보고서 정보
주관연구기관 |
한국생산기술연구원 Korea Institute of Industrial Technology |
연구책임자 |
박재우
|
참여연구자 |
김세웅
,
이상우
,
권기원
,
황선기
,
손갑주
,
장동영
,
김천호
,
최병호
,
이종근
,
정상균
,
정상호
,
황용하
,
신창호
|
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 1994-12 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국생산기술연구원 Korea Institute of Industrial Technology |
등록번호 |
TRKO200200058486 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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초록
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Ⅰ. 제목 Diode 용 Glass Tube 제조공정 자동화 및 결속재료 개발Ⅱ. 연구개발의 목적 및 중요성 - 공장 자동화 및 신소재 개발로 제조업 경쟁력 강화가 절대적으로 필요하다. - 본 과제의 수행은 관련 업계의 경쟁력 향상과 근로 환경 개선 및 환경 보호에 크게 기여할 것이다. - 연구 수행과정에서 긴밀한 산학연 협동이 이루어질 수 있다.Ⅲ. 연구개발 결과 본 연구는 주 과제는 diode glass tube 생산공정 중 외경측정 공정의 자동화 및 결속공정의 개선이다. 1. 대체 결속재료 개발 현재 diode
Ⅰ. 제목 Diode 용 Glass Tube 제조공정 자동화 및 결속재료 개발Ⅱ. 연구개발의 목적 및 중요성 - 공장 자동화 및 신소재 개발로 제조업 경쟁력 강화가 절대적으로 필요하다. - 본 과제의 수행은 관련 업계의 경쟁력 향상과 근로 환경 개선 및 환경 보호에 크게 기여할 것이다. - 연구 수행과정에서 긴밀한 산학연 협동이 이루어질 수 있다.Ⅲ. 연구개발 결과 본 연구는 주 과제는 diode glass tube 생산공정 중 외경측정 공정의 자동화 및 결속공정의 개선이다. 1. 대체 결속재료 개발 현재 diode 용 glass tube를 결속하는데 사용되고 있는 송진을 대체하기 위한 새로운 재료를 개발하는데 목적이 있다. 우선 기존 결속공정의 문제점을 도출하고 결속재료인 송진의 특성을 분석하여 보았다. 그 결과로 부터 수용성 고분자 물질인 PVA 수용액을 대체 재료로 선택하였다. PVA 수용액은 송진과 비교할 때 다음과 같은 장점을 가지고 있다. 첫째로 충진작업이 상온 혹은 필요에 따라서 60℃ 정도의 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 둘째, 충진작업 동안 증발되는 것은 무취, 무해한 수증기이며, 세척 시에도 물을 사용하므로 작업 환경이 크게 개선될 수 있다. 세째로 세척 후 회수된 용액은 재 사용이 가능하므로 환경오염 문제가 완전히 해결될 뿐 아니라 경제적인 측면에서도 유리하다. 이러한 장점을 가진 PVA 수용액은 건조 후 유리관을 결속하는 능력도 충분히 가지고 있는 것으로 확인되었다. 그리고 PVA의 중합에 대한 연구를 통하여 결속재료로 적합한 PVA의 개질도 가능하다는 것을 확인하였다. 그 외에 본 연구에서는 또다른 대체재료로서 에폭시 수지의 성질을 조사해 본 결과, 충진작업이 PVA 수용액과 마찬가지로 상온에서 이루어질 수 있으며 유리관의 결속력도 충분하나, 세척시 유기용매를 사용해야 하는 단점이 있음을 확인하였다. 2. 외경측정 공정의 자동화 Diode 용 glass tube(유리관) 제조공정 중 하나인 1차 절단된 유리관을 외경측정 시스템의 컨베이어 벨트에 자동으로 공급해주며 아울러 균일하게 배열하는 feeder 시스템을 개발하였다. 유리관은 외경이 매우 작고 길이가 비교적 길기 때문에 취급시 파손되기 쉽고 잘 휘어진다. 따라서 유리관으 이송 특성을 이해하기 위해 몇 가지의 시작품을 제작하고, 여러 종류의 파라미터를 변화시켜 실험을 수행하였다. 그 결과 유리관을 용기로부터 안정적으로 분리하고, 유리관을 촘촘하고 균일하게 배열할 수 있는 시스템을 개발할 수 있었다. 이 시스템에는 유리관을 용기로부터 적절한 양만큼 분리하는 feeding 실린더, 유리관의 잼 현상을 방지하는 캠축과 유리봉의 운동량을 줄여 안정적으로 배열시켜 주는 감속장치 등이 포함되어 있다. 유리관을 컨베이어로 균일하게 이송하여도 feeding 실린더의 유리관 이송속도와 컨베이어의 이송속도 차이 때문에 유리관이 컨베이어에 쌓이는 문제가 발생한다. 이와함께 컨베이어의 하류에 설치된 유리관 외경측정 시스템이 컨베이어를 정지시킬 때 유리관의 이송이 중단되어야 하므로, 본 feeding 시스템은 반드시 피드백 제어를 필요로 한다. Feeder의 구동모터 제어에는 PLC를 사용하였고, 투명하고 여자성이 없는 유리관을 효과적으로 검출하기 위해 정전용량식 근접스위치를 이용하였다. 본 과제에서 개발한 유리관 자동 feeding 시스템을 실제 생산라인에 설치 가동해본 결과, 생산성 향상, 인건비 절감 및 품질의 규격화에 기여할 수 있었다. 즉 측정 유리관의 공급 횟수를 현저히 줄이고 외형검사를 위한 준비작업(유리관의 정돈 배열) 자체를 완전히 없앰으로써 작업 인원수를 크게 줄일 수 있었으며 따라서 생산성 향상과 인건비 절감을 이룩하였다.
Abstract
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Ⅰ. Title Development of Automatic Manufacturing System and Binding Material for Diode Glass TubeⅡ. Objectives and Significances - The competitive power of small-to-medium-sized manufacturing companies must be increased through automations and developments of new materials. - The results of this r
