간(100c)을 형성하도록 고정금형(120)과 수평이동에 의해 탈착이 가능하게 결합될 수 있다. 성형공간(100c)은 도시된 바에 한정하는 것은 아니고 다이캐스팅 방식으로 성형하고자 하는 제품의 형상에 따라서 달라질 수 있다.
온도계(530)는 복수개의 온도계로 구성될 수 있다. 예시적으로 제1 온도계(531)는 가동금형(110)에 설치되어 가동금형(110)의 온도를 실시간으로 측정하고, 제2 온도계(532)는 고정금형(120)에 설치되어 고정금형(120)의 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 다양한 실시예에서, 복수의 온도계(530) 중 어느 하나는 가열로(400) 내부에 설치되어 용탕의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 복수의 온도계(530) 중 적어도 하나는 용탕로(200rh)의 일 지점에 설치될 수도 있다. 온도제어부(23)는 용탕의 온도가 최적의 범위 내에서 유지되도록 가열 시스템을 제어할 수 있고, 금형(100) 내부의 온도 분포를 모니터링하고, 냉각 시스템을 조절하여 균일한 응고를 보장하여 주조품의 구조적 결함을 방지할 수 있으며, 용탕로(200rh)의 온도를 모니터링하여 용탕이 주입되는 동안 열 손실을 최소화하고, 적절한 응고 속도를 유지할 수도 있다.
압력계(540)는 복수개의 압력계로 구성될 수 있다. 예시적으로 제1 압력계(541)는 가동금형(110)에 설치되고, 제2 압력계(542)는 고정금형(120)에 설치되어 성형공간(100c) 내의 내부 진공 압력을 실시간으로 측정할 수 있다.
다양한 실시예에서, 복수의 압력계(540) 중 적어도 하나는 용탕로(200rh)의 일 지점에 설치될 수도 있다. 압력제어부(24)는 용탕로(200rh) 내부의 압력을 모니터링하여 용탕이 적절한 압력으로 금형(100)에 주입될 수 있도록 할 수 있고, 금형(100) 내부의 압력을 모니터링하여 용탕이 균일하게 분포되도록 할 수 있다. 다양한 실시예에서, 압력제어부(24)는 배기구 및 벤트 근처의 압력을 모니터링하여 금형(100) 내부의 공기와 가스가 적절하게 배출되도록 할 수 있다.
고정금형(120) 및 가동금형(110)은 상호 결합 및 분리를 위해, 고정금형(120) 및 가동금형(110)이 모두 이동이 가능하게 설치될 수 있고, 고정금형(120) 및 가동금형(110) 중 어느 하나는 고정되고 다른 하나는 이동이 가능 하게 설치될 수 있다. 바람직하게는, 고정금형(120)에 슬리브(200)가 연결되는바, 고정금형(120)이 고정되고, 가동금형(110)이 고정금형(120)에 대하여 상대적으로 이동이 가능하게 설치될 수 있다.
슬리브(200)는 가열로(400)로부터 공급된 용탕(400r)을 수용하고, 고정금형(120)의 하측에 연결되어 가동금형(110) 및 고정금형(120)에 의해 형성된 성형공간(100c)으로 플런저(300)에 의해 용탕(400r)을 주입시킬 수 있도록 내부에 용탕로(200rh)가 형성될 수 있다.
슬리브(200)는 성형공간(100c)의 내부에 용탕(400r)을 주입하는 구성으로서, 용탕(400r)의 종류 및 주입방식에 따라 다양한 구성이 가능하다. 용탕(200r)이 성형공간(100c)으로 수평방향으로 주입될 수 있도록 고정금형(120)에 수평으로 연결될 수 있다. 여기에서, 수평이라 함은 상하방향(도 6에서의 X축방향)과 실질적으로 직각을 이루는 방향(도 6에서의 Y축방향)을 의미하며, 상하방향(X축방향)과 직각을 이루는 방향(Y축방향)에 대하여 상하방향으로 약간 기울어진 것도 포함할 수 있다.
