KR100226036B1 - 연속체의 반송장력 제어장치 - Google Patents

Abstract

연속체의 장력의 검출값에 따라서 연속체의 장력을 직접 제어하는 것을 목적으로 한 것이며, 속도제어부 (4)는 장력 설정값과 장력 검출부 (2)의 검출장력의 차를 비례, 적분, 미분 연산하여 이 값을 속도검출부 (3)의 검출속도에 가감산한 값에 따라서 속도조정신호를 생성하여 속도조정부 (1)에 출력한다. 댄서로울러 제어부 (8)는 댄서로울러의 아암의 회전위치 설정값과 위치검출부 (7)의 검출위치의 차를 비례, 적분, 미분 연산하고 이 값에 기초하여 회전구동부 (6)에 회전구동신호를 출력한다.

Description

연속체의 반송장력 제어장치

제1도는 본 발명의 원리도.

제2도는 본 실시예의 제어회로도.

제3도는 풀리는 장력을 제어하는 경우의 장치의 구성도.

제4도는 인피이드장력 제어를 하는 경우의 장치의 구성도.

제5도는 아웃피이드 장력제어를 하는 경우의 장치의 구성도.

제6도는 권취장력을 제어하는 경우의 장치의 구성도.

제7도는 종래의 장력제어회로의 한 예를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 웨브(web) 12 : 풀리는 코일

13 : 서어보모우터(servo motor) 14 : 모우터 드라이버

17 : 아암

18 : 아암의 일단에 설치된 회전중심이 되는 기어

19 : 아암의 다른 단부에 설치된 로울러 20 : 접속부

21 : 기어와 맞물리는 피니언(pinion) 22 : 위치검출기

23 : 에어실린더 24 : 전기공기 변환기

25 : 장력검출기 29 : 속도검출기

본 발명은 연속된 선형상의 것이라거나 띠형상인 것의 반송장력을 제어하는, 연속체의 반송장력 제어장치에 관한 것이다.

전선을 권취하는 장치라든가, 종이, 필름, 박지(foil), 얇은 띠형상의 강판(鋼板)등에 인쇄한다거나, 가공한다거나 하기 위하여 이들의 선형 또는 웨브(web)형의 것을 풀어내어 반송하고 권치한다거나, 절단한다거나 하는 장치는 널리 사용되고 있다. 이러한 경우, 이들 반송되는 선이나 두루마리에 일정한 장력을 걸어서 반송하는 경우가 많다.

도3은 이와 같은 웨브 풀리는 장치를 구비한 인쇄장치의 일부를 나타낸 도면이다. 웨브(11)는 풀리는 코일(12)로부터 풀려나와, 댄서로울러(dancer roller)기구(17, 18, 19, 20)를 개재하여 장력검출기(25)를 거쳐, 인피이드로울러(infeed roller)(26)를 통하여 풀리게 된다. 풀리는 코일(12)은 풀리는 속도를 서어보모우터(13)로 제어하고 서어보모우터(13)는 모우터 드라이버(14)에 의하여 구동된다. 댄서로울러는 레버(17) 일단의 회전중심(18)을 중심으로 요동하여 레버(17)의 타단에 설치된 로울러(19)에 웨브(11)를 걸어서 에어실린더(23)로 요동한다.

위치검출기(22)는 로울러(19)의 요동위치를 검출한다. 에어실린더(23)는 전기공기 변환기(24)에 의하여 구동된다. 웨브(11)는 웨브(11)를 구동하는 인쇄유닛의 로울러에 따라 구동되지만, 이 구동원이 메인모우터(27)인 관계로, 구동축(28)에 웨브(11)의 반송속도를 검출하는 속도검출기(29)가 설치되어 있다. 장력제어부(10)는 위치검출기(22) 및 속도검출기(29)의 출력을 입력하여, 모우터 드라이버(14)와 전기 공기 변환기(24)를 제어하여 웨브(11)의 장력을 제어한다.