Ⅰ. Title Development of Automatic Manufacturing System and Binding Material for Diode Glass TubeⅡ. Objectives and Significances - The competitive power of small-to-medium-sized manufacturing companies must be increased through automations and developments of new materials. - The results of this research will contribute to the raise of the productivity, better working surroundings and the protection of environment. - The industrial-educational-institutional cooperation can establish the intimate relationship during performing the research.Ⅲ. Results The main topics of this study are the automation of outer-diameter measuring process and the improvement of binding process for diode glass tube. 1. Development of Binding Substitute This study has been carried out to develop a substitute material for the rosin that is being used for binding the glass tubes. Although the rosin has been used for binding glass tubes because it is very cheap, there are many problems in processing. First of all, the rosin should be melted by heating up to 150℃ in order to be filled between glass tubes. This makes the workers more difficult doing their job. Second, above the melt temperature, rosin is evaporated, and the organic solvent for cleaning the glass tubes after cutting is also evaporated even at room temperature. Therefore, the job circumstances are extremely inferior because of the bad smell from the evaporated gases. This also is not good for the workers' health. Third, the solvent after cleaning has to be disposed, but this may cause problems of environmental pollution. Finally, it takes so long time for filling the melted rosin and solidifying. In order to develop a binding material which can be filled at lower temperature and cleaned by a solvent without a bad smell, polyvinyl alcohol(PVA) aqueous solutions and the solution mixed 10 wt% TiO₂ were made. The PVA solution has various concentrations(5, 10, 15, 20%) for two different degree of polymerization(500, 1500). For the PVA solution and the mixed solution, the viscosity was quantitatively measured. Also, as another binding material, an epoxy resin of low viscosity and a liquid curing agent with small amount of accelerator was selected and its cure behavior was examined. And conditions for polymerization of PVA were predicted in this study. (1) For various concentrations of PVA aqueous solutions and the solutions mixed with 10 wt% TiO₂, the viscosity, which is an important parameter for processing, was decreased with increasing temperature in a similar fashion. Amount of the decrease in viscosity by the increment of temperature from 30℃ to 60℃ was greater for more viscous solution system such as 20% PVA solution filled with TiO₂. This result means that viscosity can easily be lowered by simply increasing temperature to a desired level when we apply to the processing although the viscosity at room temperature is very high. (2) The activation energy for all samples tested in this study was 20-30KJ/mole. This value corresponds to the lowest of the activation energies for polymer melts. (3) The binding capability of the PVA solution and the mixed solution to a bundle of glass tubes was examined. As a result, the glass tubes were tightly bound after drying for 40 min for all samples. (4) From the cure behavior of the epoxy resin system in this study, $T_g$ can raise up to above room temperature within 100 min, meaning the material can act as a binder, when cure temperatures of 75-105℃ and accelerator of 3 phr are used. (5) As a result of emulsion polymerization of VAc at 50℃ and 60℃ under various conditions, PVA of 14,000-15,000 in number-average degree of polymerization(DP) was obtained at 50℃ and SDS 0.65 X $10^{-2}$g/$L_{H2O}$ znd KPS 5.1 X $10^{-4}$ mol/$L_{H2O}$. And PVA of 3,600 in number-average DP was synthesized by saponification of the PVA from emulsion polymerization, Degree of branching(DB) of the synthesized PVA increased with increasing conversion, and the DB was relatively lowered for reaction temperature of 50℃ than that of 60℃. The degree of branching in this study was 