KR20230057433A - 컴퓨터 비전 지원 폼 보드 처리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20230057433A
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foam
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sensor
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다니엘 요시우스
데이비드 노르베르그
션 오쿠아나이
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스테판 컴파니
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Abstract

폼 보드 시스템을 제조하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 일부 예에서, 시스템은 기재 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터를 포함한다. 하나 이상의 센서가 상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된다. 제어 회로가 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하고, 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 소정의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 소정의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 상기 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하도록 구성된다.

Description

컴퓨터 비전 지원 폼 보드 처리를 위한 시스템 및 방법
본 출원은 2021년 8월 28일에 출원된 "컴퓨터 비전 지원 폼 보드 처리를 위한 시스템 및 방법"이라는 제목의 미국 가특허 출원 번호 제63/071,999호의 일반 특허 출원이며, 그 전체 내용이 참조로 본원에 합체된다.
본 기술은 제조된 보드의 하나 이상의 특성을 모니터링 및/또는 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
폴리우레탄 및 폴리이소시아누레이트 폼은 우수한 기계적 성질, 화재 성능 및 절연 값으로 인해 건설 업계에서 다른 보드보다 제조된 폼 보드 생산에 통상적으로 사용된다. 이러한 고성능 특성은 제조 공정 중에 생성되는 보드 내의 미세한 셀 구조에 기인한다.
폼 단열 패널 제조 비용을 줄이기 위한 것과 같은 일부 제조 기술은 제조 공정 및/또는 완제품에서 외관 및/또는 무결성 저하와 같은 문제를 초래했다. 폼 보드의 결함을 식별하는 기존 방법은 수동 방식이고 노동 집약적이며, 최적의 처리 조건에 대한 많은 지표가 주관적으로 결정되어 조작자 오류가 발생할 수 있다. 이러한 방법은 또한 보드의 소수의 측정 위치로 제한된다. 그 결과 보드의 외관 및/또는 무결성에 대한 완전한 평가를 제공하지 못하는 느리고 자원 집약적인 프로세스가 생겨난다.
현재 기술의 결함에 기초하여, 제조된 보드의 특성을 모니터링, 결정 및/또는 제어하기 위한 보다 효율적이고 보다 완전한 방법 및 장치가 요망된다.
일 양태에서, 본 개시는 폼 보드를 제조하기 위한 시스템을 제공한다. 일부 예에서, 시스템은 기재(substrate) 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터를 포함한다. 하나 이상의 센서가 상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된다. 제어 회로가 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성(threshold characteristics)과 비교하고, 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 상기 어플리케이터의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하도록 구성된다.
추가 양태에서, 본 개시는 폼 보드를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 기재에 도포된 하나 이상의 유체의 분포에 대응하는 하나 이상의 특성을 센서에 의해 측정하는 단계, 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 특성에 대응하는 데이터를 수신하는 단계, 상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하는 단계, 상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성에 대응하는 하나 이상의 동작 파라미터를 식별하는 단계, 및 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 양태에 따라 폼 보드를 제조하기 위한 예시적인 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 양태에 따라 폼 보드를 제조하기 위한 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 3은 본 개시의 양태에 따라, 제조 공정 동안의 폼 스트림 및 기재의 예시적인 상세도를 도시한다.
도 4는 본 개시의 양태에 따라 폼 보드를 제조하기 위한 시스템을 위한 예시적인 제어 회로의 블록도이다.
도 5는 본 개시의 양태에 따라 폼 보드를 제조하기 위한 시스템을 동작하는 예시적인 방법을 도시한다.
도면이 반드시 비례적인 것은 아니다. 적절한 경우, 유사하거나 동일한 참조 부호가 유사하거나 동일한 구성요소를 나타내는 데에 사용된다.
본 기술은 제조된 보드(예를 들어, 단열 보드, 구속 상승 폼 보드(restrained rise foam board), 자유 상승 폼 보드(free rise foam board), 번스톡(bunstock), 압출 플라스틱 보드 등)의 하나 이상의 특성을 모니터링 및/또는 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 폼 보드 및/또는 폼 보드의 하나 이상의 구성 부품의 하나 이상의 특성을 측정하기 위해 하나 이상의 센서(예를 들어, 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템 등)가 배치될 수 있다. 측정치가 제어 회로 및/또는 프로세서에 제공되고, 여기서 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교한다.
비교에 기초하여, 제어 회로는 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하거나 그렇지 않으면 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 폼 보드를 제조하기 위한 시스템은 하나 이상의 투입물(예를 들어, 유체, 화학 물질, 가스, 고체 또는 기타 재료)을 반송 시스템(예를 들어, 컨베이어 벨트 등)을 통해 전진하는 기재 또는 페이서(facer) 위로 분배하는 어플리케이터를 포함할 수 있다. 시스템은, 비교의 결과에 응답하여, 이러한 입력(예: 체적, 속도, 조성, 위치, 각도 등)의 분포와 반송 시스템의 동작 파라미터(예: 속도, 적용된 열의 양/위치, 적용된 투입물의 반송 방향 및/또는 위치에 대한 기재 또는 페이서의 배향, 등)를 조정할 수 있다.
일부 예에서, 측정된 특성은 이러한 특성과 관련된 하나 이상의 임계값(예: 저장된 값, 계산된 값 등)과 비교된다. 측정된 특성 값이 관련 임계값(예: 단일 값, 값 범위)을 벗어나는 경우, 제어 회로는 어플리케이터, 반송 시스템 및/또는 제조 시스템의 다른 구성 요소를 제어하여 하나 이상의 동작 파라미터(예: 입력 또는 기타 동작 파라미터와 관련됨)를 조정하여 문제를 수정하거나 완화하여 제조된 보드(예: 폼 단열 보드)의 무결성이 유지되도록 할 수 있다.
제조 공정 중에, 폼 제조를 위한 투입물의 불균일한 적용 및/또는 분배는 제조된 보드의 무결성을 손상시켜, 단열 성능 저하, 물 축적 문제, 멤브레인 접착 실패, 치수 안정성 문제, 화재 성능 감소, 압축 강도 감소 문제를 갖는 완제품을 초래할 수 있다. 문제가 있는지 결정하는 종래의 방법은 완성된 보드의 제한된 부분을 육안으로 검사하는 것에 제한될 수 있다. 예를 들어, 상당한 훈련을 받은 조작자가 적용된 유체/화학 물질이 보이는 방식과 완성된 보드의 모양을 관찰한다. 그런 다음 조작자는 예를 들어 폼 헤드를 수동으로 조정하여, 생산을 최적화하기 위한 "최선의 추측" 노력으로 스트림 위치 또는 기타 처리 파라미터를 변경한다.
그러한 제한된 시각적 관찰의 결과는 전체 보드, 경우에 따라서는 테스트된 샘플 보드로 대표되는 보드 로트의 무결성을 결정하는 데 사용된다. 이러한 수동 프로세스는 시간과 리소스 집약적인 프로세스이고, 결과는 전체 보드 또는 보드 로트의 무결성을 대표하지 않는다. 더욱이, 이러한 테스트는 적어도, 보드가 완성된 후에 수행된다는 사실로 인해, 테스트는 문제를 일으킨 특정 입력 및/또는 문제를 수정하기 위해 해당 입력을 조정하는 방법을 식별하지 못할 수 있다. 그 결과 비용과 품질이 조작자의 주의와 판단에 크게 의존하는 제조된 보드가 생성된다.
대조적으로, 개시된 제조 시스템은 하나 이상의 제조 단계에서 비디오 캡처, 레이저 스캐너, 적외선(IR) 스캐너 및/또는 열 스캐너와 같은 센서를 채용하여 유체 적용 및/또는 완성된 보드의 특성을 실시간으로 측정한다. 측정값은 제어 회로에 제공되어 문제가 있는지 여부를 결정하고 그 결정에 따라 보드 제조 중에 하나 이상의 동작 파라미터를 조정한다. 따라서, 본 시스템은 센서 피드백과 하나 이상의 제어 알고리즘의 채용을 기반으로 동작 파라미터를 자동으로 조정하도록 구성되어 보다 일관된 동작, 더 낮은 재료 및 동작 비용 및/또는 향상된 제품 품질을 제공한다.