도7은 이와 같은 장력제어회로의 한 예를 나타낸 도면이며 (a)는 서어보모우터(13)의 제어회로를 나타내고, (b)는 전기공기 변환기(24)의 제어회로를 나타낸다.

이 제어방법은, 댄서로울러의 아암(17) 회전위치를 위치검출기(22)로 검출하여, 설정된 위치(61)와의 차(62)를 구해서, 비선형연산(63)을 하고, 비례·적분·미분 연산(64)을 한 다음, 속도검출기(29)로부터의 속도신호와 가산(59)하여 모우터드라이버(14)로 출력한다. 장력검출기(25)의 출력을 장력표시부(54)에 표시하며, 이 값을 읽어서 조작원이 웨브(11)의 목표장력을 정하고, 이 장력으로 되는 에어실린더(23) 공기압을 설정(71)하여, 에어실린더(23)가 이 설정압이 되도록 전기공기 변환기(24)로 제어한다.

상술한 제어방법의 경우, 댄서로울러가 요동할 때의 마찰, 요동하는 부품의 관성모멘트, 아암(17)의 회전중심부(18)를 구성하는 기어와 이에 맞물리는 기어(21)간의 엇물림(backlash)등이 그대로 웨브(11)의 장력 변동에 직접 영향을 준다. 댄서로울러의 아암(17)이 요동하지 않으면 서어보모우터(13)에 따라 수정동작은 할 수 없고, 웨브(11)의 장력 안정성은 구성부품의 기계적인 성질에 크게 좌우된다. 이와 같이 상술한 방법은 댄서로울러의 아암 회전위치를 제어함으로써 웨브(11)의 장력을 제어한다고 하는 간접적인 제어방법을 이용하고 있기 때문에 댄서로울러의 구성부품의 기계적인 불합리가 직접 제어정밀도에 악영향을 준다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 연속체의 장력 검출값을 근거로 직접 연속체의 장력을 제어하는 연속체의 반송장력 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 원리도를 나타낸다. 동 도면에서(1)은 연속체의 반송속도를 조정하는 속도 조정부, (2)는 연속체의 장력을 검출하는 장력검출부, (3)은 연속체의 반송속도를 검출하는 속도검출부, (4)는 장력설정값과 장력검출부(2)의 검출장력의 차를 비례·적분·미분 연산하여 이 값을 속도 검출부(3)의 검출속도에 가감산한 값에 따라서 속도조정신호를 생성하여 속도조정부(1)에 출력하는 속도 제어부이며, (5)는 아암의 일단을 회전중심으로 하고 타단에 로울러를 설치하여 이 로울러에 상기 연속체를 걸고 아암 회전각을 변경함으로써 연속체의 장력을 변화시키는 댄서로울러, (6)은 이 댄서로울러(5)의 아암을 회전하는 회전구동부, (7)은 댄서 로울러(5)의 아암 회전위치를 검출하는 위치검출부, (8)은 댄서로울러(5)의 아암회전위치 설정값과 위치검출부(7)의 검출위치의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 근거로 상기 회전구동부(6)로 회전 구동신호를 출력하는 댄서로울러 제어부이다.

또한, 회전구동부(6)가 행하는 댄서로울러(5)의 위치제어 속도를 속도조정부(1)가 행하는 연속체의 반송속도제어보다 늦은 응답으로 제어한다.

또한, 속도제어부(4)가 장력설정값과 장력검출부(2)의 검출장력의 차를 제1 비선형 증폭기로 증폭한 다음 비례·적분·미분 연산한다.

또한, 댄서로울러 제어부(8)는 댄서로울러(5)의 아암 회전위치 설정값과 위치검출부(7)의 검출위치의 차를 제2비선형 증폭기로 증폭한 다음 비례·적분·미분 연산한다.