3-3.5. From the experimental results, the PVA aqueous solution has the following advantages in comparison with the rosin. (1) The filling step could be performed at room temperature or 60℃ for convenience. (2) There were no bad smell or harmful gases evolved during filling as well as cleaning. This means that much fresh working environment can be achieved. (3) The cleaned solution could be reused for next binding. Therefore, the problems of environmental pollution are able to be resolved. This PVA aqueous solution had also a capability of binding the glass tubes and this was assured from experiment. The study for polymerization of PVA showed that PVA can be modified to be better binding materials. In addition, an epoxy resin as a binding material was examined. The epoxy resin also could be filled at room temperature like the PVA solution and had enough a binding ability, but organic solvents should be used for cleaning. 2. Development of Automatic Feeding System A glass tube feeder, which automatically feeds glass tubes uniformly on the conveyor belt in the outer-diameter measuring system and its control system have been developed successfully. The glass tubes are so fragile and brittle that it should be careful to handle them. In order to understand the feeding characteristics of the glass tubes, several proposed prototypes of glass tube feeder were tested to some parameters. As a result, we finally found an optimal feeding system, which separated the glass tubes from container stably, and maintained uniform feed of the glass tubes. In this optimal system, a bladed feeding cylinder was employed to separate glass tubes from the container, and a cam shaft was installed to avoid the jam of the glass tubes at the container exit. In addition, decelerating system was added for the momentum decrease of glass tubes in the downstream of the feeding cylinder. The difference between feeding capabilities of the feeding cylinder and the conveyor belt results in accumulation of the glass tubes on the conveyor belt just upstream of the decelerating system. The feeding cylinder should be stopped, whenever the downstream outer-diameter measuring system stops the conveyor beyond its measuring capacity. In order to resolve these problems, a feedback control system should be employed. In this work, a programmable logic controller was used in the control of the driving motor which rotated the feeding cylinder, and capacitive proximity switches were adopted in sensing the transparent and non-inductive glass tubes. It is proved that developed automatic glass tube feeder and its control system save labor, and enhances quality of product in the manufacturing process.
목차 Contents
- 제 1 장 서 론...25
- 제 1 절 연구개발의 배경...27
- 제 2 절 연구개발의 필요성...28
- 제 3 절 연구개발의 목표...30
- 제 4 절 보고서 구성...30
- 제 2 장 대체 결속재료 개발...31
- 제 1 절 서 론...33
- 제 2 절 이론적 배경...34
- 2-1. PVA...34
- 2-2. 에폭시 수지...42
- 2-3. PVA 합성...46
- 제 3 절 시료 및 실험...47
- 3-1. 시료...47
- 3-2. 점도...50
- 3-3. Torsion tester...50
- 3-4. 결속력 측정...52
- 3-5. 시차 열 주사 분석...52
- 3-6. PVA 합성...52
- 제 4 절 결과 및 고찰...60
- 4-1. PVA 용액의 점도...60
- 4-2. 에폭시 수지의 경화거동...74
- 4-3. PVA 합성...85
- 참고 문헌...101
- 제 3 장 Diode 용 Glass Tube 제조공정의 자동화...103
- 제 1 절 서 론...105
- 제 2 절 Glass Tube Feeder의 제작...106
- 2-1. 시작품 제작 및 평가...106
- 2-2. 시작품-3 보완 설계...116
- 2-3. 최종 설계...150
- 제 3 절 공정의 자동제어...155
- 3-1. PLC...167
- 3-2. 센서...173
- 3-3. Feeder 구동 모터...190
- 3-4. Feeder의 제어 시스템...192
- 제 4 절 최종 설계 Feeder의 성능시험 및 평가...197
- 제 4 장 결 론...203
- 부 록...209
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