KR101039293B1

KR101039293B1 - Method for feed-forward tension control of Roll-to-roll electronic print system

Info

Publication number: KR101039293B1
Application number: KR1020090057888A
Authority: KR
Inventors: 신기현; 이창우; 강현규
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2008-06-28
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-06-07
Also published as: KR20100002226A

Abstract

본 발명은 롤투롤 시스템의 건조 시 온도 변화에 따른 열 변형률을 고려한 확장된 장력 모델을 이용하여 새로운 장력 제어 기법을 제안하는 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 확장된 장력 모델은 장력 변화 시 탄성계수, 열 팽창계수, 열 변형률의 변화에 따른 효과를 고려하며, 웹의 열 변형률이 속도 조정으로 보상하여, 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 검증이 행해져 결과적으로, 제안된 장력 제어 로직이 기존의 장력 제어 로직이 지닌 문제를 극복할 뿐만 아니라 롤투롤 시스템의 건조 구간에서 장력 제어 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a feedforward tension control method in a dry section of a roll-to-roll electronic printing system, which proposes a new tension control technique using an extended tension model considering a thermal strain according to a change in temperature during drying of a roll-to-roll system. The extended tension model of the present invention considers the effects of changes in elastic modulus, thermal expansion coefficient, and thermal strain when tension changes, and the computer's thermal strain is compensated by speed adjustment, and computer simulation and experimental verification are performed. The tension control logic not only overcomes the problems of the existing tension control logic but also improves the tension control performance in the drying section of the roll-to-roll system.

Feed-forward 제어, 온도 변화, 장력 제어, 열팽창계수, 열변형률 Feed-forward control, temperature change, tension control, coefficient of thermal expansion, thermal strain

Description

Method for feed-forward tension control of roll-to-roll electronic print system in dry section of roll-to-roll electronic printing system

본 발명은 롤투롤 전자 인쇄 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 생산성 향상과 제품의 품질을 위해 건조 구간에서 열 효과를 고려한 장력제어 기법을 개발하여 롤투롤 시스템의 장력 제어 성능을 향상시키는 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a roll-to-roll electronic printing system, and more particularly to a roll-to-roll electronic to improve the tension control performance of the roll-to-roll system by developing a tension control technique in consideration of the thermal effect in the drying section to improve productivity and product quality A method of controlling feedforward tension in a drying section of a printing system.

일반적으로 롤투롤(Roll to roll) 시스템은 플라스틱 필름(Film), 철판 후물재 등과 같이 두께에 비하여 소재의 폭 및 이송 길이가 매우 큰 소재의 웹(Web)이 롤러(Roller)들을 지나며 다양한 공정을 연속적으로 수행하는 시스템을 말한다.In general, the roll to roll system is a web of materials with a large width and a conveying length compared to the thickness, such as plastic film and steel plate material, and passes through rollers. A system that runs continuously.

도 1은 전형적인 롤투롤 그라비어 인쇄 시스템으로서, 도시된 바와 같이 풀림구간, 인피딩, 인쇄, 건조, 냉각, 아웃피딩, 감김 구간으로 구성된다. 1 is a typical roll-to-roll gravure printing system, consisting of a release section, infeeding, printing, drying, cooling, outfeeding, winding section as shown.

도 2는 하나의 스팬을 가진 웹 전송 시스템이고, 도 3은 온도 변화의 웹 스팬이다.2 is a web delivery system with one span, and FIG. 3 is a web span of temperature change.

도시된 바와 같이, 도 2에서 검사 체적을 위한 질량 보존 법칙은 수학식 1과 같고, 수학식 1로부터 수학식 2와 같은 비선형 장력 모델이 개발되었다.As shown, the mass conservation law for the test volume in FIG. 2 is the same as Equation 1, and from Equation 1, a nonlinear tension model is developed.

수학식 2는 하나의 스팬인 웹 전송 시스템에서 정상온도일 때의 장력 거동을 표현한다. Equation 2 expresses the tension behavior at normal temperature in one span web transmission system.

