KR100916833B1

KR100916833B1 - 제지용 커터 자동제어 장치

Info

Publication number: KR100916833B1
Application number: KR1020090023324A
Authority: KR
Inventors: 박진희
Original assignee: 동인엔지니어링 (주)
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-09-14

Abstract

본 발명은 제지용 커터 자동제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 운전정지 없이 길이 및 회전속도를 제어할 수 있는 커터나이프, 장력검출에 의해 회전이 제어되는 언릴스탠드, 장력조절을 위해 제어되는 디컬러, 폭이 자동제어되는 슬리터 및 불량용지 배출기능을 구비한 제지용 커터 자동제어 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치는 다수의 종이웹 안치를 위한 언릴스탠드(Unreel Stand)부와; 상기 언릴 스탠드로부터 공급되는 종이쉬트(Paper Sheet)의 혼입된 공기를 제거하고 주름을 펴기 위한 디컬러(Decurler)부와; 공급용지의 길이방향의 재단을 위한 슬리터(Slitter)부와; 커터나이프(Cutter Knife)에 용지를 공급하기 위한 피드롤(Feed Roll)부와; 공급받은 용지를 폭방향으로 소정의 길이만큼 자르는 로터리방식 커터나이프부 및; 팔레트에 용지를 적재하기 위한 적재부를 포함하되, 상기 커터나이프부는 로터리 방식의 상부커터와 하부커터와 상기 커터들을 구동을 위한 서보모터와 이를 제어하기 위한 서보드라이브, PLC 및 HMI를 포함하고 상기 커터들은 원점(Start Position), 동기화 개시위치(Start Synchronizing Position), 절단위치(Rotary Knife Position), 동기화 종료위치(End Synchronizing Position) 4가지 단계의 동작을 수행하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

언릴스탠드, 디컬러, 슬리터, 피드롤, 커터나이프,

Description

제지용 커터 자동제어 장치 {AUTOMATIC CONTROL DEVICE FOR SHEET CUTTER IN PAPER MANUFACTURING PROCESS}

커팅공정은 초지공정에서 생산된 초지를 가공하여 종이웹 형태로 감겨있는 종이 쉬트를 검사, 선별 및 계량을 실시 후 고객이 요구하는 길이와 폭으로 제단하는 공정을 말한다.

일반적으로 커팅 공정을 위한 장치는 종이 웹 안치를 위한 다수의 언릴 스탠드, 용지의 주름을 펴기위한 디컬러, 공급용지의 길이방향 재단을 위한 슬리터, 용지를 폭방향으로 커팅하기 위한 커터나이프 및 소정의 적재수단을 구비하게 되는데, 종래의 제지용 커터 공정에 있어서 부분적으로 자동제어 장치가 적용되기도 하지만 일반적으로 다음과 같은 단점들이 있다.

우선 커터나이프에 있어서는 용지의 길이를 조정하거나 회전속도를 변경할 때 마다 운전을 정지해야하고, 종이쉬트 이동속도와 커터 회전속도를 동기화 하는데 많은 시간이 소요되며, 기계적 마모로 인해 칼날수명이 짧아서 운전비용이 비싸고, 재단시 기계소음이 심할 뿐만 아니라 절단면이 깨끗하지 않은 점, 수동조작을 위한 숙련공의 필요, 분당 250장 정도에 불과한 생산속도 등의 단점이 있다.

또한, 언릴스탠드의 경우 드럼브레이크 작동시 마다 종이웹이 진동이 발생하고, 장력균제도 불량하여 정확한 길이로 절단하지 못하며, 최대 분당 200미터정도에 불과한 생산속도를 가지고 있다.