또한, 제1비선형 증폭기는 입력값이 작을 때는 크고 커지면 작은 증폭도를 구비하고, 제2비선형 증폭기는 입력값이 작을 때는 작고 커지면 큰 증폭도를 갖도록 한다.

속도제어부(4)는, 연속체의 장력설정값과 장력검출부(2)의 검출 장력과의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값과 속도검출부(3)측 검출 속도와의 합을 증폭, 속도조정신호를 생성하여 속도조정부(1)를 제어한다.

댄서로울러 제어부(8)는 댄서로울러(5)의 아암 회전위치 설정값과 위치검출부(7)의 검출위치와 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 증폭, 회전구동신호를 출력하여 회전구동부(6)를 제어한다.

댄서로울러(5)를 대략 중앙위치로 제어하기 위한 댄서로울러 제어부(8)와 속도제어부(4)의 2가지 제어루우프를 지님에 따라 급격한 큰 장력변동은 댄서로울러(5)의 요동에 따라 흡수되고, 댄서로울러(5) 기구를 구성하는 부품의 기계적인 마찰이나 기계조직이 헐거워져서 덜걱거림에 의한 변동은 속도제어부(4)에 따라 제어하여 보정된다. 댄서로울러 제어부(8)의 제어 응답속도를 충분히 늦춤으로써 서로 간섭을 피하고, 넓은 범위의 제어를 안정하게 하는 것이 가능하게 된다.

속도제어부(4)는, 장력설정값과 장력검출부(2)의 검출장력의 차를 제1비선형 증폭기로 증폭함에 따라 작은 변동에 대하여는 예민한 수정을 하지만 커다란 변동에 대하여는 필요 이상의 수정은 하지 않는 등과 같이 용도에 따른 적합한 제어를 할 수 있다.

댄서로울러 제어부(8)는 댄서로울러(5)의 아암 회전위치 설정값과 위치검출부(7)의 검출위치와의 차를 제2비선형 증폭기로 증폭함에 따라 아암의 회전위치가 크게 변화하였을 때는 큰 수정을 하지만 작게 변화하였을 때는 필요 이상의 수정은 하지 않는 등과 같이 용도에 따른 적절한 제어를 할 수 있다.

제1비선형 증폭기는 입력값이 작을 때는 크고 커지면 작은 증폭도를 지니고, 제2비선형 증폭기는 입력값이 작을 때는 크고 커지면 큰 증폭도를 지니도록 한다. 이렇게 함으로써, 단시간의 장력변동이나 사소한 변동에 대하여는 속도제어부(4)의 제어가 큰 증폭도로 대응한다. 따라서, 댄서로울러(5)의 마찰이나 뒤틀림 등의 기계적인 악영향은 속도제어부(4)의 제어에 의하여 제거된다.

한편, 웨브(11)를 접속하는 경우등과 같이 큰 변동이 있었을때에는 댄서로울러 요동에 의한 장력변동을 흡수함과 동시에 속도 제어부(4)의 증폭도는 작으므로, 속도 조정용 서어보모우터(13)는 극단적 지나침을 회피할 수 있게 된다. 따라서, 정상장력으로 복귀한 직후에도 안정한 제어를 할 수 있다. 댄서로울러(5)의 위치가 평균적으로 대략 중앙 부근에 있다면, 급격히 큰 장력 변동이 있더라도, 댄서로울러가 넓은 가동범위내에서 움직임에 따라 장력변동을 흡수할 수 있다. 따라서, 댄서로울러(5)의 위치는 중앙 부근에 있으면 보다 엄밀하게 위치제어할 필요는 없으므로, 댄서로울러 제어부(8)에 있어 중앙부근의 증폭도는 작고, 또한 응답은 늦어도 좋다. 댄서로울러(5)의 위치가 크게 변하였을 때는 큰 증폭도로 중앙 부근으로 되돌아오도록 제어한다.