슬리브(200)에는 슬리브(200)의 외주면에서부터 용탕로(200rh) 내부를 관통하는 용탕주입홀(200h)이 형성되고, 용탕주입홀(200h)을 통해 가열로(400)의 용탕(400r)이 용탕로(200rh)로 공급될 수 있다.
유량계(510)는 가열로(400)와 용탕주입홀(200h)을 연결하는 용탕이동관(401)에 설치되어 용탕이동관(401)으로 이동하는 용탕의 양을 계측할 수 있다.
슬리브(200)는 성형공간(100c)과 연통되도록 배치되어 용탕(200r)이 성형공간(100c)의 내부로 주입되는 통로로서의 역할을 하는 것으로, 용탕(200r)의 주입이 원활하게 수행될 수 있는 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 슬리브(200)의 길이방향으로의 단면 및 폭방향으로의 단면은 원형, 사각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
플런저(300)는 슬리브(200)의 내부에 배치되고, 슬리브(200)의 길이방향을 따라 이동하면서, 슬리브(200)의 내부로 공급된 용탕(200r)을 성형공간(100c)을 향하는 방향으로 가압하여, 성형공간(100c)의 내부로 용탕(200r)을 주입하는 작동을 한다. 이러한 플런저(300)는 슬리브(200)의 내경과 대응되는 외경을 가지는 피스톤과 같이 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들면, 플런저(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 슬리브(200)의 내부에서 슬리브(200)의 내부로 공급된 용탕(200r)과 접촉하는 플런저팁(310)과, 플런저팁(310)과 연결되고 슬리브(200)의 길이방향으로 연장되며 선형의 구동력을 제공하는 구동장치와 연결되어 플런저팁(310)을 이동시키는 플런저로드(320)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 구동장치로는 유압 또는 공압에 의하여 작동되는 액추에이터, 리니어모터 또는 볼스크류장치 등과 같은 선형이동기구가 사용될 수 있다.
플런저팁(310)에는 용탕(200r)과 접촉되는 가압면(310p)이 형성된다. 가압면(310p)은, 용탕(200r)이 성형공간(100c)의 내부로 주입될 때, 용탕(200r)을 성형공간(100c)쪽으로 가압하는 부분이 된다. 이러한 가압면(310p)은 플런저팁(310)의 이동방향의 중심이 되는 축인 Y축에 대하여 경사지게 형성, 즉, 플런저팁(310)의 가압면(310p)은 수직축(X축)에 대하여 소정의 각도로 경사진 경사면으로 형성될 수도 있다. 따라서, 가압면(310p)이 수직면으로 형성되는 경우에 비하여 용탕(200r)과 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 가압면(310p)이 용탕(200r)과 접촉되는 면적을 증가시키는 것에 의해, 가압면(310p)에 의하여 가압되는 용탕의 양을 증가시킬 수 있으므로, 가압면(310p)에 의하여 가압되는 용탕의 출렁거림을 줄일 수 있다.
여기에서, 플런저(300)가 후방으로 후퇴한 상태에서, 슬리브(200)의 내부에 용탕(200r)이 공급된 경우, 슬리브 (200)의 내부의 하측에 용탕(200r)이 소정의 높이로 수용된다. 따라서, 플런저팁(310)이 이동하지 않고 가압면(310p)이 용탕(200r)을 가압하기 전에는 가압면(310p)의 하측에만 용탕(200r)이 접촉되고 상측에는 용탕(200r)이 접촉되지 않는 상태가 유지된다. 그리고, 플런저팁(310)이 이동함에 따라 가압면(310p)이 용탕(200r)을 가압하는 경우에는, 슬리브(200)의 용량로(200rh)의 내부에서 런너(201)와 플런저팁(310) 사이의 체적이 축소됨에 따라, 가압면(310p)에서 용탕(200r)이 접촉되는 부분의 면적이 하측으로부터 상측으로 점차 증가하게 된다. 이때, 용탕(200r)이 가압면(310p)을 따라 상승하면서 전방으로 굽어져 용탕(200r) 내에 공기가 갇히는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 현상을 방지하기 위하여, 플런저팁(310)의 가압면(310p)은 하측을 향하도록 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같이, 용탕(200r)과 접촉되는 플런저팁(310)의 가압면(310p)이 하측을 향하도록 경사지게 형성되므로, 플런저팁(310)의 가압면(310p)이 용탕(200r)을 가압할 때, 용탕(200r)의 출렁거림(난류발생)을 최소화하여, 용탕(200r)이 가압면(310p)을 따라 상승하면서 전방으로 굽어져 용탕(200r) 내에 공기가 갇히는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 용탕(200r) 내의 공기혼입 및 기포발생으로 인하여 성형품에 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다양한 실시예에서, 플런저팁(310)은 플런저로드(320)에 탈착이 가능하게 연결될 수 있고, 이와 같은 경우에는, 용탕(200r)의 성질에 따라 가압면(310p)의 경사각도가 서로 다른 복수의 플런저팁(310)을 교체하면서 사용할 수 있다.