제조된 폼 보드(예: 폴리이소시아누레이트 단열 보드)의 품질 및 비용은 컨베이어 시스템 상에서 전진하는 기재 또는 페이서의 폭 또는 범위를 따라 균일하게 유체(예: 하나 이상의 액체 화학 물질)를 분배하는 제조 시스템의 능력과 밀접한 관련이 있다. 특히, 불균일한 분배는 더 많은 원재료를 필요로 하고(원가 증가) 성능 저하로 이어진다. 예를 들어, 불균일한 폼 분포는 팽창하는 폼으로 보드를 완전히 채우기 위해 더 많은 원료를 필요로 하게 된다.
본 개시된 시스템 및 방법은 제조 공정의 제1 단계에서 레이저, 컴퓨터 비전, 광학 이미징 시스템 및/또는 열 이미징과 같은 센서(들)를 채용하여 유체의 분배에 대한 정확하고 응답적인 제어를 제공한다. 예에서, 센서(예: 광학 이미징 시스템)는 기재에 적용된 대로의 유체의 품질 및/또는 건조된 최종 보드 외관과 관련된 특성을 검출한다. 비제한적 예의 목록에서, 제1 단계(예를 들어, 폼 적용) 동안 모니터링되는 특성은 유체 스트림 위치, 퇴적된 유체의 체적, 스트림의 폭, 체적 증가율, 온도, 기포의 존재/크기/성장 속도, 색상, 폼의 축적(build-up) 또는 축적 속도, 및/또는 기재/페이서의 파손을 포함하거나 이와 관련될 수 있다. 제조 공정의 후반 단계(예: 고형 폼 보드, 경화/완성된 보드)에서, 니트 라인(knit line), 페이서 내 오버팩(over-pack), 페이서 내 언더필, 공극, 주름, 및/또는 뒤틀림과 같은 추가 또는 대체 특성을 모니터링할 수 있다.
광학 이미징 시스템과 같은 하나 이상의 센서를 통해 수신된 특성 데이터에 기초하여, 제어 회로는 하나 이상의 동작 파라미터를 조정해야 하는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 유체 어플리케이터는 기재 상의 스트림의 각도 또는 위치, 유체 유량, 유체 적용 압력, 유체 온도, 조성물 제형(예를 들어, 몰 등), 구성 질량 수지(mass balance) 등을 변경하도록 조정될 수 있다. 또한, 컨베이어 또는 라미네이터 속도, 라인 속도, 라미네이터 온도, 높이 등과 같은 관련 시스템의 동작 파라미터가 조정될 수 있다.
일부 예에서, 유체/투입물 및 완성된 보드/출력물의 특성을 모니터링하기 위해 하나 이상의 센서가 배치된다. 예를 들어, 폼이 반송 시스템을 통해 전진함에 따라 분배되는 기재의 영역을 모니터링하기 위해 (광학 비전 시스템과 같은) 제1 센서가 배치된다. 제조 공정의 후반 단계에서 예컨대 고형 폼을 검사하기 위해, 또는 일부 예에서, 결함(예: 페이서의 니트 라인, 주름, 뒤틀림, 폼 오버팩, 폼 언더필, 공극, 편평도, 블로우 홀, 열 이미징 프로파일, 휨/커핑(bowing/cupping), 블리스터(blister), 페이서 결함, 페이서 오정렬, 과도한 폼, 두께 등)을 식별하기 위해 제2 센서가 배치된다.
센서 데이터를 사전 결정된 값과 비교하고, 차이를 식별하며, 이에 따라 동작 파라미터를 조정하기 위해 알고리즘이 채용될 수 있다. 일부 예에서, 알고리즘은 다양한 시스템 구성요소에 대한 제어 값을 제공하기 위해 머신 러닝 또는 기타 인공 지능(AI)을 채용할 수 있는 피드백 루프를 포함한다.
일부 예에서, 제2 단계(예: 고형 폼 보드)에서 데이터를 수집하여 완성된 보드의 피크 및 밸리(예: 표면으로부터의 Z축 편차)에 의해 정해지는 영역을 식별하기 위해 편평도 및/또는 경도(예: 기계적 성질, 밀도 등) 시험기가 채용된다. 피크의 높이와 밸리의 깊이를 하나 이상의 임계값과 비교하여 추가 테스트가 필요한 테스트 위치로서의 영역을 결정한다. 일부 예에서, 비교 결과는 본원에 개시된 바와 같이 유체 스트림의 적용과 같은 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 데 사용될 수 있다. 추가 테스트는 치수(예: 두께), 기계적 성질(예: 압축 강도 등) 및 영역에서의 보드의 밀도 중 하나 이상을 결정하는 것을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 테스트는 보드 표면을 가로지를 수 있는(예: Z축에 수직인 X-Y 평면을 가로질러) 전동 캐리지에 고정된 다방향 전동 테스트 장치로 수행할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 압축 강도는 폼 보드의 Y축에 걸쳐 테스트될 수 있고, 이는 하나 이상의 파라미터(예: 어플리케이터의 위치 또는 배향)의 조정을 위해 고려될 수 있다.
일부 예에서, 제조 공정의 제1 단계로부터의 센서 측정치는 제조 공정 파라미터에 대한 조정을 결정하기 위해 제조 공정의 제2 단계로부터의 센서 측정치의 관점에서 분석 및/또는 비교될 수 있다. 예를 들어, 제1 단계로부터의 센서 측정(예를 들어, 제2 페이서/기재의 적용 전 유체 스트림의 스캔)은 특정 제1 파라미터에 대한 조정(예를 들어, 어플리케이터의 위치/배향의 조정)을 발동시킬 수 있다. 제2 단계로부터의 센서 측정(예를 들어, 완성된 보드의 스캔 및/또는 평탄도 또는 경도 테스트)은 다른 특정 제2 파라미터의 조정(예를 들어, 유체 유량의 조정) 및/또는 제1 파라미터에 대한 조정을 발동시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, (예를 들어, 하나 이상의 알고리즘을 통해) 제어 회로는 제1 및 제2 단계로부터의 측정치를 함께 고려하도록 구성된다. 이러한 경우, 제1 및 제2 파라미터뿐만 아니라 제3 파라미터(예를 들어, 반송 속도의 조정)도 조정될 수 있다. 그러나, 제1 및 제2 단계로부터의 측정치의 비교에 기초하여, 제1, 제2 또는 제3 파라미터의 조정량이 변경될 수 있고 및/또는 제1, 제2 또는 제3 파라미터 중 하나 이상의 구현이 회피될 수 있다. 일부 예에서, 센서는 최종 완성된 보드(예를 들어, 건조되고 경화된 보드)의 특성을 계속 모니터링하고, 분석을 위해 제어 회로(220)에 센서 데이터를 제공한다.
개시된 시스템 및 방법의 채용을 통해, 다른 결과 중에서 폼 비용, 에지 붕괴, 치수 안정성(예: 고온, 저온, 습함, 건조), 절연 값(k-계수/R-값), 화재 등급, 셀 배향과 같은 보드 품질에 영향을 미치는 특징이 개선될 수 있어, 많은 완성된 보드의 품질과 일관성이 보장된다.
모니터링 및 조정 시스템이 자동화됨에 따라, 시스템은 인공 지능 알고리즘을 채용하여 임계값을 "학습"하고 업데이트하도록 구성된다. 일부 예에서, 알고리즘은 특정 동작 파라미터가 바람직하지 않은 값을 향하는 경향이 있다는 신호를 인식하고 해당 액추에이터, 시스템 또는 구성요소의 제어를 구현할 수 있다. 그 결과, 조작자는 제조 공정을 모니터링하는 데 시간을 덜 소요하고, 시스템 모니터링을 담당하는 사람들에게 필요한 교육이 줄어들 것이다. 또한, 센서 데이터 수집은 모범 사례(best practice)를 알리는 데 사용되며, 이는 제조 시스템 전체에서 사용될 수 있고 및/또는 후속 공정에 알릴 수 있다.
현재 설명된 기술 및 그 이점은 다음 예를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 이러한 예는 본 기술의 특정 실시예를 설명하기 위해 제공된다. 이들 예를 제공함으로써, 발명자들은 본 기술의 범위 및 사상을 제한하지는 않는다.