[실시예]

다음에 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도2는 본 실시예의 제어회로를 나타낸 것으로서, (a)는 서어보모우터의 제어회로, (b)는 에어실린더의 제어회로를 뜻한다. 도3은 본 실시예를 풀리는 장력제어하에서 실현하는 인쇄장치의 일부를 나타낸 것이다. 도3에서 (10)은 본 실시예의 장력제어부, (11)은 웨브로서 연속된 인쇄용 종이나 폴리에틸렌시이트 등이다. (12)는 웨브(11)를 감고 있는 풀리는 코일, (13)은 풀리는 코일(12)의 풀리는 속도를 제어하는 서어보모우터, (14)는 이 서어보모우터(13)를 구동하는 모우터드라이브, (15), (16)은 풀리는 코일(12)의 풀리는 지름을 검출하기 위한 지름검출용부호기, (17)은 댄서로울러를 구성하는 아암, (18)은 아암(17)의 일단에 설치되어 회전중심으로 되어 있고, 큰 톱니바퀴(기어)를 구성한다. (19)는 아암(17)의 타단에 설치된 로울러이고 웨브(11)을 걸고 있다. (20)은 아암(17)의 중간부에 설치된 나중에 설명하는 에어실린더(23)의 접속부, (21)은 기어(18)의 피니언(작은 톱니바퀴)을 구성하여 아암의 회전위치를 찾아낸다. (22)는 이 피니언(21) 회전위치로부터 접속부(20)의 회전위치를 검출하는 위치검출기이다.

(23)은 에어실린더이고, 로드의 선단은 아암(17)의 접속부(20)와 접속하여 아암(17)을 요동시킨다. (24)는 전기신호를 공기압으로 변환하여 에어실린더(23)를 제어하는 전기공기 변환기, (25)는 웨브(11)의 장력을 검출하는 장력검출기, (26)은 웨브(11)을 하류에 안내하는 인피이드로울러, (27)은 웨브(11)을 반송하는 구동원이 되는 메인모우터, (28)은 메인모우터(27)의 원동축, (29)는 원동축(28)으로 부터 웨브(11)의 반송속도를 검출하는 속도검출기이다.

다음에 도2를 설명한다.

동 도면에서, (51)은 웨브(11)의 장력을 설정하는 장력설정기, (52)는 감산기, (53)은 장력검출기, (25)의 검출값을 증폭하는 증폭기, (54)는 장력검출기(25)의 출력을 표시하는 장력표시기, (55)는 제1비선형 증폭기이고, 입력값이 작을 때는 큰 증폭률을 갖게 되며, 커지면 작은 증폭률을 갖게 된다. (56)은 비례·적분·미분 연산기, (57)은 속도 검출기(29)에서 출력하는 회전신호를 전압으로 변환하는 변환기, (58)은 증폭기, (59)는 가산기, (60)은 증폭기이다.

(61)은 댄서로울러의 아암(17) 회전위치를 설정하는 위치설정기, (62)는 감산기, (63)은 제2비선형 증폭기이고 입력값이 작을 때는 작은 증폭률이고, 커지면 큰 증폭률로 된다. (64)는 비례·적분·미분 연산기, (65)는 증폭기이다.

다음으로, 동작에 대하여 설명한다.

우선, 도2b에 나타낸 에어실린더 제어회로에 대하여 설명한다. 댄서로울러의 아암(17)의 접속부(20)의 위치를 위치검출기(22)로 검출하고, 위치설정기(61)의 설정값의 차를 감산기(62)로 구하여, 제2비선형 증폭기(63)로 비선형 증폭을 하여, 비례·적분·미분 연산기(64)로 연산한 다음, 4∼20mA의 전류로 변환하여 에어실린더(23)를 조작하는 전기공기 변환기(24)에 입력한다. 이에 따라 웨브(11)의 장력이 어떠한 값이되건 상관없이 댄서로울러의 아암(17)은 항상 설정된 위치에 제어되어 있다.