또한, 장력조절을 위한 디컬러의 회전속도, 슬리터의 폭조절 등도 수동으로 제어하여야 하는 불편함이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따르는 제지용 커터 자동제어 장치는 다수의 인버터와 서보드라이브에 의해 각종 구동장치를 제어함으로써 운전정지 없이 회전속도, 위치 등 작동환경을 변경 가능하게 하는 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치는 다수의 종이웹 안치를 위한 언릴스탠드(Unreel Stand)부와; 상기 언릴 스탠드로부터 공급되는 종이쉬트(Paper Sheet)의 혼입된 공기를 제거하고 주름을 펴기 위한 디컬러(Decurler)부와; 공급용지의 길이방향의 재단을 위한 슬리터(Sliter)부와; 커터나이프(Cutter Knife)에 용지를 공급하기 위한 피드롤(Feed Roll)부와; 공급받은 용지를 폭방향으로 소정의 길이만큼 자르는 로터리방식 커터나이프부 및; 팔레트에 용지를 적재하기 위한 적재부를 포함하되, 상기 커터나이프부는 로터리 방식의 상부커터와 하부커터와 상기 커터들을 구동을 위한 서보모터와 이를 제어하기 위한 서보드라이브, PLC 및 HMI를 포함하고 상기 커터들은 원점(Start Position), 동기화 개시위치(Start Synchronizing Position), 절단위치(Rotary Knife Position), 동기화 종료위치(End Synchronizing Position) 4가지 단계의 동작을 수행하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 언릴스탠드부는 종이쉬트의 장력을 조절을 위해 상기 로드셀과 상기 로드셀로부터 검출한 장력시그널에 의해 회전을 제어하기 위한 텐션 컨트롤러 및 회전속도 조절을 위한 브레이크가 포함된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디컬러부는 제1롤러, 기어휠, 디컬러 베이스플레이트, 디컬러, 제2롤러 및 제3롤러를 포함하되, 종이쉬트의 대각(R)이 가변될 수 있도록 상기 디컬러는 기어휠과 디컬러 베이스플레이트에 의해 상하로 움직이는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬리터부의 슬리터는 상부 슬리터 리니어 스케일와 하부 슬리터 리니어 스케일에 의한 종이쉬트의 위치파악에 의해 칼날의 폭을 제어하는 서보모터, 서보드라이버 및 제어장치들을 구비하고, 피드롤의 라인 속도에 따라서 회전속도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커터나이프 전단계에서 불량용지를 검출하기 위한 감시 카메라와, 상기 커터나이프 후단계에서 불량용지를 배출하기 위한 배출구을 더 포함하는 것 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 제지용 커터 자동제어 장치는 커터나이프에 있어서 최신 자동제어 기술로 인해 운전정지할 필요없이 분단위로 길이 또는 회전속도를 변경할 수 있고, 종이쉬트 이송속도와 커터회전속도를 정밀하게 동기화시켜 깨끗하게 절단하며, 칼날수명을 10배이상 연장하여 운전비용을 절감할 뿐만 아니라 재단시 적은 기계소음과, 데이터베이스를 통한 품종별 제어, 최대 0.5밀리미터 오차 이내에 최대 분당 450~500장의 생산속도를 낼 수 있다.

또한, 언릴스탠드의 경우 로드셀을 사용하여 정확한 장력을 검출하여 실시간 정밀제어 할 수 있고, 초단위로 장력 설정값을 변경할 수 있으며, 서보제어기술 및 피드백장치가 장착된 벡터드라이브와 컴퓨터 제어를 통하여 최대 분당 500미터의 생산속도를 낼 수 있다.

또한 디컬러의 경우도 종이쉬트의 이송속도에 따라서 회전속도가 제어되므로 제품의 표면 품질이 향상되게 할 뿐만아니라, 슬리터의 경우도 최대 0.2밀리미터 오차범위내에서 수분내에 위치를 자동으로 제어하고 종이쉬트의 이송속도에 따라서 슬리터 회전속도를 연동하게 할 수 있다.

부가적으로 감시카메라와 배출수단의 부가로 불량용지를 커팅과정에서 분리 배출할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치을 도시한 개략도 이다. 도시된 바와 같이 본 장치는 다수의 종이웹(1) 안치를 위한 언릴스탠드부(100)와 상기 언릴스탠드부로부터 다수 겹쳐져서 공급되는 종이쉬트(10)의 혼입된 공기를 제거하고 주름을 펴기 위한 디컬러부(200)와 공급용지의 길이방향 재단을 위한 슬리터부(300)와 커터나이프에 용지를 공급하기 위한 피드롤부(400)와 공급받은 용지를 폭 방향으로 소정의 길이로 자르는 로터리방식 커터나이프부(500) 및 팔레트에 용지를 적재하기 위한 적재수단(600)을 포함한다.