도 7은 코어 핀 스토퍼를 포함하는 금형의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 금형(100)은 고정금형(120)에 설치된 코어 핀 스토퍼(130)를 포함할 수 있다. 코어 핀 스토퍼(130) 상에는 적어도 하나의 코어핀(131)이 설치될 수 있다. 먼저 고정금형(120)에 코어핀(131)이 설치된 코어 핀 스토퍼(130)가 삽입되면 성형공간(100c)을 통해 코어핀(131)의 일부가 외부로 노출될 수 있다.
코어핀(131)에는 온도계(530)가 설치될 수 있다. 다양한 실시예에서, 코어핀(131)과 온도계(530)는 일체로 형성될 수 있다. 코어핀(131)에 온도계(530)가 설치됨에 따라 별도의 온도계의 설치를 위한 금형 가공이 필요 없으므로 금형 가공비를 절감할 수 있고, 금형의 가공에 따른 금형의 구조적 악화로 인한 금형의 균열 문제를 방지할 수 있으며, 기존 금형에서도 코어핀(131)의 교환만으로 온도계를 쉽게 설치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 정보를 생성하는 방법의 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 정보를 생성하는 방법(S100)은 데이터 수집 및 전처리 단계(S110), 데이터 증강 단계(S120), 시계열 데이터 분석 단계(S130), 영상 데이터 분석 단계(S140), 통합 분석 단계(S150), 결함 검출 단계(S160) 및 공정 조건 조절 단계(S170)를 포함할 수 있다.
모니터링장치(30)는 금형의 복수 위치에 설치된 계측기(500)를 통해 온도, 압력, 유량 데이터를 실시간으로 수집할 수 있다. 또한, 모니터링장치(30)는 카메라 시스템으로부터 주조물의 외관에 대한 고해상도 촬영 영상을 실시간으로 수집할 수 있다. 모니터링장치(30)는 수집된 온도, 압력, 유량 데이터에서 이상치를 제거하고, 정규화하여, FFT(Fast Fourier Transform)를 통한 주기성을 분석하고, 이동평균을 통한 추세 데이터를 추출할 수 있고, 이미지 데이터에서 노이즈를 제거하고 이미지를 보정 및 해상도를 조정하여 회전, 이동, 크롭을 통해 데이터를 증강할 수 있다. 모니터링장치(30)는 GAN(Generative Adversarial Network)을 사용하여 부족한 결함 데이터를 증강할 수 있다. 또한, 모니터링장치(30)는 입력층은 시계열 데이터이고, 은닉층은 LSTM/GRU 층으로 구성되고, 출력층은 결함 여부 예측 층으로 구성된 LSTM(Long Short-Term Memory) 또는 GRU(Gated Recurrent Unit) 네트워크와 같은 시계열 데이터 분석 모델에 기초하여 온도, 압력, 유량 데이터를 분석할 수 있다.
또한, 모니터링장치(30)는 입력층은 이미지 데이터 층이고, 은닉층은 Convolutional 층, Max-Pooling 층, Fully Connected 층이고, 출력층은 결함 여부 예측 층으로 구성된 CNN(Convolutional Neural Network) 기반의 영상 데이터 분석 모델에 기초하여 이미지 데이터를 분석할 수 있다.