그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 소재의 온도 변화를 고려하는 경우에 수학식 2는 웹 스팬 내 탄성 계수와 열 변형률이 더 이상 균일하지 않기 때문에 웹의 장력 거동을 적절하게 표현하지 못하는 문제점이 있었다. However, as shown in FIG. 3, when considering the temperature change of the material, Equation 2 has a problem that the tension behavior of the web cannot be properly expressed because the elastic modulus and thermal strain in the web span are no longer uniform. .

그러므로 수학적 장력 모델은 웹의 온도 변화를 고려한 장력 거동을 적절하게 표현하기 위해 온도 변화로 인한 열 변형률, 온도 변화로 인한 탄성 계수 변화, 온도 변화로 인한 열 팽창계수 변화에 대한 조건들을 포함해야 한다.Therefore, the mathematical tension model should include conditions for thermal strain due to temperature change, elastic modulus due to temperature change, and thermal expansion coefficient due to temperature change in order to properly express the tension behavior considering the temperature change of the web.

그러나, 종래의 전자 인쇄 시스템에서 건조 온도는 전자 잉크 건조 조건에 따라 50도에서 300도까지 변할 수 있으며, 이는 탄성계수의 변화와 열 변형률의 발생을 초래하며, 이와 같은 열 변형률의 발생은 장력 외란을 발생시키고, 이는 잘못된 인쇄의 주요 원인이 되는 문제점이 있었다. However, in the conventional electronic printing system, the drying temperature may vary from 50 degrees to 300 degrees depending on the drying conditions of the electronic ink, which causes a change in the elastic modulus and the occurrence of thermal strain, which is caused by tension disturbance. This causes a problem that is the main cause of incorrect printing.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 생산성 향상과 제품의 품질을 위해 건조 구간에서 열 효과를 고려한 장력제어 기법을 개발하여 롤투롤 시스템의 장력 제어 성능을 향상시키는 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to overcome the above-described problems, roll to roll electronic printing system to improve the tension control performance of the roll-to-roll system by developing a tension control technique in consideration of the thermal effect in the drying section to improve productivity and product quality It is an object of the present invention to provide a feedforward tension control method in a drying section of the apparatus.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법은, 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조 구간 내 피드포워드 장력 제어 방법에 있어서, (a) 온도변화를 고려하여 피드포워드 장력을 제어하는 단계, (b) (a)단계의 장력 제어 단계에 따라 열 효과로 인한 결과적인 장력변화를 예측하여 속도를 보상하는 단계 및 (c) 상기 (b)단계의 예측 결과에 의하여 미리 롤러의 속도를 변화시킴으로써 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the feedforward tension control method in a dry section of a roll-to-roll electronic printing system according to the present invention is a feedforward tension control method in a dry section of a roll-to-roll electronic printing system, wherein (a) temperature change is considered. Controlling the feedforward tension, (b) compensating the speed by predicting the resulting tension change due to the thermal effect according to the tension control step of step (a), and (c) the prediction result of step (b). Compensating by changing the speed of the roller in advance by the.

상기 (b) 속도를 보상하는 단계는, (b-1) 측정된 자료로부터 등가 열 변형률과 등가 탄성 계수를 계산하는 단계, (b-2) 수학식 11을 사용해 위 값들을 속도 차이로 변환하는 단계, (b-3) 건조 구간에서 온도 변화로 인한 장력 변화를 제거하기 위해 속도 차이를 ASR의 기준 속도에 더하는 단계 및 (b-4) 온도변화로부터 생기는 탄성계수와 열 팽창계수의 변화를 제거하는데 사용하는 수학식 13의 건조구간 내 입구와 출구의 롤 사이에서 보상되어야 할 속도차이 값

을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.Compensating the speed (b), (b-1) calculating the equivalent thermal strain and the equivalent elastic modulus from the measured data, (b-2) converting the above values to the speed difference using Equation 11 Step, (b-3) adding the speed difference to the reference speed of the ASR to remove the tension change due to the temperature change in the drying section, and (b-4) removing the change in the elastic and thermal expansion coefficients resulting from the temperature change. The speed difference value to be compensated between the roll of the inlet and the outlet in the drying section of Equation 13

It may include the step of using.