본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치의 주된 기능은 상기 자동제어되는 로터리식 커터나이프(500)인바, 상기 커터나이프는(500)는 도1에서 도시된 바와 같이 서보모터(510)에 의하여 구동되고 커터서보드라이버(520)에 의해 컨트롤 된다. 상기 커터 서보드라이버(520)는 한바퀴 회전할 때마다 한 번씩 종이쉬트(10)를 재단하는 것을 제어하기 위함인데, 서보드라이브 모터 콘트롤러 프로그램에 의해 드라이브 속도와 위치가 제어되고, 종이쉬트(10)의 이송속도와 재단길이 데이터가 드라이브에 레퍼런스 값으로 전송되며, 종이쉬트(10)의 이송속도와 재단길이에 따라서 360도 회전하는 동안 동적 속도값을 자동으로 계산한다.

상기 커터나이프(500)의 자동제어 설계를 위한 기본적인 사항은 도2 내지 도3에 도시된 바와 같이 로터리 커터는 회전축 원주둘레에 칼날이 각각 상하 회전축에 부착되어 있으며 칼날 손상방지를 위해 상부커터(511)와 하부커터(512)에 칼날이 한쌍으로 구성된다.(도2. 참조) 상하 회전축이 고속으로 회전하면서 서로 만나는 순간 종이쉬트(10)가 폭방향으로 절단된다. 이를 위하여 서보모터(510)에 대한 자동제어설계상 상기 커터들(511)(512)은 원점(Start position)(A), 동기화 개시위치(Start Synchronizing position)(B), 절단위치(Rotary Knife position)(C), 동기화 종료위치(End synchronizing position)(D) 4가지 단계의 동작을 구분하여 프로그램설계한다.(도3. 참조) 상기 동기화 개시위치(B), 절단위치(C) 및 동기화 종료위치(D)까지 범위를 절단범위(Synchronous range)(R1), 상기 동기화 종료위치(D)에서 원점(A)를 거쳐 다음 동기화 개시위치(B)까지의 범위를 대기 범위(Format range)(R2)로 본다.

자동제어설계를 위해 종이쉬트가 커터에 인입되기 전단계에서 용지길이 계측에 의하여 종이쉬트(10)의 커팅포인트가 커터구역 내로 들어왔는지를 검출하는 단계와; 상기 종이쉬트(10)가 인입시점에 커터를 대기범위(R2)에 위치하도록 제어하는 단계와; 절단범위(R1)에서 상하 칼날은 종이쉬트(10) 진행속도와 동일한 속도로 회전하면서 절단위치(C)에서 종이쉬트를 절단하는 단계 및; 다음 동기화 개시위치(B)까지 대기범위(R2)에서 회전수를 가속해서 다음 절단동작을 위해 대기범위내에 위치하도록 제어하는 단계를 요한다. 따라서, 연속으로 절단범위(R1)에서 절단하기 위해서는 회전축의 운동값(Dynamic value)을 적절하게 조절하여야 한다.

작동프로시져의 예시를 들면, 커트길이가 360mm이고 기계의 속도가 36mm/sec 일경우, PLC의 내장식에 의해 종이쉬트 한장(360mm)을 통과시키는데 10 초가 소요됨을 계산하고, 매 10초마다 한장씩 종이쉬트를 재단해야 하므로 대기범위(R2)에서는 고속으로 회전하여 재단에 필요한 시간을 확보한다. 동기화 개시위치(B)부터 종이쉬트 이동속도와 동일한 속도로(36mm/sec) 커터를 회전시켜서 절단위치에서 상하 커터날이 만나는 순간 재단하게 되는데, 동기화 개시위치와 종료위치 사이의 각도는 40도이며 정중앙에 절단위치를 배치하도록 프로그램한다. 또한, 대기범위(R2)를 320도 고속으로 회전하여 대기범위 경과시간과 절단범위 경과시간 사이의 균형을 맞출 수 있도록 프로그램되어야 한다.

상기 로터리 방식 커터는 종이길이 변경을 빠르면서 쉽게 할 수 있도록 용이한 장치 업그레이드와 파워증가, 향상된 라인스피드, 작업편이성, 종이쉬트 계수기능, 운전경비 및 정비비 절감 등의 장점을 제공한다.

상기 언릴스탠드부(100)는 도1에 도시된 바와 같이 종 방향으로 배열되어 각각의 언릴스탠드에 종이웹(1)을 다수 안치함으로써 다수 겹쳐진 종이쉬트(10)를 디컬러부(200), 슬리터부(300), 피드롤부(400) 및 커터나이프부(500)에 공급하는 기능을 한다. 상기 언릴스탠드는 특정 가이드롤러에 장착된 로드셀(110)로 부터 검출된 장력시그널과 텐션컨트롤러(120)와 회전 제어를 위한 브레이크에 의해 종이 웹의 장력을 조절한다.