개시된 예에서, 폼 보드를 제조하기 위한 시스템은 기재 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터, 상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서, 및 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하고, 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 소정의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 소정의 임계값을 벗어나는지 여부를 결정하고, 그 특성이 상기 임계값을 벗어난다는 결정에 응답하여 상기 하나 이상의 측정된 특성 또는 상기 임계값에 기초하여 상기 특성의 조정량을 계산하고, 상기 조정량에 대응하는 명령을 생성하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
일부 예에서, 하나 이상의 제어 메커니즘이 상기 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하도록 구성되며, 상기 하나 이상의 제어 메커니즘은 조작자에 의한 수동 조정을 위해 구성된다.
예에서, 상기 컨트롤러는 상기 조정량에 대응하는 지표를 생성하고, 조작자에게 제시하도록 구성된 사용자 인터페이스에 상기 지표를 제공하도록 추가로 구성된다.
일부 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성 중 제1 임계값을 초과하는 경우 제1 양만큼 상기 하나 이상의 동작 파라미터 중의 소정의 동작 파라미터를 조정하고, 상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성 중 제2 임계값을 초과하는 경우 제2 양만큼 상기 동작 파라미터를 조정하도록 구성된다.
예에서, 상기 하나 이상의 동작 파라미터는 유량, 어플리케이터의 위치 또는 배향, 압력, 온도, 반송 속도, 조성물 제형 또는 질량 수지, 및 퇴적된 유체의 위치 중 하나를 포함한다.
일부 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 하나 이상의 유체가 상기 기재와 접촉하는 지점으로부터 하류에서 상기 기재의 영역을 모니터링하도록 구성된다.
예에서, 컨베이어 경로를 따라 하나 이상의 유체 및 기재를 전진시키는 반송 시스템을 포함하고, 상기 하나 이상의 센서는 상기 기재가 상기 컨베이어 경로를 따라 진행함에 따라 상기 하나 이상의 유체를 스캔하도록 구성된다. 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 컨베이어 경로의 방향에 수직인 축을 따라 상기 하나 이상의 유체를 스캔하도록 구성된다.
일부 예에서, 컨베이어 경로를 따라 상기 폼 보드를 전진시키는 반송 시스템을 포함하고, 상기 하나 이상의 센서는 상기 폼 보드가 상기 컨베이어 경로를 따라 진행함에 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성된다. 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 컨베이어 경로의 방향에 수직인 축을 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성된다.
예에서, 상기 하나 이상의 센서는 여러 축을 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성된다.
일부 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 이동 가능한 마운트에 고정되며, 상기 마운트는 상기 기재에 대한 상기 하나 이상의 센서의 배향 또는 위치를 조정하도록 구성된다.
예에서, 상기 하나 이상의 센서는 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템, 초분광 이미징 시스템(hyperspectral imaging system), 근적외선 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 또는 열 센서 중 하나 이상을 포함한다.
일부 예에서, 상기 하나 이상의 특성은 다수의 유체 스트림, 상기 기재 상의 상기 유체의 위치, 상기 기재 상의 상기 유체의 에지의 위치, 상기 유체가 상기 기재와 접촉하는 각도, 상기 기재 상의 유체의 체적, 상기 기재 상의 유체의 질량 중심, 상기 기재 상의 유체의 높이, 유체의 점조도(consistency), 유체의 온도 중 하나 이상을 포함한다.
예에서, 상기 하나 이상의 특성은 체적 증가율, 폭 증가율, 높이 증가율, 유체가 기재와 접촉하는 각도의 변화율, 질량 중심의 변화율, 온도 증가율 중 하나 이상을 포함한다.
일부 예에서, 상기 하나 이상의 특성은 폼 내의 기포의 존재, 불완전한 혼합의 존재, 폼의 비정상적인 색상, 어플리케이터로부터의 일관되지 않은 흐름, 또는 기재 또는 어플리케이터 상의 폼 축적 중 하나 이상을 포함한다.
예에서, 상기 하나 이상의 특성은 이물질, 상기 기재의 정렬 또는 위치, 반송 속도 또는 상기 기재의 균열(fissure) 또는 압축 중 하나 이상을 포함한다. 일부 예에서, 상기 하나 이상의 유체는 반응하여 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트 폼을 생성한다.
일부 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 임계값을 생성하기 위해 머신 러닝 알고리즘을 적용하도록 추가로 구성된다.
일부 예에서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 이상의 측정된 특성을 메모리 저장 장치에 저장하고, 미리 결정된 양의 시간 동안 상기 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 평균 특성 값을 계산하고, 상기 평균 특성 값 및 하나 이상의 공차 범위에 기초하여 상기 하나 이상의 임계값을 생성하도록 추가로 구성된다.
일부 개시된 예에서, 폼 보드를 제조하기 위한 시스템은 기재 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터, 상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서, 및 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하고, 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 소정의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 소정의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 상기 어플리케이터의 위치를 조정하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
일부 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 하나 이상의 유체가 상기 기재와 접촉하는 지점으로부터 하류에서 상기 기재의 영역을 모니터링하도록 구성된 제1 센서를 포함한다. 예에서, 상기 하나 이상의 센서는 완성된 보드를 모니터링하도록 구성된 제2 센서를 포함한다.
예에서, 제2 센서는 평탄도 시험기, 경도 시험기, 밀도 시험기, 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템, 초분광 이미징 시스템, 근적외선 센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 또는 열 센서 중 하나 이상을 포함한다.
일부 개시된 예에서, 폼 보드를 제조하는 방법은 기재에 도포된 하나 이상의 유체의 분포에 대응하는 하나 이상의 특성을 센서에 의해 측정하는 단계, 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 특성에 대응하는 데이터를 수신하는 단계, 상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하는 단계, 상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성에 대응하는 하나 이상의 동작 파라미터를 식별하는 단계, 및 상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 소정의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 소정의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
일부 예에서, 상기 방법은 상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성 중 제1 임계값을 초과하는 경우 제1 양만큼 상기 하나 이상의 동작 파라미터 중의 소정의 동작 파라미터를 조정하는 단계, 및 상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성 중 제2 임계값을 초과하는 경우 제2 양만큼 상기 동작 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다.
예에서, 상기 조정 단계는 조작자에 의한 제어 메커니즘의 조정을 포함한다. 예에서, 상기 조정 단계는 로봇 장치에 의한 제어 메커니즘의 조정을 포함한다.
본원에 개시된 바와 같이, "폼" 또는 "폼 단열재"는 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리이소시아누레이트 또는 페놀을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본원에 개시된 바와 같이, "번 스톡"은 폴리스티렌, 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트 단열재의 생산 중에 형성되는 크고 단단한 상자형 구조이다.
도 1은 폼 보드(100)를 제조하기 위한 시스템(또는 "레이다운 장치")을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 구성 유체 성분(A 및 B)은 화학 물질 저장 시스템(118)으로부터 제공된다. 일부 예에서, "A" 성분은 이소시아네이트를 포함할 수 있고, "B" 성분은 폴리올, 촉매, 첨가제 및/또는 발포제(blowing agent) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 펜탄과 같은 제3의 "C" 성분이 폼의 팽창을 돕는 "발포제"로 사용될 수 있다.
유체의 흐름은 제어 회로 또는 프로세서로부터 제어될 수 있는 하나 이상의 밸브 및/또는 펌프(112)에 의해 제어된다. 도관, 매니폴드, 밸브 또는 다수의 연결된 파이프(110)는 혼합헤드(102)에 유체(들)를 제공하며, 상기 혼합헤드에서 구성 유체는 조합되고, 반응되고, 예컨대 폼 형태로, 하나 이상의 어플리케이터 또는 노즐(104)을 통해 운반된다. 조합된 유체 또는 폼(106)은 기재(108)(또는 바닥 페이서(116)) 위로 분배되며, 혼합헤드(102)의 위치 및/또는 배향은 폼(106)의 적용을 제어하는 제어 회로에 의해 제어된다.