상기 (a) 장력 제어 단계는, The (a) tension control step,

의 수학식을 만족하는 것이 바람직하다. It is preferable to satisfy the following equation.

상기 (a) 장력 제어 단계는, 건조 구간 내 온도변화와 함께 각 스팬의 장력은 정상상태에서 속도차

를 보상함으로써 업스트림(upstream)의 장력에 수렴하는 것이 더욱 바람직하다.In the tension control step, the tension of each span with the temperature change in the drying section is a speed difference in a steady state.

It is more desirable to converge to the upstream tension by compensating for.

본 발명에 따른 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법에 의하면, 수학적 장력 모델은 웹의 온도 변화를 고려한 장력 거동을 적절하게 표현하기 위해 온도 변화로 인한 열 변형률, 온도 변화로 인한 탄성 계수 변화, 온도 변화로 인한 열 팽창계수 변화에 대한 조건들을 포함하여, 생산성 향상과 제품의 품질을 위해 건조 구간에서 열 효과를 고려한 장력제어 기법을 개발하여 롤투롤 시스템의 장력 제어 성능을 향상시키는 효과가 있다.According to the method of controlling the feedforward tension in the dry section of the roll-to-roll electronic printing system according to the present invention, the mathematical tension model is used due to the thermal strain due to the temperature change and the temperature change in order to properly express the tension behavior considering the temperature change of the web. To improve the tension control performance of the roll-to-roll system by developing a tension control technique considering the thermal effect in the drying section to improve productivity and product quality, including the conditions for elastic modulus change and thermal expansion coefficient change due to temperature change. It works.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미 로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

열 효과를 고려하는 장력 모델을 개발하기 위해 다음의 가정을 사용한다.Use the following assumptions to develop a tension model that takes into account thermal effects.

도 4는 본 발명에 따른 롤투롤 시스템을 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 도 4에서 웹 스팬 내 온도 분포는 정상 상태이므로 시간 t의 함수가 아니다. 온도 분포의 변화는 정상 상태 운전 값에서부터 속도 변화가 충분히 작기 때문에 무시할 수 있다. 웹 내 변형률은 탄성 변형률과 열 변형률의 선형 조합이다. 웹 단면은 웹을 따라 변하지 않는다. 4 is a view showing a roll-to-roll system according to the present invention, as shown in Figure 4 is not a function of time t because the temperature distribution in the web span is steady state. Changes in temperature distribution can be neglected since the speed change is small enough from the steady state operating value. Strain in the web is a linear combination of elastic strain and thermal strain. The web cross section does not change along the web.

도 3에서 웹 스팬 내 등가 변형률은 수학식 3과 같이 정의된다.In FIG. 3, the equivalent strain in the web span is defined as in Equation 3 below.

상기 수학식에서,웹 스팬 내 등가변형률'

'는 웹 변형 함수를 스팬의 길이인'L'구간만큼 적분한 후, 스팬의 길이'L'로 나눈 값에 해당한다.In the above equation, the equivalent strain in the web span '

'Is the value obtained by integrating the web transformation function by the' L 'section, which is the span length, and then dividing by the span' L '.

도 4에서와 같이 무한 요소 dx의 변형률이고, 수학식 3은 수학식 4로 다시 쓸 수 있다.As shown in FIG. 4, it is the strain of the infinite element dx, and Equation 3 can be rewritten as Equation 4.

웹 스팬 내 등가 변형률'

'는 탄성변형(

)에 관한 함수와 열 변형(

)에 관한 함수를 스팬의 길이인 'L'구간만큼 정적분하여, 해당 스팬의 길이'L'로 나눈 값과 동일하다.Equivalent Strain in Web Span '

'Is the elastic deformation (

) And thermal transformations on

) Is equal to the value divided by the span length 'L' divided by the span length 'L'.