또한, 모니터링장치(30)는 통합된 은닉층으로써 LSTM/GRU 층과 CNN 층을 결합하고, 출력층으로써 결함 여부 및 위치 예측하는 시계열 데이터와 이미지 데이터를 결합한 다중 입력 딥러닝 모델에 기초하여 주조물의 결함을 최종적으로 검출할 수 있다.
또한, 모니터링장치(30)는 주조물의 결함 정보에 기초하여 결함이 발생한 복수의 주조물들 각각에서 결함의 위치 정보를 생성할 수 있다. 결함의 위치 정보에 기초하여 동일한 결함의 위치를 가진 주조물들의 개수가 기 설정 이상이면, 해당 위치의 결함에 대한 피드백을 위하여 온도, 압력, 유량의 조건을 변경하여 주조물을 다시 제조할 수 있다. 모니터링장치(30)는 조절된 공정 조건이 반영된 후 새로운 데이터를 수집하고, 다시 분석하여 최적의 공정 조건을 유지할 수 있다.
모니터링장치(30)는 실시간으로 수집되는 데이터를 학습된 모델에 입력하여 결함 여부를 판단할 수 있고, 시계열 데이터와 이미지 데이터 분석 결과를 통합하여 최종 결함 여부를 판단하고, 결함 위치 및 원인을 분석할 수 있으며, 공정 제어 시스템에 결함 검출 결과를 실시간으로 피드백하여 즉각적인 대응을 가능하게 한다.
다양한 실시예에서, 모니터링장치(30)는 공정 조건(예: 냉각 시간, 금형 압력 변화, 주입 속도 등)을 추가로 수집하여 분석 모델에 포함시킴으로써 결함 검출의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있고, 이상치 탐지 알고리즘을 추가하여 비정상적인 공정 상황을 실시간으로 감지하고 경고를 발생할 수 있다.
실시예는 온도, 압력, 유량 데이터와 이미지를 종합적으로 분석하여 주조물의 결함 검출의 정확도를 높이고, 공정 중 실시간으로 데이터를 분석하여 즉각적인 결함 검출 및 대응이 가능하게 하고, GAN을 이용한 데이터 증강으로 인해 소량의 결함 데이터만으로도 효과적인 학습이 가능하게 한다. 또한, 실시예는 실시간 피드백을 통해 공정 조건을 최적화하여 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 실시간 피드백과 조절을 통해 공정 조건을 최적화하여 불량률을 감소시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 9의 (a)는 고정금형에 설치된 유속조절기를 개략적으로 도시한 것이고, (b)는 (a)의 일부의 확대도이고, (c)는 유속조절홀의 입구에 돌출부가 형성되고 오링이 적용된 것을 도시한 것이며, (d)는 고정금형의 런너 측을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 금형(100)은 고정금형(120)에 설치되어 일부 영역이 런너(201) 상에 노출된 유속조절기(600)를 포함할 수 있다.
유속조절기(600)는 유속조절부(610), 자기변형부(620), 제1 자기장형성부(630), 밀폐자기변형부(640), 제2 자기장형성부(650)를 포함할 수 있다.
고정금형(120)에는 유속조절기(600)가 설치되고, 고정금형(120)에 형성된 유속조절홀(201h)을 통해 유속조절부(610)의 일부 영역이 노출될 수 있다. 유속조절홀(201h)은 런너(201)와 연통할 수 있다. 자기변형부(620)는 제1 자기장형성부(630)로부터 발생한 자기력에 의해 길이 방향으로의 길이가 신축될 수 있다. 유속조절부(610)는 자기변형부(620)와 접촉하고, 자기변형부(620)의 신장에 의해 유속조절부(610)는 일 방향으로 이동하여 유속조절홀(201h)을 통해 런너(201) 상으로 인출될 수 있고, 자기변형부(620)의 수축에 따라 유속조절부(610)는 타 방향으로 유속조절홀(201h)을 통해 고정금형(120) 측으로 이동할 수 있다. 유속조절부(610)의 이동에 따라서 런너(201)의 단면의 면적이 조절될 수 있다. 런너(201)의 단면적의 조절에 따라 금속 용탕의 분출 속도가 조절될 수 있다.