어플리케이터(들)(104)를 통한 폼(106)의 적용은 폼(106)이 반송 시스템 또는 라미네이터(124)에 들어갈 때 폼(106)이 균일하고 일관된 방식으로 팽창 및 응고되는 것을 보장하기 위해 기재(108)의 폭에 걸쳐 균일하게 분포되어야 한다. 라미네이터(124) 내에는, 상단 페이서(114)가 제공되며, 기재(108)와 상단 페이서(114) 사이의 공간은 폼이 팽창함에 따라 폼(106)으로 채워진다. 컨베이어 벨트(120)가 완성된 보드(125)를 제공하기 위해 기재(108) 및 상부 페이서(114)를 방향(132)으로 구동한다. 일부 예에서, 하나 이상의 히터(122)가 제조 시스템(100) 내에 배치되어, 비제한적인 예로서 보드의 하나 이상의 구성요소의 반응 시간, 접착 성질, 강도에 영향을 미치는, 폼(106), 페이서(114, 116)의 열을 제어한다.
폼(106)의 적절한 적용은 완성된 보드(125)의 품질과 직접적으로 연관되어 있다. 그러나, 종래의 시스템은 기재(108)에 적용된 폼(106)을 모니터링할 때 조작자의 주의 및/또는 판단에 의존하며, 통상적으로 폼 조성물의 품질 및/또는 기재(108) 상의 폼 분포에 관한 시각적 결정에 의존한다. 일반적으로, 다수의 폼 스트림이 기재(108)에 적용되며, 이들 각각은 상이한 폭, 적용 각도, 체적, 유량 등을 가질 수 있어 공정을 더욱 복잡하게 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 어플리케이터(들)(104)에서 막힘(clog)이 발생할 수 있으며, 이는 완성된 보드(125)의 품질 및 비용에 추가로 영향을 미친다.
일부 예에서, 제2 조작자는 완성된 보드(125)의 결함(예를 들어, 보드의 언더필링(under-filling), 보드의 오버필링(over-filling), 찢어짐, 주름, 공극 등)을 검사한다. 제2 조작자는 어플리케이터(104)의 위치 또는 방향의 변경, 유량, 조합된 유체 조성 등과 같은 적용에 대한 제안된 조정에 관해 혼합헤드(102)에서의 제1 조작자와 통신한다. 이 프로세스는 다수의 숙련된 조작자에 의존하는데, 조작자는 수백 개의 완성된 보드(예: 분당 10 내지 300피트의 완성된 폼 보드)를 생산할 수 있는 제조 공정을 지속적으로 모니터링하고 평가해야 한다. 그 결과 종종 단단한 폼 보드 및/또는 완제품에서의 문제 식별이 늦어져 수정이 느려지게 되고, 제조 공정이 수정되기 전에 전체 로트가 폐기된다.
도 2는 하나 이상의 통합 센서(들)(140) 및/또는 조정 가능한 구성요소(예를 들어, 센서(140), 액추에이터(144), 반송 시스템(124) 등)를 갖는, 폼 보드(100)를 제조하기 위한 예시적인 시스템을 도시하며, 이는 비용 효율적인 고품질의 폼 보드 생산의 많은 문제에 대한 해결책을 제공한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서(들)(140)는 제조 경로를 따라 하나 이상의 장소에 위치하여, 제조 공정의 하나 이상의 단계에서 유체, 폼, 기재, 페이서, 완성된 보드 및/또는 시스템(100)의 하나 이상의 구성요소의 하나 이상의 특성을 모니터링한다. 센서(들)(140)를 사용함으로써, 측정된 특성은 제어 회로(220)로 전달될 수 있으며, 제어 회로는 그 특성을 분석하고, 이들 특성을 하나 이상의 임계값과 비교하고, 및/또는 하나 이상의 구성요소와 관련된 하나 이상의 파라미터의 조정을 제어하여 바람직하지 않은 결과를 수정하도록 구성된다.
센서(140)는 비제한적인 예의 목록으로서, 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템, 초분광 이미징 시스템, 근적외선 센서(NIR), 적외선 센서(IR), 초음파 센서 또는 열 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있는 하나 이상의 측정 장치(142)를 포함할 수 있다.
센서(140) 및/또는 측정 장치(142)는 시스템(100)에 대한 임의의 위치 또는 배향에서 센서(140) 또는 장치(142)를 이동시키도록 구성된 전동 캐리지 또는 다른 액추에이터(144)에 장착될 수 있다. 따라서, 측정 장치(142) 및 센서(140)는 시스템(100) 위의 3차원 공간에서 탐색할 수 있다. 일부 예에서, 센서(140)는 측정 장치(142)로부터 원격에 장착되며, 이는 다양한 관점을 제공하고 및/또는 특정 특성의 측정을 최적화할 수 있다.
센서(140)를 통해 수집된 데이터는 제어 회로(220)로 전송된다. 예를 들어, 상기 데이터는, 비제한적인 예의 목록으로서, 폼(106) 또는 결과로서 생기는 스트림(134)의 하나 이상의 특성, 예컨대 유체 스트림 위치, 퇴적된 유체의 체적, 스트림의 폭, 체적 증가율, 온도, 기포의 존재/크기/성장 속도, 색상, 폼의 축적 또는 축적 속도, 아울러 기재/페이서의 파손, 니트 라인, 페이서 내의 오버팩, 페이서 내의 언더필, 공극, 주름 및/또는 뒤틀림과 같은 기재(108)/페이서(114/116)의 특성에 대응할 수 있다.
하나 이상의 센서(140)로부터 수신된 특성 데이터에 기초하여, 제어 회로(220)는 하나 이상의 동작 파라미터가 조정되어야 하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 유체 어플리케이터(104)는 기재(108) 상의 스트림의 각도 또는 위치, 유체 유량, 유체 적용 압력, 유체 온도, 조성 균형 등을 변경하도록 조정될 수 있다. 일부 예에서, 계량 펌프(112)로부터의 흐름은 조절될 수 있고, 기재(108) 및/또는 다른 어플리케이터에 대한 어플리케이터(104)의 위치 또는 배향이 조절될 수 있고, 이는 기재(108)에 도포되는 폼(106)의 분포 및/또는 조성을 제어한다.
또한, 하나 이상의 센서(들)(140)는 반송 시스템(124)과 같은 관련 시스템의 동작 파라미터를 모니터링할 수 있다. 컨베이어 또는 라미네이터 속도, 라인 속도, 라미네이터 온도, 페이서 사이의 높이 등과 같이 반송 시스템(124)의 하나 이상의 파라미터에 대응하는 데이터는 추가적으로 또는 대안적으로 조정될 수 있다.
도 2의 비제한적 예에 도시된 바와 같이, 제조 공정 중에, 스캔(146)(예컨대, 레이저 또는 광학 스캔, 3차원 카메라, 2차원 카메라, 또는 다수의 레이저 및/또는 카메라)이 측정 장치(142)로부터 보드 표면에 투사된다. 일부 예에서, 센서(140)는 단일 카메라, 또는 증대된 시야를 위해 다중 카메라를 채용할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 이미징 시스템은 복수의 각도 및/또는 센서로부터의 복수의 이미지를 함께 스티치하여 3차원 이미지, (예를 들어, 광학 스펙트럼, NIR, IR, 등에서) 통합된 여러 유형의 이미징이 있는 이미지를 렌더링하여 합성 이미지를 생성하는 데에 사용될 수 있다.
센서(140)의 위치 및/또는 조명은 센서(140)의 성능과 밀접한 관련이 있다. 예를 들어, 자연광이나 환경광은 변동이 너무 심할 수 있으므로 하루 중 시간에 따라 시스템 성능이 변화한다. 제어된 인공 및/또는 구조화된 조명(예: 레이저, 생성된 단색 및/또는 다색 조명 등)은 시스템 성능에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 센서(140)는, 모니터링되는 운반 시스템의 영역에 특정적일 수 있고 및/또는 제조 공정의 단계에 기반할 수 있는 반송 방향에 대해 미리 결정된 축 또는 하나 이상의 미리 결정된 다중 축과 같은 미리 결정된 정렬로 스캔을 제공하도록 위치될 수 있다.