다음, (a)에 나타낸 서어보모우트 제어회로에 대하여 설명한다. 장력검출기(25)로 웨브(11)의 장력을 검출하고, 장력설정기(51)로 설정된 설정장력의 차를 감산기(52)로 구하고, 제1비선형 증폭기(55)로 증폭한 다음, 비례·적분·미분 연산기(64)로 연산한다. 속도검출기(29)의 출력 회전수를 전압으로 변환기(57)로 변환하여, 증폭기(58)로 증폭한 값을 비례·적분·미분 연산한 값과 가산기(59)로 가산한 다음 증폭기(60)로 증폭하여, 서어보모우터(13)를 조작하는 모우터드라이버(14)에 입력한다. 이 제어회로에 따라 웨브(11)의 장력은 장력설정치에 적합하도록 제어된다.

(b)에 나타낸 제어회로의 비례·적분·미분 연산기(64)의 적분연산에 있어서, 상기 댄서로울러 위치제어의 제어속도의 응답속도가 (a)에 나타낸 서어보모우터 제어회로의 웨브(11)의 장력 제어의 응답속도보다 충분히 늦어지도록 설정한다. 이에 따라 큰 장력변동이 발생하였을 경우에는 댄서로울러의 요동에 따라 흡수한다. 작은 느린 변동의 경우, 상기 서어보모우터(13)가 웨브(11)의 장력이 일정하게 유지되도록 제어한다.

제1비선형 증폭기(55)의 증폭특성에 따라, 급격한 장력변동은 댄서로울러의 요동에 따라 흡수하고, 한편 마찰이나 기계의 조직이 헐거워져서 덜걱거리는 등의 작은 변동에는 예민한 수정을 하지만, 큰 변동에 대하여는 필요 이상의 수정을 피하여 속도제어를 안정화한다. 제2비선형 증폭기(63)의 증폭특성에 따라, 댄서로울러를 평균적으로 대략 중앙 부근 위치로 유지하여 댄서로울러의 가동범위를 넓게함에 따라 급격하게 큰 장력변동이 있어도 흡수할수 있도록 한다.

이와 같이 본 실시예의 제어는 댄서로울러의 마찰이나 관성모멘트, 위치검출에 있어서의 기어의 뒤틀림 등 기계적인 요인에 의한 장력 변동요소를 무시할 수 있고, 댄서로울러의 장점 및 장력검출기(25)의 출력을 직접 사용하였음에 따라 돌발적 장력변동이나 작은 장력변동에도 충분히 대응할 수 있다.

도4는 본 실시예를 인피이드 장력제어에 사용하였을 경우를 뜻한다. 도면중에서 (30)은 인쇄유닛을 뜻한다.

도5는 본 실시예를 아웃피이드 장력제어에 사용하였을 경우를 뜻한다. 이러한 경우, 도2에 나타낸 (59)는 감산기로 되고, 증폭기(58)측 출력으로부터 비례·적분·미분기(56) 출력을 감산한 값을 증폭기(60)에 출력한다.

도6은 권취 장력제어에 사용하였을 경우를 나타낸 것이다. 도면중에서 (31)은 아웃피이드 로울러를 나타낸 것이고, (32)는 권취 코일을 뜻한다. 이 경우에도, 도5의 경우와 마찬가지로, 도2에서의 (59)는 감산기로서 작용하며, 증폭기(58)측 출력으로부터 비례·미분기(56)측 출력을 감산한다. 이것들 어느 장력제어에 있어서도, 본 실시예를 대략 그대로 사용할 수 있다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이 본 발명은 웨브의 장력을 검출하여, 이 장력을 사용하여 웨브의 장력을 직접 제어함과 동시에 댄서로울러의 위치를 소정위치에 제어하여, 작은 장력변동, 큰 장력변동, 돌발적인 변동이나 느린 변동에 대하여도 대응할 수 있는 제어를 실현한다.