유속조절부(610)는 바(bar) 타입으로 구성될 수 있고, 유속조절홀(201h)을 통해 노출된 영역의 끝단에는 경사면이 형성될 수 있고, 경사면은 흐르는 금속 용탕과 마주하는 면이 될 수 있다. 자기변형부(620)는 바(bar) 타입으로 구성될 수 있다. 자기변형부(620)는 마그네토스트릭티브(magnetostrictive) 소재로 구성될 수 있다. 예시적으로 자기변형부(620)는 Terfenol-D(철-테르븀-디스프로슘 합금)이나 Galfenol (철-갈륨 합금) 소재로 구성될 수 있다. 제1 자기장형성부(630)는 전자기 코일을 포함할 수 있고, 자기변형부(620)에 자기장을 인가할 수 있다. 제1 자기장형성부(630)는 자기변형부(620)에 인접하여 위치하여 자기변형부(620)로 자기장을 인가할 수 있다. 제1 자기장형성부(630)의 전자기 코일은 자기변형부(620)를 둘러싸는 형태로 위치하여 자기변형부(620)의 길이 방향으로 자기변형부(620)에 자기장을 인가할 수 있다.
밀폐자기변형부(640)는 유속조절홀(201h) 상에 설치될 수 있다. 밀폐자기변형부(640)는 유속조절부(610)의 외주면과 유속조절홀(201h)의 내주면의 사이에 위치할 수 있다. 제2 자기장형성부(650)는 고정금형(120) 내부에 설치되고 밀폐자기변형부(640)를 둘러싸며 위치할 수 있다. 밀폐자기변형부(640)는 유속조절부(610)의 외주면을 둘러싸는 판형상으로 구성될 수 있다. 제2 자기장형성부(650)는 밀폐자기변형부(640)로 자기장을 인가할 수 있다. 제2 자기장형성부(650)는 밀폐자기변형부(640)의 단면 방향으로 인가되는 자기장을 제어하여 밀폐자기변형부(640)의 단면 방향으로 압축되거나 팽창되도록 할 수 있다.
제2 자기장형성부(650)로부터 발생하는 자기장에 의해 밀폐자기변형부(640)가 팽창하면 유속조절부(610)의 유속조절홀(201h) 상의 이격 공간이 제거되어 런너(201) 상에서 흐르는 용탕이 유속조절홀(201h)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
밀폐자기변형부(640)는 마그네토스트릭티브(magnetostrictive) 소재로 구성될 수 있다. 예시적으로 자기변형부(620)는 Terfenol-D(철-테르븀-디스프로슘 합금)이나 Galfenol (철-갈륨 합금) 소재로 구성될 수 있다.
자기변형부(620)와 밀폐자기변형부(640)는 고온의 내성을 강화하기 위하여 열처리되고 코팅이 적용될 수 있다.
도 9(c) 및 도 9(d)에서와 같이 유속조절홀(201h)의 진입 측 일 지점에는 유속조절부(610) 측으로 돌출된 돌출부(201a)가 형성될 수 있다. 돌출부(201a)의 끝단은 유속조절부(610)의 외주면에 접촉할 수 있다. 즉, 돌출부(201a)는 런너(201) 측에 인접하여 위치하고, 돌출부(201a)가 형성된 지점의 유속조절홀(201h)의 직경은 돌출부(201a)가 형성되지 않은 유속조절홀(201h)의 직경보다 작게 구성된다. 또한, 돌출부(201a)에는 내측에 경사면이 형성되고, 경사면에 접촉하고, 유속조절부(610)를 둘러싼 오링(660)이 적용될 수 있다. 그리고, 돌출부(201a)와 밀폐자기변형부(640) 사이에는 오링(660)이 위치할 수 있다. 돌출부(201a)는 용탕과 밀폐자기변형부(640)의 직접적인 접촉을 차단할 수 있다. 따라서, 밀폐자기변형부(640)가 용탕의 고온에 의해 피로도가 누적되어 내성이 감쇠하는 것을 방지하여 소재의 성능을 유지할 수 있다.