제조 공정의 특성(예: 휘발성 화학 물질 사용)으로 인해, 채택된 시스템 및 기술에는 차폐, 코팅 및/또는 다양한 시스템 구성 요소를 (예컨대, 충격, 고온, 등으로부터) 보호하기 위한 기타 특징이 제공될 수 있다. 다양한 시스템에 사용되는 액추에이터, 로봇 팔, 금속, 베어링, 기어, 모터, 캐리지 등은 오염 및/또는 충격을 방지하기 위해 하나 이상의 이러한 특징을 채용할 수도 있다. 일부 장비는 폼 축적이 생길 수 있으며, 이는 움직이는 구성요소 위에 덮개를 씌워 완화할 수 있다. 카메라에는 예를 들어 폼 액적이 렌즈에 닿지 않도록 편향시키는 데 사용할 수 있는 유체(예: 공기) 흐름이 있을 수 있다.
모니터링된 파라미터(예: 폼 높이, 점조도, 성장 속도 등)에 해당하는 데이터는 피드백 루프에서 센서(140)로부터 제어 회로(220)로 전송되며, 여기에서 폼 체적, 높이, 및/또는 기재(108) 상의 위치 및/또는 다른 폼 스트림에 대한 위치를 결정하기 위해 하나 이상의 알고리즘을 통해 분석된다. 알고리즘으로부터의 결과(예를 들어, 좌측 또는 우측의 스트림(134) 에지의 체적, 제조 공정을 통한 특정 시간/위치에서의 체적 증가 충전 속도 등)는 제어 회로(220)에 유체 적용을 조정해야 하는지 여부에 대하여 지시하여, (예를 들어, 기재(108) 위에 배치된 하나 이상의 마운트에 고정된) 액추에이터(130)가 하나 이상의 어플리케이터(104)의 위치 또는 배향을 원하는 설정점으로 조정한다. 예를 들어, 액추에이터(130)는 스트림(134)을 조정하기 위해 어플리케이터(104)를 6축 방향(앞/뒤, 왼쪽/오른쪽, 위/아래, 피치, 요, 롤) 중 하나 이상으로 이동시킬 수 있다. 그 결과, 폼 스트림(들)(134)이 보다 균일하게 분포된다.
일부 예에서, 시스템(100)은, 시스템(100)의 하나 이상의 구성요소(예를 들어, 혼합헤드(102), 어플리케이터(들)(104), 파이프(110), 밸브 및/또는 펌프(112), 라미네이터(124) 등)에 대응하는 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하도록 구성된 하나 이상의 제어 메커니즘(127)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 메커니즘(127)은 사용자 인터페이스(124)와 같은 사용자 인터페이스, 레버, 튜브, 핸들, 버튼, 마운트, 지그, 노브, 스위치 등 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 이들은 조작자가 수동으로 조정할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제어 회로(220)는 조정량에 대응하는 지표를 생성하고, 그 지표를 디스플레이(126) 또는 수동 조정을 알리기 위해 조작자에게 제시하기 위한 다른 사용자 인터페이스(214)에 제공한다.
일부 예에서, 제어 회로(220)는 조작자에게 제시하기 위한 정보(예를 들어, 센서 데이터)를 제출하도록 구성된다. 정보는 제조된 보드 및/또는 제조 공정의 상태에 대해 조작자에게 알리기 위해 영숫자, 그래픽, 색조 등일 수 있다. 예에서, 디스플레이는 정보를 시스템의 하나 이상의 구성요소를 나타내는 그래픽으로 표시할 수 있으며, 이는 측정되고 원하는 파라미터(예: 어플리케이터의 위치 및/또는 배향)의 상대 및/또는 비교 이미지를 제시할 수 있다. 이미지에는 텍스트, 그래픽 또는 관심 영역으로 조작자의 주의를 끌거나 식별된 문제를 해결하도록 조작자에게 지시하는 기타 지표가 포함될 수 있다. 명령은 움직임(예를 들어, 어플리케이터의 위치 및/또는 배향에 대한 조정, 반송 속도 등) 및/또는 원하는 출력에 따른 유체 조성에 대한 조정을 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이는 제조 공정의 하나 이상의 단계에서 제조된 보드의 이미지를 제시할 수 있다. 디스플레이는 본원에 개시된 바와 같이 원하는 범위 또는 임계값 밖에 있는 하나 이상의 특성에 대응하는 것으로 결정된 (예를 들어, 보드의 표면 상의) 영역을 식별할 수 있다.
단일 센서(140)가 도 2에 도시되어 있지만, 다양한 유형의 다수의 센서가 단일 위치로부터, 다수의 위치로부터, 다양한 관점으로부터 사용되어, 본원에 개시된 다양한 시스템 및 서브시스템의 적절한 제어를 보장하기 위해 필요에 따라 영향력 있는 데이터를 수집하기 위해 제조 공정 중에 공통 및/또는 상이한 파라미터를 동시에, 주기적으로, 및/또는 특정 간격을 두고 측정할 수 있다.
도 3은 제조 공정 동안 센서(140)로부터의 스캔(146)에 의해 모니터링되는 폼 스트림(134) 및 기재(108)의 예시적인 상세도(150)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 스캔은 기재(108)의 폭을 따라 선형 스캔으로서 제공될 수 있지만, 폭을 따라 또는 이동 방향(132)에 대해 임의의 다른 각도에서 다중 선형 스캔이 채용될 수 있다. 또한, 스캔은 프로세스의 특정 특징(예를 들어, 폼 스트림(134))에 포커싱될 수 있고, 또는 기재(108)의 에지(163) 너머로 확장될 수 있다.
따라서, 센서(140)는 비제한적인 예의 목록으로서, 폼 및/또는 보드의 하나 이상의 특성, 다수의 유체(134) 스트림, 기재(108) 상의 유체(134)의 위치, 기재(108) 상의 유체(134)의 에지(152)의 위치, 유체(134)가 기재(108)와 접촉하는 각도(131), 유체가 기재와 접촉하는 각도(131)의 변화율, 기재(108) 상의 유체(134)의 체적, 체적 증가율, 기재(108) 상의 유체(134)의 질량 중심, 질량 중심의 변화율, 유체(134)의 폭(154), 폭(154)의 성장율, 기재(108) 상의 유체(134)의 높이(156), 높이(156) 성장율, 유체(134)의 점조도, 유체(134)의 온도, 온도 변화율, 폼 내의 기포(160)의 존재, 불완전한 혼합의 존재, 폼의 비정상적인 색상, 어플리케이터로부터의 일관되지 않은 흐름, 또는 기재 또는 어플리케이터 상의 폼 축적, 이물질(158), 이동 방향(132)에 대한 기재(108)의 정렬 또는 위치(164), 반송 속도, 또는 기재(108)의 균열 또는 압축(162)을 측정한다.
센서(140)로부터의 측정치는 유선 또는 무선 채널을 통해 제어 회로(220)로 전송될 수 있다. 제어 회로(220)는 측정치를 이용하여 제조 공정의 문제를 식별할 뿐만 아니라 이러한 문제를 수정하기 위해 대응하는 구성요소에 대한 조정을 식별한다.
예를 들어, 측정된 특성이 제어 회로(220)의 메모리(222) 내에 저장된 임계값 목록에서 유지되는 것과 같은 저장되고 최적화된 특성과 비교될 수 있다. 차이가 적절한 공차 내에 있으면, 측정된 특성은 결함으로 분류되지 않는다. 그러나 측정된 특성이 임계값 범위 밖에 있는 경우, 제어 회로(220)는 그 특성을 결함으로서 지정한다. 그런 다음 측정된 특성은 조정이 필요한지 여부를 결정할 수 있는 제2 임계값(들)에 대해 적용될 수 있다.
예를 들어, 기재 상의 유체의 체적이 원하는 임계값 레벨보다 높지만 유량이 적절한 속도로 감소하는 경우, 알고리즘은 조정이 필요하지 않다고 결정할 수 있고 시스템은 공정을 계속 모니터링한다. 그러나, 현재 예에서 유체의 체적이 원하는 임계값 레벨보다 높고 유량이 안정적이거나 증가하는 경우, 비제한적인 예의 목록으로서, 알고리즘은 (유량을 조정하기 위해) 펌프(112) 또는 밸브 위치에 대하여, (조성 균형을 조정하기 위해) 혼합헤드(102)에 대해, (온도를 조정하기 위해) 히터에 대해, (속도를 조정하기 위해) 반송 시스템에 대해 조정이 필요하다고 결정할 수 있다. 결함이 식별되면, 및/또는 조정이 이루어지면, 제조 공정의 후반 단계에서 추가 테스트를 수행하여 조정이 의도한 결과를 제공했는지 여부를 결정할 수 있다.