즉, 웹 스팬 내 등가 변형률'

'는 탄성의 등가 변형률

과 열의 등가 변형률

의 합으로 이루어진다.Ie equivalent strain in web span '

Is the equivalent strain of elasticity

Equivalent strain of overheat

Is made up of.

수학식 4에서 열의 등가 변형률

는 아래의 수학식 5에서와 같이 쓰여질 수 있다.Equivalent Strain of Column in Equation 4

May be written as in Equation 5 below.

즉, 등가 변형률'

'은 탄성계수에 대한 함수를 스팬의 길이인 'L'구간만큼 정적분한 값을, 웹의 단면적과 스팬의 길이를 곱한 값에 대한 웹의 장력을 곱한것과 같다.Ie equivalent strain '

'Is equal to the function of elastic modulus equally divided by the span length' L 'and multiplying the web's tension by the cross-sectional area of the web and the span length.

등가 탄성 계수를 수학식 6으로 정의하고, 열 팽창계수

를 사용하여 계산하면 수학식 4는 무한 요소 dx내

가 수학식 7과 같이 쓰여질 수 있다.The equivalent elastic modulus is defined by Equation 6, and the coefficient of thermal expansion

Using Equation 4, in Equation 4 is infinite

May be written as in Equation 7.

즉, 등가 변형률'

'은 웹의 단면적(A)과 스팬의 길이(L)를 곱한 값에 대한 웹의 장력과 열 팽창계수에 대한 함수와 온도에 대한 함수를 스팬의 길이인 'L'구간만큼 정적분한 값을 더한 값에 해당한다.Ie equivalent strain '

'Is a function of the web's tension, thermal expansion coefficient, and temperature, multiplied by the cross-sectional area of the web (A) and the span length (L), plus the static value divided by the span length' L '. Corresponds to the value.

수학식 1과 3으로부터 검사체적 내 웹 변형률과 웹 스팬의 끝 속도 사이의 동적 관계를 나타내는 수학식 8을 얻을 수 있다.From Equations 1 and 3, Equation 8 representing the dynamic relationship between the web strain in the test volume and the end speed of the web span can be obtained.

즉, 상기의 `수학식8'에 표현된 바와 같이, 검사 체적 출구의 등가 변형률

에 대한 미분값에 스팬의 길이를 곱한값은 검사체적 입구의 변형률

, 검사체적 입구에서의 롤러의 속도

, 검사 체적 출구의 등가 변형률

및 검사체적 출구에서의 롤러의 속도

로 표현된다.That is, as expressed in Equation 8 above, the equivalent strain of the test volume outlet

The derivative of the product multiplied by the span length is the strain at the entrance to the test volume.

Speed of the roller at the entrance to the inspection volume

Equivalent strain at the exit of the test volume

And the speed of the roller at the exit of the inspection volume

It is expressed as

수학식 7과 8을 결합하면 수학식 9를 얻을 수 있다.By combining Equations 7 and 8, Equation 9 can be obtained.

장력 t(t)는 도 3의 검사 체적 출구의 장력인

와 동일하고

는 검사 체적의 입구의 변형률이다. 그러므로 수학식 9는 수학식 10과 같이 쓰여질 수 있다.The tension t (t) is the tension of the test volume outlet of FIG.

Same as

Is the strain at the inlet of the test volume. Therefore, Equation 9 may be written as Equation 10.

수학식 10은 양변을 스팬의 길이'L'로 나눠줌으로써 수학식 11과 같이 선형화될 수 있다.Equation 10 may be linearized as shown in Equation 11 by dividing both sides by the span length 'L'.

상기 '수학식11'에서, In Equation 11,

수학식 11은 온도(θ)를 변수로 하고, 해당 온도 변화를 고려한 이동 웹의 장력 거동을 위한 수학적 모델이다. Equation 11 is a mathematical model for the tension behavior of the moving web in consideration of the change in temperature, the temperature (θ) as a variable.