Claims (3)

1. 연속체의 반송속도를 조정하는 속도조정부와, 연속체의 장력을 검출하는 장력검출부와, 연속체의 반송속도를 검출하는 속도검출부와, 장력설정값과 장력검출부의 검출장력과의 차를 비례·적분·미분 연산하여, 이 값을 속도검출부의 검출속도에 가감산한 값을 근거로 속도조정신호를 생성하여 속도조정부에 출력하는 속도제어부와, 아암의 일단을 회전중심으로 하여 타단에 로울러를 설치하고, 이 로울러에 연속체를 걸어서 아암 회전각을 바꿈으로써 연속체의 장력을 변화시키는 댄서로울러와, 이 댄서로울러의 아암을 회전시키는 회전구동부와, 상기 댄서로울러의 아암의 회전위치를 검출하는 위치검출부와, 상기 댄서로울러 아암의 회전위치 설정값과 상기 위치검출부의 검출위치와의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 근거로 회전구동부에 회전구동신호를 출력하는 댄서로울러 제어부를 구비하고, 상기 회전구동부가 행하는 댄서로울러의 위치제어 속도를 속도조정부가 행하는 연속체의 반송속도제어보다 늦은 응답으로 제어하는 것을 특징으로 하는 연속체의 반송장력 제어장치.
2. 연속체의 반송속도를 조정하는 속도조정부와, 연속체의 장력을 검출하는 장력검출부와, 연속체의 반송속도를 검출하는 속도검출부와, 장력설정값과 장력검출부의 검출장력과의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 속도검출부의 검출속도에 가감산한 값을 근거로 속도조정신호를 생성하여 속도조정부에 출력하는 속도제어부와, 아암의 일단을 회전중심으로 하여 타단에 로울러를 설치하고, 이 로울러에 연속체를 걸어서 아암 회전각을 바꿈으로써 연속체의 장력을 변화시키는 댄서로울러와, 이 댄서로울러의 아암을 회전시키는 회전구동부와, 상기 댄서로울러의 아암의 회전위치를 검출하는 위치검출부와, 댄서로울러 아암의 회전위치 설정값과 위치검출부의 검출위치와의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 근거로 회전구동부에 회전구동신호를 출력하는 댄서로울러 제어부를 구비하고, 상기 속도제어부가, 장력설정값과 장력검출부의 검출장력의 차를 입력값이 작을 때는 크게, 크게되면 작은 증폭도를 지닌 제1비선형 증폭기로 증폭한 다음 비례·적분·미분 연산하도록 한 것을 특징으로 하는 연속체의 반송장력 제어장치.
3. 연속체의 반송속도를 조정하는 속도조정부와, 연속체의 장력을 검출하는 장력검출부와, 연속체의 반송속도를 검출하는 속도검출부와, 장력설정값과 장력검출부의 검출장력과의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 속도검출부의 검출속도에 가감산한 값을 근거로 속도조정신호를 생성하여 속도조정부에 출력하는 속도제어부와, 아암의 일단을 회전중심으로 하여 타단에 로울러를 설치하고, 이 로울러에 연속체를 걸어서 아암 회전각을 바꿈으로서 연속체의 장력을 변화시키는 댄서로울러와, 이 댄서로울러의 아암을 회전시키는 회전구동부와, 상기 댄서로울러의 아암의 회전위치를 검출하는 위치검출부와, 댄서로울러 아암의 회전위치 설정값과 위치 검출부의 검출위치와의 차를 비례·적분·미분 연산하고, 이 값을 근거로 회전구동부에 회전구동신호를 출력하는 댄서로울러 제어부를 구비하고, 이 댄서로울러 제어부가, 댄서로울러 아암의 회전위치 설정값과 위치검출부의 검출위치와의 차를 입력값이 작을 때는 작게, 크게되면 큰 증폭도를 지닌 제2비선형 증폭기로 증폭한 다음 비례·적분·미분 연산하도록 한 것을 특징으로 하는 연속체의 반송장력 제어장치.