일부 예에서, 완성된 보드(125)는 본원에서 설명된 특성뿐만 아니라 보드가 스테이션을 통과할 때 보드의 평탄도 및/또는 경도를 측정하도록 구성된 테스트 스테이션에서 추가 테스트를 받을 수 있다. 이러한 경우에, (레이저 스캔과 같은) 센서는 제조 공정 전반에 걸쳐 폼 및/또는 보드를 스캔할 수 있고, 이 정보를 제어 회로(220)에 전달할 수 있으며, 제어 회로는 본원에서 설명한 바와 같이 보드가 (예컨대, 추가 스캔, 압축 강도에 대한 완성된 보드(125) 테스트 등과 같이) 추가의 테스트를 필요로 할 수 있는 경우 특징 및/또는 영역을 식별할 수 있다. 일부 예에서, 제어 회로(220)는 추가 테스트 시스템(들)을 식별된 특징 및/또는 영역으로 안내하기 위한 좌표를 생성한다.
추가 테스트가 필요한 보드의 경우 컨베이어 시스템을 따라 다른 테스트 스테이션을 배치할 수 있다. 추가 테스트가 필요한 것으로 식별된 영역을 찾기 위해 제2 테스트 스테이션에 있는 하나 이상의 장치에 좌표를 제공할 수 있다. 추가 시험은 예를 들어 컴퓨터 수치 제어(CNC) 시험기에 의해 수행되는 평탄도 및/또는 경도 시험에 의해 수행될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 압축 강도는 수동으로 및/또는 비침습적 시험 장치(예: 레이저 스캔, 광학 스캔, NIR 스캔, IR 스캔, 초음파 등) 또는 다른 측정 장치로 측정될 수 있다. 일부 예에서, 컨베이어 시스템은 추가 테스트가 필요한 보드를 제2 테스트 스테이션으로 안내할 수 있는 반면, 식별된 결함이 없는 보드는 마무리 및/또는 포장 영역으로 이동한다.
모든 테스트 시스템, 기술 및 애플리케이션은 임의의 파라미터 출력을 조정할 수 있는 입력을 제공할 수 있으며, 단일 테스트 시스템, 기술 또는 애플리케이션은 단일 파라미터로 제한되지 않는다.
스캔 및/또는 압축 강도 테스트의 결과에 기초하여, 제조 시스템의 하나 이상의 파라미터를 조정하여 측정된 결함을 수정할 수 있다. 비제한적인 예는 적용된 재료의 온도, 유체 유량, 유체 압력, 유체 어플리케이터의 위치 또는 배향, 적층 체적 및/또는 제조 라인 상의 보드의 위치를 포함하며, 이들은 완성된 보드에 있는 결함을 완화시키기 위해 조정될 수 있다. 일부 예에서, 사용자에게 경고가 제공되고, 보드가 표시되거나, 또는 다른 적절한 방법으로 보드에 품질 점수가 부여될 수 있다.
일부 예에서, 시스템(100)은, 임계값에 대한 수정을 포함하여 제어 회로(220)를 수동으로 프로그래밍함으로써, 그리고 센서(140) 및/또는 다른 테스트 장치를 공정 전체에 걸쳐 및/또는 보드(125) 상의 원하는 위치로 지시함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어 테스트 플랫폼을 온라인 제조 공정에 통합할 수 있다. 온라인 공정은 하나 이상의 서비스 또는 테스트 스테이션을 통한 완성된 보드의 지속적인 흐름을 특징으로 한다. 예를 들어, 컨베이어 시스템(124)은 완성된 보드(125)를 테스트 스테이션으로 전진시킬 수 있다.
도 4는 제어 회로(220)의 예시적인 구현의 블록도를 도시한다. 제어 회로(220)는 하나 이상의 시스템, 센서, 장치 및/또는 구성요소로 정보를 전송하고 그로부터 정보를 수신하기 위한 통신 인터페이스(216)를 포함한다. 인터페이스(216)는 사용자 인터페이스(214), 프로세서(218), 메모리(222)뿐만 아니라 센서(140), 테스트 장치 또는 시스템(202)(예를 들어, 평탄도 및/또는 경도 시험기), 전동식 캐리지(144), 어플리케이터(104), 반송 시스템(124), 및 디스플레이(126)에 동작 가능하게 연결된다. 센서(140)는 비제한적인 예의 목록으로서, 레이저 스캐너(205), IR 센서(206), 초음파 센서(208), 기계식 센서(210), 열 센서(212), 광학 이미징 시스템(213)(예컨대, 비전형 카메라), 힘 또는 압력 센서(215) 및/또는 초분광 이미징 시스템(217) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 4의 예시적인 제어 회로(220)는 하나 이상의 인공 지능 또는 머신 러닝 알고리즘(예를 들어, 신경망, 심층 학습(deep learning) 등)을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 명령을 실행할 수 있는 프로세서(218)를 포함하고, 범용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 모바일 장치, 서버, 헤드 업 디스플레이(HUD), 가상 또는 증강 현실 디스플레이(VR/AR), 및/또는 시스템(100)에 통합되거나 원격인 임의의 다른 유형의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 일부 예에서, 제어 회로(220)는 클라우드 컴퓨팅 환경, 하나 이상의 물리적 기계 및/또는 하나 이상의 가상 기계 및/또는 컨테이너 상에서 구현된다.
일부 예에서, HUD 또는 VR/AR 디스플레이는 센서(140) 및/또는 테스트 장치(202)와 관련된 콘텐츠를 디스플레이(126)에 제시할 수 있다. 예를 들어, 측정치는 제조 시스템(100)의 이미지(예를 들어, 캡처된 이미지 및/또는 컴퓨터 생성 그래픽)에 중첩되어 시각적(예: 오버레이, 그래픽, 텍스트 등)으로 제시될 수 있다. 일부 예에서, 조작자는 사용자 인터페이스(214)를 통해 변경하는 등의 방법으로 중첩된 측정치를 보고 관련 파라미터를 직접 조정할 수 있다. 예를 들어, 변경이 원하는 결과를 생성하는 것을 보장하기 위해, 제안된 변경은 구현 전에 디스플레이(126)에서 볼 수 있다.
메모리(222)는 임계 특성 값(224)의 매트릭스 또는 기타 목록, 동작 파라미터 값(226)의 매트릭스 또는 기타 목록 및 하나 이상의 알고리즘(228)을 포함한다. 예를 들어, 제어 회로(220)는 값(224, 226)의 목록 및 알고리즘(228)을 저장하는 메모리(222)에 액세스하도록 구성된다. 일부 예에서, 제어 회로(220) 및 메모리(222)는 (예를 들어, 컴퓨팅 장치 내에) 일체로 위치된다. 일부 예에서, 제어 회로(220)는 통신 네트워크를 통해 값(224, 226)의 목록 및/또는 알고리즘(228)에 액세스하기 위해 네트워크 인터페이스에 연결된다.
일부 예에서, 메모리 장치(222) 또는 다른 메모리 장치는 ROM, RAM, 자기 저장 메모리, 광학 저장 메모리 또는 이들의 조합과 같은 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있고, 제어 회로(220)와 통합되거나, 원격으로 위치되거나 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 또한, (예를 들어, 센서(140), 시험 장치(202), 전동식 캐리지(144), 어플리케이터(104) 및/또는 반송 시스템(124)을 동작시키기 위한) 다양한 제어 파라미터가 시스템(100)의 동작 중에 특정 출력을 제공하도록 구성된 코드와 함께 메모리 장치(222)에 저장될 수 있다.