이때, 건조 구간에서의 열 효과를 고려한 장력 제어를 위한 멀티 스팬 모델은 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.In this case, the multi-span model for tension control in consideration of the thermal effect in the drying section may be represented by Equation 12.

도 4는 전형적인 롤투롤 시스템을 나타내는 그림이다. 전통적인 롤투롤 시스 템에서 건조기를 포함하는 인쇄 구간의 장력은 상기의 '수학식12'에서 롤러의 속도'V'를 제어함으로써 가능하다.4 shows a typical roll-to-roll system. In a conventional roll-to-roll system, the tension of the printing section including the dryer is possible by controlling the roller speed 'V' in Equation 12 above.

인쇄 구간 내 건조기 온도가 너무 높기 때문에 장력측정기(로드셀)를 설치하기 어렵기 때문에 인쇄구간에서 draw 제어방법이 사용된다. 건조 구간 내에서 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 소재의 온도 변화로 인한 열변형률'

'로 인해 장력이 달라지게 된다. The draw control method is used in the printing section because it is difficult to install the tension meter (load cell) because the dryer temperature in the printing section is too high. The following problems may occur in the drying section. Thermal strain due to temperature changes in the material '

'Causes tension to change.

각 스팬의 탄성 변형률이 동일할지라도 소재의 온도에 따라 탄성 계수가 변하기 때문에 장력은 동일하지 않다.Although the elastic strain at each span is the same, the tension is not the same because the modulus of elasticity varies with the temperature of the material.

이러한 이유로 온도변화를 고려한 새로운 피드포워드(feed-forward) 장력 제어 기법이 도 5에 제안된다. For this reason, a new feed-forward tension control technique considering temperature change is proposed in FIG. 5.

제안된 장력 제어 설계에서 주요 아이디어는 열 효과로 인한 결과적인 장력변화를 예측하는 속도보상기와 미리 롤러의 속도를 변화시킴으로써 보상하는데 있다. In the proposed tension control design, the main idea is to compensate by changing the speed of the roller in advance and the speed compensator to predict the resulting tension change due to the thermal effect.

*속도 보상기의 구조는 도 6에 나타나 있고, 속도 보상기는 도 7에서와 같이 측정된 자료로부터 등가 열 변형률과 등가 탄성 계수를 계산한다. The structure of the speed compensator is shown in FIG. 6, and the speed compensator calculates an equivalent thermal strain and an equivalent elastic modulus from the measured data as shown in FIG.

그 후 수학식 11을 사용해 위 값들은 속도 차이로 변환된다. Then, using Equation 11, the above values are converted into speed differences.

속도 보상기는 건조 구간에서 온도 변화로 인한 장력 변화를 제거하기 위해 속도차이를 ASR의 기준 속도에 더한다. The speed compensator adds the speed difference to the reference speed of the ASR to eliminate tension changes due to temperature changes in the drying section.

예를 들면, 각 스팬의 온도 분포, 탄성 계수, 그리고 열 팽창계수가 특정 온도 구간에서 선형인 것을 가정하면, 속도 보상항은 수학식 11로부터 미분될 수 있다.For example, assuming that the temperature distribution, elastic modulus, and thermal expansion coefficient of each span are linear in a specific temperature range, the velocity compensation term can be differentiated from Equation (11).

수학식 13에서

는 정상상태 작동에 따른 롤러의 속도이고,

은 건조구간 내 입구와 출구에서의 롤 사이에서 보상되어야 할 속도차이 값이고, 온도변화로부터 생기는 탄성계수와 열 팽창계수의 변화를 제거하는데 사용될 수 있다. 그러므로 구간 내 온도변화와 함께 각 스팬의 장력은 정상상태에서 속도차

를 보상함으로써 업스트림(up stream)의 장력에 수렴한다.In equation (13)

Is the speed of the roller in steady state operation,

Is the speed difference value to be compensated between the rolls at the inlet and the outlet in the drying zone and can be used to eliminate the change in the elastic and thermal expansion coefficients resulting from temperature changes. Therefore, with the temperature change in the section, the tension of each span is the speed difference at steady state.