상기 디컬러부(200)는 종이쉬트(10)에 포함된 공기를 제거하고 주름을 펴기 위한 기능을 한다. 상기 디컬러부는(200) 도5에 도시된 바와 같이 제1롤러(210), 기어휠(220), 디컬러 베이스플레이트(230), 디컬러(240), 제2롤러(250) 및 제3롤러(260)을 포함한다. 상기 제1롤러(210)은 종이쉬트(10)의 인입을 위한 것이고, 제2롤러(250) 및 제3롤러(260)는 종이쉬트(10) 인출을 가이드하기 위함인데, 상기 제3롤러(260)에는 종이웹(1)의 텐션 체크를 위한 로드셀이 선택적으로 장착될 수 있다. 상기 제1롤러(210)와 제2롤러(250)사이에 걸쳐진 용지는 주름을 펴기 위해 가 압하는 디컬러(240)에 의하여 대각이(P)이 형성되는데, 상기 기어휠(220)에 의해 디컬러(240)를 고정하고 있는 디컬러 베이스플레이트(230)의 상하 이동에 의해 결정된다. 종이두께와 주름정도에 따라 적절한 대각(P)을 결정하게 되는데 일반적으로 90도보다 작은 범위내에서 조정하되 종이 손상을 방지하기 위해 종이두께가 두꺼울 경우에는 90도보다 크게 조절해야 한다. 주름이 많을 경우에는 강하게 장력을 가하여 주름을 펴야 하므로 종이손상이 없는 한도 내에서 대각을 작게 조절해야 한다.

상기 슬리터(300)는 회전 칼날에 의하여 종이쉬트(10)가 일정한 폭을 가지도록 길이방향으로 재단하는 기능을 하는데, 피드롤(400)의 라인 속도에 따라서 회전속도가 제어될 수 있는바, 슬리터 인버터(320)와 구동모터(310)에 의해 상기 슬리터(300)의 속도를 제어하며 중앙식 PLC가 레퍼런스 속도를 지시하며, 공급되는 용지의 이송속도에 따라서 자동으로 연동될 수 있다. 또한 상기 슬리터의 칼날은 가변 폭을 가질 수 있고 서보드라이버(321)과 서보모터(311)에 의하여 폭을 제어되는데 마그네틱 센서를 이용한 상부 슬리터 리니어 스케일(TOP SLITTER LINEAR SCALE)(330a)와 하부 슬리터 리니어 스케일(BOTTOM SLITTER LINEAR SCALE)(330b)의 종이용지(10)의 포지션을 감지한다.

도4는 슬리터의 제어를 위한 구성을 개략적으로 도시한 것인데, PLC(Programmable Logic Controller)(340)내에는 상기 절차를 수행하기 위한 일련의 프로그램이 포함되어 있고, HMI(Human-Machine Interface)(350)를 통하여 손쉽 게 최적의 환경을 설정 지시할 수 있다.

상기 피드롤(400)은 종이웹(1)으로 부터 용지(10)를 당겨서 커터나이프(500)로 보내는 역할을 하는 바, 수직으로 위치한 1대1 속도비로 회전하는 상부와 하부에 위치한 두개의 드럼으로 구성되어 있으며, 용지에 일정한 압력을 가하도록 상부 피드롤이 일정한 공기압으로 종이쉬트를 누르도록 제어한다. 상기 피드롤(400)은 피드롤 서보모터(410)에 의해서 구동되며, 이송속도를 제어하는 HMI입력값과 PLC지시값에 의해서 피드롤 서보드라이브(420)가 조절된다.

상기와 같은 제지용 커터 자동제어 장치의 공정과정에서 용지표면의 구멍, 스크래치, 주름과 같은 표면손상이 있는 용지를 발견한 경우 용지를 적재하기 전에 배출하기 위하여 도1에서와 같이 불량용지를 검출하기 위한 장치를 더 포함할 수 있는데, 커터나이프부 전단계에 감시 카메라(20)가 설치될 수 있고, 커터나이프부 후단계에서 배출구(30)가 설치되어, 도6에 도시된 바와 같이 같이 커팅과정에서 불량용지를 배출할 수 있다.