제어 회로(220)는 보드의 무결성을 결정하기 위해 하나 이상의 특성 측정치를 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 센서(140)는 이러한 특성을 측정하기 위해 보드를 스캔하고, 그 데이터는 제어 회로(220)로 전송되며, 제어 회로는 메모리 장치(222)에 저장된 룩업 테이블, 알고리즘 및/또는 모델을 활용하여, 측정된 특성과 메모리(222)에 저장된 값 사이의 비교를 기반으로 보드의 무결성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(220)는 측정값이 적절한 임계값 밖에 있는지를 결정하기 위해 메모리(222)에 저장된 임계값(224)과 측정된 폼 특성(예: 높이, 유량, 온도, 팽창률 등)을 비교한다. 일부 예에서, 임계값(224)은 다른 관련 값(예를 들어, 도포량 및 컨베이어 속도)에 대해 고려될 수 있는 설정 값 또는 변화율(증가 또는 감소)을 포함하며, 이들 모두는 조작자에 의해 조정되거나 머신 러닝 업데이트의 결과로서 조정될 수 있다.
비교에 기초하여, 제어 회로(220)는 조정이 수행되어야 하는지 및/또는 대안 또는 추가 테스트가 필요한지를 결정할 수 있다. 조정이 필요한 경우, 제어 회로(220)는 하나 이상의 특성 임계값(224)에 대응할 수 있는 동작 파라미터(226)의 목록에 액세스한다. 특성과 파라미터 사이의 관계에 기초하여, 제어 회로(220)는 특정 시스템에 의해 요구되는 조정의 유형 및/또는 양을 결정하기 위해 알고리즘을 채용할 수 있다.
추가 테스트가 필요한 경우, 제어 회로(220)는 추가 테스트를 수행하기 위해 센서(140) 및/또는 테스트 장치(202)에 대한 보드의 특성 및/또는 영역을 식별할 수 있다. 따라서, 임의의 결함에 관한 정보가 수집되고 하나 이상의 저장된 품질 특성 값과 비교되어 제조 시스템(100)에 대한 수정을 위한 점수, 경보 또는 지시를 생성할 수 있다.
예에서, 제어 회로(220)는 보드(125)의 결함의 유형 및 심각도를 결정하고 그 정보를 제조 시스템(232)에 제공한다. 이어서 제조 시스템(100)의 하나 이상의 동작 값(226)(예를 들어, 유량, 압력, 온도, 적층된 물질의 위치, 스트림의 위치, 컨베이어 속도 등)은 결함이 제조 공정을 통해 수정되는 것을 보장하기 위해 조정될 수 있다.
수집된 측정치에 기초하여, 동작 파라미터 값에 대해 필요한 조정이 경험적으로 결정될 수 있다. 일부 예에서, 제어 회로(220)는 동작 값에 대한 정정을 보간하도록 구성된다. 동작 파라미터 값은 본원에서 설명한 바와 같이, 결함을 수정하기 위해 조정될 수 있다. 제어 회로(220)는 원하는 조정을 결정하기 위해 메모리 장치(222)에 저장된 모델, 알고리즘을 계산하거나 채용하고, 또는 하나 이상의 머신 러닝 기술을 적용할 수 있다.
결함을 결정하고, 및/또는 파라미터를 제어하기 위해 시스템(100)에 의해 채용되는 알고리즘(들)은 특정 유형 및/또는 애플리케이션에 제한되지 않으며, 동시에, 주기적으로, 순차적으로, 및/또는 특정 트리거에 응답하여 적용될 수 있는 단일 알고리즘 또는 다중 알고리즘을 채용할 수 있다. 예를 들어, 측정된 특성의 절대값이 대응하는 임계치 한계 내에 있는 것으로 식별되지만 변화율이 대응하는 임계값을 초과하는 경우, 제어 회로(220)는 계속해서 특성을 모니터링하고 및/또는 추가적인 알고리즘 처리를 적용하여 문제가 발생하지 않거나 완화되도록 보증한다.
폼 스트림의 단일 위치 특징(예: 폼 스트림의 수, 3차원 위치, 에지 위치, 접촉각, 체적, 체적에 기반한 질량 중심, 높이, 점조도, 온도 등) 및 폼 스트림의 다중 위치 또는 웨이브 측정치(예: 체적 증가율, 폭 증가율, 높이 증가율, 접촉각 변화율, 질량 중심 변화율 등)를 검출하는 것과 관련된 예시적인 알고리즘은 주성분 분석, 부분 최소 제곱법, 판별 분석, 캐니 에지 검출기(Canny edge detector), 릿지(ridge) 검출, 블롭(blob) 검출기(즉, 가우시안의 라플라시안) 및/또는 반경험적 모델(예: 화학 반응 동역학, 유체 역학, 열역학, 물질 전달 및 공간 채우기를 포함) 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
폼 무결성에 영향을 미치는 처리 문제(예: 기포의 존재, 잘못된 혼합의 존재, 폼 색상, 어플리케이터의 막힘, 시야 내 폼 축적 등)를 검출하는 것 및 폼 보드 생산에 영향을 미치는, 폼과 독립적인 특징(예: 이물질 검출, 정렬과 같은 페이서/기재의 위치, 컨베이어 속도, 페이서/기재의 파손 등)을 검출하는 것과 관련된 예시적인 알고리즘은 Bayes 분류기, 지원 벡터 머신, 결정 트리, 부스팅, 신경망, 방사형 기저 함수 네트워크, 클러스터링, K-최근접 이웃, 심층 학습, 선형 회귀, 다중 선형 회귀, 앙상블 기법, 비용에 민감한 학습, 주성분 분석, YOLO(You Only Look Once), R-CNN(Region-based Convolution Neural Network) 및/또는 SSD(Single Shot Detector) 중 하나 이상을 포함할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제어 회로(220)는 (예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 터치 스크린, 통신 경로 등을 통해) 명령을 입력 및/또는 제어를 맞춤화하도록 구성된 사용자 인터페이스(214)로부터 입력을 수신할 수 있다.
도 5는 제조된 보드(예를 들어, 보드(125))의 특성을 결정하고, 도 1 내지 도 4에 제공된 예에 따른 제조 시스템(예를 들어, 제조 시스템(100))의 동작 값을 조정하거나 특성의 조정에 관한 정보를 제공하기 위해 도 2 및 도 4의 제어 회로(220)에 의해 실행될 수 있는 예시적인 기계 판독 가능 명령어(300)를 나타내는 흐름도이다.
블록(302)에서, 기재(예를 들어, 기재(108))에 적용된 하나 이상의 유체(예를 들어, 유체 또는 폼(106))의 분포에 대응하는 하나 이상의 특성이 센서(예를 들어, 센서(140))에 의해 측정된다. 블록(304)에서, 하나 이상의 특성에 대응하는 데이터가 제어 회로(예를 들어, 제어 회로(220))에서 수신된다. 블록(306)에서, 하나 이상의 측정된 특성이 제어 회로에서 하나 이상의 임계 특성과 비교된다.
비교에 기초하여, 제어 회로는 측정된 특성이 임계 특성 레벨을 초과했는지 여부를 결정한다. 예를 들어, 블록(308)에서, 제어 회로는 측정된 특성이 제1의 낮은 임계 특성 레벨을 초과했다고 결정할 수 있고, 조정이 필요하지 않거나 제1의 약간의 조정이 필요하다고 결정할 수 있다. 제1의 임계 특성 레벨이 초과되지 않았다면, 방법은 블록(302)으로 돌아가서 하나 이상의 특성을 계속해서 측정한다.
그러나, 제1 임계 특성 레벨이 초과된 경우, 방법은 블록(310)으로 계속되고, 여기서 제어 회로는 측정된 특성이 제2의 더 큰 임계 특성 레벨을 초과하는지를 결정한다. 예를 들어, 제1 임계값은 미리 정해진 목표값을 초과하는 5% 범위를 가질 수 있고, 제2 임계값은 미리 정해진 목표값을 초과하는 10% 범위를 가질 수 있다.