By converging to converge to the upstream tension.

건조구간과 최종 냉각 구간에서 수치적, 실험적 연구가 기존의 제어 방법의 한계를 확인하고 제안된 제어 방법의 성능을 검증하기 위해 수행되었다. Numerical and experimental studies in the dry section and final cooling section were carried out to identify the limitations of existing control methods and to verify the performance of the proposed control method.

시스템 내 롤과 모터의 특성은 동일한 것으로 가정하고, 건조 구간 내 제어 구성은 도 5, 6과 같다. It is assumed that the characteristics of the roll and the motor in the system are the same, and the control configuration in the drying section is as shown in FIGS. 5 and 6.

건조구간에서 온도가 균일하다면 장력의 거동은 도 8과 같다. If the temperature is uniform in the drying section, the behavior of tension is as shown in FIG.

건조기의 입, 출구 온도는 30도이고, 운전속도는 30MPM이다. 소재는 OPP이고, 장력은 기준장력(90N)에 수렴한다. The inlet and outlet temperatures of the dryer are 30 degrees and the operating speed is 30 MPM. The material is OPP and the tension converges to the reference tension 90N.

즉, 건조구간의 장력은 온도가 변하지 않으면 전통적인 제어 방법을 사용함으로써 잘 조정될 수 있다.That is, the tension in the drying section can be well adjusted by using traditional control methods if the temperature does not change.

그러나 도 3에서 소재의 온도는 변화는 것으로 가정하므로, 건조구간에서 기존의 제어 기법을 사용한 장력 거동은 도 9에서 보여진다. However, since the temperature of the material is assumed to change in FIG. 3, the tension behavior using the conventional control technique in the drying section is shown in FIG. 9.

건조기의 입, 출구 온도는 30도, 75도이고, 운전 속도는50MPM, 소재는 OPP이다.The inlet and outlet temperatures of the dryer are 30 degrees and 75 degrees, the operating speed is 50MPM, and the material is OPP.

도 10a 및 10b는 건조구간에서 제안한 제어 기법을 장력제어에 적용한 결과를 보여준다. 10a and 10b show the results of applying the control method proposed in the drying section to the tension control.

결과는 장력변화에 대한 열적효과(열 변형률과 변화된 탄성계수)에서도 속도 보상기가 잘 작동(100초)하고 있음을 보여준다. The results show that the speed compensator works well (100 seconds) even in the thermal effect (thermal strain and changed modulus of elasticity) on tension change.

그러므로 제안한 제어 기법을 건조구간에 적용한 경우에는 온도 변화로 인한 열 효과는 제거될 수 있다. Therefore, when the proposed control technique is applied to the drying section, the thermal effect due to the temperature change can be eliminated.

도 11은 롤투롤 전자 인쇄 시스템에서 제안된 feed-forward 제어 로직을 보여준다. 11 shows the feed-forward control logic proposed in the roll-to-roll electronic printing system.

주 제어기(PLC)에서 속도 보상기는 온도변화로 인한 장력 외란을 제거하기 위해 속도를 예측한다. In the main controller (PLC), the speed compensator estimates the speed to eliminate tension disturbances caused by temperature changes.

속도 보상기는 보상값을 DeviceNet을 통해 모터 드라이브에 전송한다.The speed compensator sends the compensation value to the motor drive via DeviceNet.

건조기의 입, 출구 온도는 각각 30도, 75도이고, 운전 속도는 30MPM이다. 소재는 OPP이고, 운전장력은 100N이다. The inlet and outlet temperatures of the dryer are 30 degrees and 75 degrees, respectively, and the operating speed is 30 MPM. The material is OPP and the driving tension is 100N.

기존 제어 기법에 의한 건조구간에서 장력 거동은 도 12와 같다. 기준 장력 이 100N이더라도, 온도변화로 인해 장력은 줄어든다. Tension behavior in the drying section by the conventional control method is shown in FIG. Even if the reference tension is 100N, the tension decreases due to the temperature change.

