설치 용이성을 높인 사출금형 내압 및 형체력 측정용 소형 센서 개발

Abstract

사출성형 공정상태를 파악하기 위해 다양한 형태의 압력센서를 이용하여 사출성형 공정 모니터링을 하고 있다. 상용되고 있는 압력센서는 센서 설치에 필요한 깊은 구멍가공과 미세한 나사가공으로 금형 가공의 어려움을 만들고 큰 센서 설치 면적으로 인하여 자유로운 센서 설치 위치 선정에 어려움을 만든다. 센서의 미세한 측정값을 증폭하기 위해 금형이나 성형기에 설치된 증폭기(Amplifier)까지 신호선이 금형 외부로 노출될 때 미약한 전기 신호로 인하여 전기적 잡음이 발생할 우려가 있다. 또한 많은 신호선은 작업자에게 불편함과 사고를 일으킬 위험이 있다. 본 연구에서는 이젝터핀으로 금형 내압을 전달하도록 하여 설치가 용이하며 설치면적을 최소화한 센서를 개발했다. 신호에 발생하는 전기적 잡음을 개선하기 위해 증폭기를 금형 내부에 묻히도록 하였다. 스트레인게이지를 부착한 봉 로드셀을 설계하였다. 금형 가공이 용이하도록 금형 후방에 나사를 가공하여 체결하도록 하였다. 스트레인게이지는 금형 내압에 의한 스트레인이 균일하게 분포하는 지점에 부착하였다. 봉을 따라서 분포하는 스트레인을 확인하기 위해 ABAQUS 유한요소 구조해석 소프트웨어를 사용하였다. 센서의 선형성을 확인하기 위해 중량 추 방식으로 센서를 교정하였다. 동일한 센서를 이용하여 이젝터 핀을 용융수지와 닿지 않고 금형 내부 구멍에 삽입하도록 하여 형체력을 측정할 수 있었다. 전기적인 잡음 문제를 개선하기 위해 소형의 스트레인 증폭기를 금형 내부에 장착하도록 설계하였다. 개발한 센서의 성능 검증을 위해 캐비티 내부의 같은 지점에서 Kistler 상용 센서와 개발 센서를 캐비티 압력을 측정하여 비교 분석하였다. 개발 센서와 상용 센서는 약 2 – 5 % 정도의 차이를 보였다. 형체력 측정에서는 작은 신호 때문에 해상도가 높은 DAQ를 필요로 하였으며 충분히 예민한 신호 측정 결과를 보였다.