도7은 상기 제지용 커터 자동제어 장치의 하드웨어 구성의 일실시예를 개략적으로 도시한 것이며, 상기 제지용 커터 자동제어 장치가 수행하는 일련의 프로세스는 도8에 도시된 블록도를 참조할 수 있을 것이다.

도9는 제조된 용지의 품질을 비교하기 위한 것인데 (a)는 기존 설비로 절단한 쉬트단면으로 절단면이 깨끗하지 않아 지분이 많이 발생하고 복사기 및 프린트 인쇄시 걸림현상이 발생하는 반면, 도시된 (b)는 본 발명에 따를 제지용 커터 자동제어 장치에 의하여 절단한 쉬트의 단면으로 절단면이 깨끗하여 지분이 적고 용지의 품질이 우수함을 참고할 수 있다.

상기 내용은 발명의 구체적인 실시의 목적을 위하여 바람직한 실시예로 표현하였으나 본 발명의 내용은 그 기술사상과 균등범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있을 것이고, 본 발명의 권리범위는 상기 내용에 의해 제한되어 해석되어서는 아니될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치의 개요도.

도2는 본 발명에 따른 커터나이프부 작동상태의 설명도.

도3은 본 발명에 따른 커터나이프부 작동상태의 설명도.

도4는 본 발명에 따른 슬리터부의 제어장치의 구성도.

도5는 본 발명에 따른 디컬러부 작동상태의 설명도.

도6은 본 발명에 따른 용지 배출구 작동상태의 설명도.

도7은 본 발명에 따른 장치 하드웨어의 일 실시예의 구성도.

도8은 본 발명에 따른 제지용 커터 자동제어 장치의 절차 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 종이웹 10: 종이쉬트

20: 감시카메라 30: 배출구

100: 언릴스탠드부 110: 로드셀

120: 텐션컨트롤러 200: 디컬러부

210, 250, 260: 롤러 220: 기어휠

230: 디컬러 플레이트 240: 디컬러

300: 슬리터부 310: 구동모터

320: 슬리터 인버터 311: 서보모터

321: 서보드라이브 400: 피드롤부

410: 서보모터 420: 서보드라이브

500: 커터나이프부 510: 서보모터

511: 상부커터 512: 하부커터

513a, 513b: 센서 520: 서보드라이브

530: PLC 540: HMI

600: 적재부

Claims

제지용 커터 자동제어 장치에 있어서, 다수의 종이웹 안치를 위한 언릴스탠드부와; 상기 언릴 스탠드부로부터 공급되는 종이쉬트의 혼입된 공기를 제거하고 주름을 펴기 위한 디컬러부와; 공급용지의 길이방향의 재단을 위한 슬리터부와; 커터나이프에 용지를 공급하기 위한 피드롤부와; 공급받은 용지를 폭방향으로 소정의 길이만큼 자르는 로터리방식 커터나이프부 및; 팔레트에 용지를 적재하기 위한 적재부를 포함하되,

상기 커터나이프부는 로터리 방식의 상부커터와 하부커터와 상기 커터들을 구동을 위한 서보모터와 이를 제어하기 위한 서보드라이브, PLC 및 HMI를 포함하고 상기 커터들은 원점, 동기화 개시위치, 절단위치, 동기화 종료위치 4가지 단계의 동작을 수행하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 제지용 커터 자동제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 언릴스탠드부는 종이쉬트의 장력을 조절을 위해 로드셀과 로드셀로부터 검출한 장력시그널에 의해 회전을 제어하기 위한 텐션 컨트롤러 및 회전속도 조절을 위한 브레이크가 포함된 것을 특징으로 하는 제지용 커터 자동제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 디컬러부는 제1롤러, 기어휠, 디컬러 베이스플레이트, 디컬러, 제2롤러 및 제3롤러를 포함하되, 종이쉬트의 대각(R)이 가변될 수 있도록 상기 디컬러는 기어휠과 디컬러 베이스플레이트에 의해 상하로 움직이는 것을 특징으로하는 제지용 커터 자동제어 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 디컬러부와 커터나이프 사이에 불량용지를 검출하기 위한 감시 카메라와, 상기 커터나이프와 적재부 사이에 불량용지를 배출하기 위한 배출구을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제지용 커터 자동제어 장치.