도 13a 및 13b는 건조구간에서 제안한 제어 기법을 장력제어에 적용한 결과를 보여준다. 13a and 13b show the result of applying the control method proposed in the drying section to the tension control.

실험결과는 장력변화에 대한 열적효과(열 변형률과 변화된 탄성계수)에서도 속도 보상기가 잘 작동(3310초)하고 있음을 보여준다. The experimental results show that the speed compensator works well (3310 seconds) even in the thermal effect (thermal strain and changed elastic modulus) on the tension change.

건조구간에서 장력은 속도보상 후 기준장력값(100N)에 수렴한다. In the dry section, the tension converges to the reference tension value (100N) after speed compensation.

그러므로 제안한 제어 기법을 건조구간에 적용한 경우에는 온도 변화로 인한 열 효과는 제거될 수 있다.Therefore, when the proposed control technique is applied to the drying section, the thermal effect due to the temperature change can be eliminated.

온도변화를 고려한 장력거동에 대한 수학적 모델이 롤투롤 전자 인쇄 시스템에서 건조나 냉각의 플랜트의 장력 거동을 연구하기 위해 개발되었다. A mathematical model of the tension behavior with temperature changes was developed to study the tension behavior of a drying or cooling plant in a roll-to-roll electronic printing system.

개발된 수학적 모델을 사용함으로써, 기존의 제어 기법을 사용한 장력 제어는 불가능함을 보여주었다. By using the developed mathematical model, it is shown that tension control using existing control techniques is impossible.

롤투롤 시스템을 위한 속도 보상기를 포함한 새로운 제어 기법은 기존의 제어 기법의 문제를 극복하기 위해 제안되었다.New control schemes including speed compensators for roll-to-roll systems have been proposed to overcome the problems of existing control schemes.

제안된 제어 기법의 성능을 검증하기 위해, 수치 및 실험적 연구가 온도변화와 함께 건조구간에 대해서 수행되었다. In order to verify the performance of the proposed control technique, numerical and experimental studies were performed on the drying zone with temperature changes.

결과로부터, 온도변화로 인한 장력변화는 제안된 제어 기법에 의해 롤투롤 전자 인쇄 시스템에서 제거될 수 있음이 확인되었다.From the results, it is confirmed that the tension change due to the temperature change can be eliminated in the roll-to-roll electronic printing system by the proposed control technique.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명 백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it is obvious to those skilled in the art that various modifications and changes are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. .

상술한 바와 같은 본 발명에 사용된 기호의 설명은 다음과 같다.Description of the symbols used in the present invention as described above are as follows.

A: 웹의 단면적(Cross-sectional area of web)A: Cross-sectional area of web

E: 영률(Young’s modulus)E: Young ’s modulus

L: 스팬의 길이(Length of span)L: Length of span

T: Change in the web tension from a steady-state operating valueT: Change in the web tension from a steady-state operating value

정상상태 작동 값의 변화에 따른 웹 장력 Web tension due to changes in steady state operating values

t : 웹의 장력(Tension of web)t: Tension of web

V: Change in the web velocity from a steady-state operating valueV: Change in the web velocity from a steady-state operating value

정상상태 작동 값의 변화에 따른 웹 속도 Web speed as the steady state operating value changes

v: 롤러의 속도(Velocity of roller)v: Velocity of roller

α: 열 계수(Thermal coefficient)α: thermal coefficient

β: 속도차(Velocity difference)β: Velocity difference

ε: 웹의 변형(Strain of web)ε: strain of web

ε^th: 열 변형(Thermal strain)ε ^th : Thermal strain

ε^e: 탄성변형(Elastic strain)ε ^e : Elastic strain

θ: 온도(Temperature)θ: Temperature

ρ: 웹의 밀도(Density of web)ρ: Density of web

eq: 등량(Equivalent)eq: equivalent

N: 지수(Index)N: Index

op: 정상상태 작동 값(Steady-state operating value)op: Steady-state operating value

θ: 온도(Temperature)θ: Temperature

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

도 1은 전형적인 롤투롤 그라비어 인쇄 시스템을 나타낸 도면,1 shows a typical roll-to-roll gravure printing system,