측정된 특성이 제1 임계 특성 레벨을 초과했지만 제2의 더 큰 임계 특성 레벨을 초과하지 않은 경우, 방법은 블록(312)으로 진행하고, 조정 명령이 트리거된다. 예를 들어, 하나 이상의 동작 파라미터의 제1 조정량이 제어 회로에 의해 생성되어 조작자에게 제공될 수 있다(예를 들어, 디스플레이 또는 다른 사용자 인터페이스를 통해). 일부 예에서, 제어 회로는 로봇 장치, 하나 이상의 액추에이터 및/또는 제조 공정을 구동하는 다른 시스템 구성요소와 같이, 하나 이상의 동작 파라미터(예를 들어, 어플리케이터(104)의 위치 또는 배향)의 제1 조정을 명령할 수 있다.
측정된 특성이 제2 임계 특성 레벨(및 제1 임계 특성 레벨)을 초과하였다면, 방법은 블록(314)으로 진행하고, 여기서 다른 조정 명령이 트리거된다. 예를 들어, 하나 이상의 동작 파라미터의 제2 조정량이 제어 회로에 의해 생성되어 조작자에게 제공될 수 있다. 일부 예에서, 제어 회로는 하나 이상의 동작 파라미터(예를 들어, 어플리케이터(104)의 위치 또는 배향)의 제2 조정을 명령할 수 있다.
본 방법 및 시스템은 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 실현될 수 있다. 예시적인 구현은 주문형 집적 회로 및/또는 프로그래밍 가능한 제어 회로를 포함한다.
본 기술은 이제 당업자가 동일한 것을 실시할 수 있도록 완전하고 명확하며 간결한 용어로 설명된다. 전술한 내용은 본 기술의 바람직한 실시예를 설명하는 것이며, 첨부된 청구범위에 기재된 본 기술의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 수정이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 상기 예는 완전한 것이 아니라 청구 범위 내에 속하는 여러 실시예를 예시하기 위해 제공된다.

Claims (28)

  1. 폼 보드를 제조하기 위한 시스템으로서,
    기재 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터;
    상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성(property)을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및
    컨트롤러
    를 포함하고, 상기 컨트롤러는
    상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하고,
    상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 임계값을 벗어나는지 여부를 결정하고,
    상기 특성이 상기 임계값을 벗어난다는 결정에 응답하여 상기 하나 이상의 측정된 특성 또는 상기 임계값에 기초하여 상기 특성의 조정량을 계산하고,
    상기 조정량에 대응하는 명령을 생성하도록 구성되는 것인, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 시스템의 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하도록 구성된 하나 이상의 제어 메커니즘을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 제어 메커니즘은 조작자에 의한 수동 조정을 위해 구성되는 것인, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 조정량에 대응하는 지표(indicator)를 생성하고, 조작자에게 제시하도록 구성된 사용자 인터페이스에 상기 지표를 제공하도록 구성되는 것인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한
    상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 제1 임계값을 초과하는 경우 제1 양만큼 상기 하나 이상의 동작 파라미터 중의 동작 파라미터를 조정하고,
    상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성 중 제2 임계값을 초과하는 경우 제2 양만큼 상기 동작 파라미터를 조정하도록 추가로 구성되는 것인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 동작 파라미터는 유량, 어플리케이터의 위치 또는 배향, 압력, 온도, 반송 속도, 조성물 제형 또는 질량 수지, 및 퇴적된 유체의 위치 중 하나를 포함하는 것인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 하나 이상의 유체가 상기 기재와 접촉하는 지점으로부터 하류에서 상기 기재의 영역을 모니터링하도록 구성되는 것인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 컨베이어 경로를 따라 하나 이상의 유체 및 기재를 전진시키는 반송 시스템을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 센서는 상기 기재가 상기 컨베이어 경로를 따라 진행함에 따라 상기 하나 이상의 유체를 스캔하도록 구성되는 것인, 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 컨베이어 경로의 방향에 수직인 축을 따라 상기 하나 이상의 유체를 스캔하도록 구성되는 것인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 컨베이어 경로를 따라 상기 폼 보드를 전진시키는 반송 시스템을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 센서는 상기 폼 보드가 상기 컨베이어 경로를 따라 진행함에 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성되는 것인, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 컨베이어 경로의 방향에 수직인 축을 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성되는 것인, 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 여러 축을 따라 상기 폼 보드를 스캔하도록 구성되는 것인, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 이동 가능한 마운트에 고정되며, 상기 마운트는 상기 기재에 대한 상기 하나 이상의 센서의 배향 또는 위치를 조정하도록 구성되는 것인, 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템, 초분광 이미징 시스템, 근적외선 센서, 적외선 센서, 초음파 센서 및 열 센서 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 특성은 다수의 유체 스트림, 상기 기재 상의 상기 유체의 위치, 상기 기재 상의 상기 유체의 에지의 위치, 상기 유체가 상기 기재와 접촉하는 각도, 상기 기재 상의 유체의 체적, 상기 기재 상의 유체의 질량 중심, 상기 기재 상의 유체의 높이, 유체의 점조도(consistency), 유체의 온도 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 특성은 체적 증가율, 폭 증가율, 높이 증가율, 유체가 기재와 접촉하는 각도의 변화율, 질량 중심의 변화율, 온도 증가율 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 특성은 폼 내의 기포의 존재, 불완전한 혼합의 존재, 폼의 비정상적인 색상, 어플리케이터로부터의 일관되지 않은 흐름, 및 기재 또는 어플리케이터 상의 폼 축적 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 특성은 이물질, 상기 기재의 정렬 또는 위치, 반송 속도 및 상기 기재의 균열 또는 압축 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체는 반응하여 폴리우레탄 또는 폴리이소시아누레이트 폼을 생성하는 것인, 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 하나 이상의 임계값을 생성하기 위해 머신 러닝 알고리즘을 적용하도록 구성되는 것인, 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한
    상기 하나 이상의 측정된 특성을 메모리 저장 장치에 저장하고,
    미리 결정된 양의 시간 동안 상기 하나 이상의 측정된 특성에 기초하여 평균 특성 값을 계산하고,
    상기 평균 특성 값 및 하나 이상의 공차 범위에 기초하여 상기 하나 이상의 임계값을 생성하도록 구성되는 것인, 시스템.
  21. 폼 보드를 제조하기 위한 시스템으로서,
    기재 위로 하나 이상의 유체를 분배하기 위한 어플리케이터;
    상기 하나 이상의 유체의 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및
    컨트롤러
    를 포함하고, 상기 컨트롤러는
    상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하고,
    상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 상기 어플리케이터의 위치를 조정하도록 구성되는 것인, 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 상기 하나 이상의 유체가 상기 기재와 접촉하는 지점으로부터 하류에서 상기 기재의 영역을 모니터링하도록 구성된 제1 센서를 포함하는 것인, 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 센서는 완성된 보드를 모니터링하도록 구성된 제2 센서를 포함하는 것인, 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 제2 센서는 평탄도 시험기, 경도 시험기, 밀도 시험기, 레이저 스캐너, 광학 이미징 시스템, 초분광 이미징 시스템, 근적외선 센서, 적외선 센서, 초음파 센서, 및 열 센서 중 하나 이상을 포함하는 것인, 시스템.
  25. 폼 보드를 제조하기 위한 방법으로서,
    기재에 도포된 하나 이상의 유체의 분포에 대응하는 하나 이상의 특성을 센서에 의해 측정하는 단계;
    제어 회로에서, 상기 하나 이상의 특성에 대응하는 데이터를 수신하는 단계;
    상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성을 하나 이상의 임계 특성과 비교하는 단계;
    상기 제어 회로에서, 상기 하나 이상의 측정된 특성에 대응하는 하나 이상의 동작 파라미터를 식별하는 단계;
    상기 하나 이상의 측정된 특성 중의 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 임계값을 벗어나는 것에 응답하여 하나 이상의 동작 파라미터를 조정하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 제1 임계값을 초과하는 경우 제1 양만큼 상기 하나 이상의 동작 파라미터 중의 동작 파라미터를 조정하는 단계, 및
    상기 특성이 상기 하나 이상의 임계 특성의 제2 임계값을 초과하는 경우 제2 양만큼 상기 동작 파라미터를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 조정 단계는 조작자에 의한 제어 메커니즘의 조정을 포함하는 것인, 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 조정 단계는 로봇 장치에 의한 제어 메커니즘의 조정을 포함하는 것인, 방법.
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