다양한 실시예에서, 고정금형(120)에는 유속조절기(600)를 둘러싸며 위치한 냉각기가 더 설치될 수 있다. 냉각기는 유속조절기(600)를 냉각시켜 고온 환경에서 마그네토스트릭티브 소재의 성능을 유지시킬 수 있다.
제어장치(20)는 금형(100) 내의 유속조절기(600)에 포함된 제1 자기장형성부(630)와 제2 자기장형성부(650)에 전류를 인가하여, 각각 자기변형부(620)와 밀폐자기변형부(640)에 자기장을 생성할 수 있다. 이를 통해 자기변형부와 밀폐자기변형부의 변형을 유도하고, 이를 통해 유속조절부(610)의 위치와 런너(201)의 단면적을 조절하여 금속 용탕의 분출 속도를 제어하면서, 유속조절홀(201h)을 통해 용탕의 유입을 방지할 수 있다.
제어장치(20)는 금형(100)과 유속조절기(600)를 초기 설정할 수 있다. 제어장치(20)는 입력된 초기 위치 설정 정보에 기초하여 유속조절부(610)의 초기 위치를 설정할 수 있다. 런너(201)에 설치된 유속 및 유압계(520)가 런너(201)를 통해 흐르는 금속 용탕의 유속 및 유압을 실시간으로 측정하여 제어장치(20)에 데이터를 전달할 수 있다. 제어장치(20)는 센서 데이터를 분석하여 제1 자기장형성부(630)의 전자기 코일에 전류를 조절하여 자기변형부(620)의 길이를 신장 또는 수축시킬 수 있다. 자기변형부(620)가 신장하면 유속조절부(610)가 유속조절홀(201h)을 통해 런너(201) 상으로 이동하여 런너(201)의 단면적을 줄이고, 수축하면 유속조절부(610)가 고정금형(120) 쪽으로 이동하여 런너(201)의 단면적을 늘릴 수 있다. 제어장치(20)는 유속조절부(610)와 유속조절홀(201h) 사이의 이격 공간을 밀폐하기 위해 제2 자기장형성부(650)의 전자기 코일에 흐르는 전류를 조절할 수 있다. 제어장치(20)는 유속조절부(610)의 위치가 이동할 때는 제2 자기장형성부(650)를 제어하여 밀폐자기변형부(640)를 수축시켜 유속조절부(610)의 이동이 원활하도록 하고, 유속조절부(610)의 이동이 중지되면, 제2 자기장형성부(650)를 제어하여 밀폐자기변형부(640)를 팽창시킬 수 있다. 밀폐자기변형부(640)가 팽창하면 유속조절부(610)의 외주면과 유속조절홀(201h) 사이의 이격 공간이 제거되어 금속 용탕이 유속조절홀(201h)로 유입되는 것을 방지될 수 있다. 제어장치(20)는 유속 및 유압계(520)로부터 유속과 유압 데이터를 수집하고, 센서 데이터를 분석하여 런너의 최적 단면적을 계산할 수 있다. 모니터링장치(30)는 유속조절부(610)의 위치와 런너(201)의 단면적 변화를 실시간으로 모니터링하고, 필요한 경우 추가적으로 런너(201)의 단면적의 변화를 조절할 수 있다. 이와 같은 제어 과정을 통해 제어장치(20)는 유속조절기(600)의 유속조절부(610)와 밀폐자기변형부(640)를 정확하게 제어하여 런너(201)의 단면적과 금속 용탕의 분출 속도를 최적화합니다.