도 2는 하나의 스팬을 가진 웹 전송 시스템을 나타낸 도면,2 is a diagram illustrating a web delivery system having one span;

도 3은 온도 변화의 웹 스팬을 가진 웹 전송 시스템을 나타낸 도면, 3 shows a web delivery system with a web span of temperature change,

도 4는 본 발명에 따른 롤투롤 시스템을 나타낸 도면,4 is a view showing a roll-to-roll system according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 롤투롤 전자 인쇄 시스템의 건조구간 내 피드포워드 장력 제어 방법을 나타낸 제어 흐름도,5 is a control flowchart illustrating a feedforward tension control method in a dry section of a roll-to-roll electronic printing system according to the present invention;

도 6은 속도 보상기의 구조를 나타낸 도면,6 is a view showing the structure of a speed compensator;

도 7은 소재의 변형률과 스트레스 곡선(측정된 자료)을 나타낸 그래프,7 is a graph showing the strain and the stress curve (measured data) of the material,

도 8은 온도 변화없는 건조 구간에서 장력 변화를 나타낸 그래프,8 is a graph showing the tension change in the drying section without temperature change,

도 9는 온도 변화를 가진 건조 구간에서 장력 변화를 나타낸 그래프,9 is a graph showing a change in tension in a drying section having a temperature change,

도 10a 및 10b는 온도 변화를 가진 제안한 제어 기법의 건조 구간에서의 장력 및 속도 변화를 나타낸 그래프,10a and 10b are graphs showing changes in tension and speed in the drying section of the proposed control scheme with temperature change,

도 11은 온도 변화를 가진 제안한 제어 로직 시스템을 나타낸 도면,11 shows a proposed control logic system with a temperature change;

도 12는 건조 구간에서 온도 변화로 인한 장력 변화를 나타낸 그래프, 및12 is a graph showing a change in tension due to temperature change in a drying section, and

도 13a 및 13b는 온도 변화를 가진 제안한 제어 기법의 건조 구간에서의 장력 및 속도 변화의 결과를 나타낸 그래프 이다.13A and 13B are graphs showing the results of tension and speed changes in the drying section of the proposed control scheme with temperature changes.

Claims

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In the feedforward tension control method in the drying section of the roll-to-roll electronic printing system,

(a) controlling the feedforward tension in consideration of the temperature change;

(b) compensating for the speed by predicting a change in tension resulting from a change in thermal strain, a modulus of elasticity and a coefficient of thermal expansion due to temperature change according to the tension control step of step (a); And

(c) compensating the speed by changing the speed of the roller in advance according to the prediction result of step (b);

Here, the step of (b) compensating the speed,

(b-1) calculating an equivalent thermal strain and an equivalent elastic modulus from the measured data;

(b-2) converting the calculated equivalent thermal strain and equivalent elastic modulus into a speed difference;

(b-3) adding a speed difference to a reference speed of ASR (Auto Speed) to remove the tension change due to the temperature change in the drying section; And

(b-4) Velocity difference to be compensated between the rolls at the inlet and outlet in the drying section used to eliminate changes in elastic and thermal expansion coefficients resulting from temperature changes.

Feed forward tension control method in the dry section of the roll-to-roll electronic printing system comprising a step of using.

The method of claim 2,

Step (b-2),

Feed forward tension control method in the dry section of the roll-to-roll electronic printing system, characterized in that to apply the equation.

The method of claim 2,

Step (b-4),

The method of claim 2,

The (a) tension control step,

Feed forward tension control method in the dry section of the roll-to-roll electronic printing system, characterized in that to satisfy the equation.

The method of claim 5,

The (a) tension control step,

Tension of each span with speed change in drying section

A method of controlling feedforward tension in a dry section of a roll-to-roll electronic printing system, characterized by converging to a tension upstream by compensating for the upstream.

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