실시예는 자기변형부(620)와 밀폐자기변형부(640)에 자기장을 인가하여 신축 및 팽창과 수축을 유도하여 종래의 나사부재 회전 방식 대신 자기장을 통한 빠르고 정확한 조절 가능하게 한다. 또한, 제어장치(20)가 제1 및 제2 자기장형성부를 통해 자기변형부와 밀폐자기변형부의 변형을 정밀하게 제어 가능하여 실시간 센서 피드백을 통해 런너의 단면적과 분출 속도를 지속적으로 최적화가 가능하다. 또한, 밀폐자기변형부(640)가 유속조절부(610)와 유속조절홀(201h) 사이의 이격 공간을 밀폐하여 용탕이 유입되는 것을 방지하고, 밀폐자기변형부(640)가 고온 용탕과의 접촉을 차단하고 밀폐 성능을 향상시킨다. 또한, 고정금형(120)에 설치된 상태에서 자기장을 통해 유속조절부(610)를 신속하게 조절 가능하여 종래의 나사부재를 이용한 기계적 조정과 달리, 마그네토스트릭티브 소재의 변형을 이용하여 유지보수 및 조정이 용이하다. 또한, 고온 환경에서 냉각기가 유속조절기(600)를 냉각시켜 고온 환경에서도 안정적으로 작동이 가능하도록 한다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위하여 하나 이상의 소프트웨어 모듈로 변경될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
또한 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
Claims (6)
- 고정 금형 및 가동 금형을 포함한 금형과 런너를 포함하는 다이캐스팅 장치;
다이캐스팅 장치의 주조 공정을 제어하고 모니터링하는 제어장치;
주조 공정의 데이터를 수집하고 분석하는 모니터링장치; 및
모니터링 데이터를 실시간으로 표시하고 원격 제어가 가능한 단말기를 포함하고,
상기 제어장치는 주조 공정의 온도, 압력, 주입 속도의 변수를 실시간으로 조절하며,
상기 모니터링장치는 주조 공정 중 발생하는 데이터를 수집하고 분석하여 품질 피드백을 제공하고,
상기 금형에는 상기 런너의 단면적의 조절에 따라 상기 런너 상에 흐르는 용탕의 유속과 유압을 센싱하는 유속 및 유압계가 설치되고,
상기 고정 금형에 형성된 유속조절홀을 통해 일부 영역이 노출되어 자기장의 제어에 따라 상기 용탕의 유속을 조절하는 유속조절기가 설치되고,
상기 유속조절기는 유속조절부, 자기변형부, 상기 자기변형부를 둘러싸며 상기 자기변형부로 자기장을 인가하여 상기 자기변형부의 길이를 신장 또는 수축시키는 제1 자기장형성부, 상기 유속조절홀의 내주면과 상기 유속조절기의 외주면 사이에 위치하고 상기 유속조절부를 둘러싸는 판형상의 밀폐자기변형부, 상기 밀폐자기변형부로 자기장을 인가하여 상기 유속조절홀과 상기 유속조절부 사이의 이격 공간을 밀폐하는 제2 자기장형성부를 포함하고,
상기 자기변형부의 길이의 신장 또는 수축에 따라 상기 유속조절부는 상기 유속조절홀을 통해 이동하여 상기 런너의 단면적을 축소 또는 확장하고,
상기 제어장치는 상기 유속조절부의 이동 시 상기 제2 자기장형성부를 제어하여 상기 밀폐자기변형부를 수축시키고, 상기 유속조절부의 이동이 중지되면 상기 상기 제2 자기장형성부를 제어하여 상기 밀폐자기변형부를 팽창시키는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 모니터링장치는 주조 공정 중 수집된 온도, 압력, 유량 데이터를 실시간으로 분석하고, 결함을 검출하여 품질 피드백을 제공하는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 모니터링장치는 주조물의 결함 정보를 기반으로 결함 위치와 유형을 분석하고, 동일한 결함이 반복적으로 발생하는 경우 주조 조건을 조절하는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 다이캐스팅 장치에는 적어도 하나의 온도계 및 적어도 하나의 압력계, 유량계가 설치되고,
상기 제어장치는 상기 온도계, 상기 압력계, 상기 유량계의 센싱 정보에 기초하여 주조 공정의 온도, 압력, 주입 속도 등의 변수를 실시간으로 조절하는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 유속조절기를 제어하여, 상기 런너의 단면적을 실시간으로 조절하고, 상기 유속 및 유압 센서를 통해 수집된 데이터를 기반으로 설정된 상기 런너를 통해 흐르는 용탕의 유속을 유지하는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 제2 자기장형성부는
상기 밀폐자기변형부에 자기장을 인가하여 상기 밀폐자기변형부를 단면 방향으로 압축하거나 팽창시키는
다이캐스팅 공정 주조 조건별 품질 피드백 및 모니터링을 위한 시스템.
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