KR101237671B1 - 이동 웨브를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 위치설정 안내기(14)를 제2 위치설정 안내기(16)에 인접하게 위치시키는 단계를 포함하여 선택된 횡방향 위치에 관하여 이동 웨브(12)를 제어하는 방법에 관한 것이며, 제2 위치설정 안내기는 최소한의 백래시를 갖는 웨브 위치설정용 기구를 구비한다. 웨브는 제1 위치설정 안내기와 제2 위치설정 안내기를 통과한다. 센서(54)가 제2 위치설정 안내기에서의 이동 웨브의 횡방향 위치를 검출한다. 센서는 제2 위치설정 안내기에서의 웨브의 횡방향 위치를 제어기(56)로 전송한다. 제어기는 웨브의 횡방향 위치가 선택된 횡방향 위치의 미리 선택된 치수 범위 내에서 제어될 수 있도록 제2 위치설정 안내기에 체결되는 제로 백래시 액추에이터(58)를 조종한다.

이동 웨브, 위치설정 안내기, 백래시, 롤러, 센서, 액추에이터

Description

이동 웨브를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING A MOVING WEB}

본 발명은 일반적으로 이동 웨브(moving web)를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 이동 웨브의 횡방향 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 고속 제어 시스템과 상호작용하여 최소한의 기계적 백래시(backlash)를 갖는 웨브 안내 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 웨브의 횡방향 위치를 제어하는 방법을 포함한다.

일반적으로, 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하는 안내 시스템에는 2가지의 유형이 존재한다. 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하기 위한 제1 유형의 안내 시스템은 수동형 시스템(passive system)이다.

수동형 시스템의 일 예는 에지보다 중앙에서 보다 큰 반경을 갖는 크라운 롤러(crowned roller)이며, 이는 또한 볼록 롤러(convex roller)로 불린다. 크라운 롤러는 샌딩 벨트(sanding belt) 및 컨베이어 벨트(conveyor belt)와 같은 웨브의 폭과 관련하여 비교적 두꺼운 웨브를 제어하는 데에 효과적이다.

다른 수동형 유형의 안내 시스템은 플랜지(flange)를 구비한 테이퍼 롤러(tapered roller)이다. 롤러 상의 테이퍼는 웨브를 플랜지로 향하게 한다. 웨 브 에지는 플랜지와 접촉하고, 그럼으로써 웨브의 횡방향 위치를 제어한다. 플랜지를 구비한 테이퍼 롤러는 비디오테이프와 같은 좁은 웨브의 측방향 위치를 제어하는 데에 통상 사용된다.

그러나, 수동형 안내 시스템은 넓고 얇은 웨브를 안내할 수는 없는데, 그 이유는 수동형 안내 시스템의 유형에 따라 웨브의 에지가 구부러지기 쉽거나 또는 웨브가 주름을 형성하기 쉽기 때문이다. 넓고 얇은 웨브를 효과적으로 제어하기 위해서는 능동형 안내 시스템(active guide system)을 필요로 한다.

전형적인 능동형 안내 시스템은 웨브의 위치를 알아내기 위한 감지 장치, 기계적 위치설정 장치, 요구되는 횡방향 위치로부터의 오차를 판정하기 위한 제어 시스템, 및 제어 시스템으로부터 신호를 수신하여 기계적 위치설정 장치를 조작하는 액추에이터를 포함한다. 얇고 넓은 웨브를 능동적으로 안내하는 데에 사용되는 전형적인 제어 시스템은 폐쇄 루프 피드백 제어 시스템이다.

전형적으로, 처리될 웨브는 미리 스풀 상으로 권취되어 있다. 권취 과정 동안, 웨브는 완전하게 권취되지는 않으며, 전형적으로 지그재그(zigzag) 또는 위브(weave) 형태의 횡방향 위치설정 오차를 갖는다. 웨브가 권취해제된 때, 지그재그 또는 위브 오차가 재발하여, 웨브의 횡방향 위치설정 문제를 초래한다.

광학 및 전자공학에서 사용되는 웨브와 같이 정밀한 웨브 인가에 있어서, 웨브의 횡방향 위치는 정밀하게 제어되어야 한다. 대부분의 구매 가능한 능동형 웨브 안내 시스템은 이러한 웨브 인가에 대해 요구되는 정밀도의 수준으로 횡방향 위치를 제어할 수는 없다. 상업적인 웨브 안내기는 전형적으로, 로드 엔드(rod end), 벨트, 시브(sheave), 슬라이드, 및 나사형성된 너트와 볼트를 채용하며, 이들 각각은 소정의 기계적 유극(mechanical play)을 갖는다. 흔히, 구매 가능한 안내기에 있어서, 총 기계적 유극은 125 내지 375 미크론(0.005 내지 0.015 인치) 범위이다. 제어 시스템은 안내기의 백래시 또는 기계적 유극의 범위 내에서 웨브를 안내할 수는 없다.

구매 가능한 웨브 안내기의 제어 시스템이 소정의 오차를 갖지만, 흔히 제어 시스템에 의해 초래된 오차는 안내기에서의 기계적 백래시 또는 유극에 의해 초래된 오차와 비교할 때 대수롭지 않다. 임의의 다른 오차를 고려하지 않은 기계적 백래시는 많은 구매 가능한 웨브 안내기를 이동 웨브의 횡방향 위치를 정밀하게 알아내는 데에 사용할 수 없게 할 수 있다.

본 발명은 제1 위치설정 안내기를 제2 위치설정 안내기에 인접하게 위치시키는 단계를 포함하여 선택된 횡방향 위치에 관하여 이동 웨브를 제어하는 방법을 포함하며, 제2 위치설정 안내기는 최소한의 백래시를 갖는 웨브 위치설정용 기구를 포함한다. 웨브는 제1 위치설정 안내기와 제2 위치설정 안내기를 통과한다. 센서가 제2 위치설정 안내기에서의 이동 웨브의 횡방향 위치를 검출한다. 센서는 제2 위치설정 안내기에서의 웨브의 횡방향 위치를 제어기로 전송한다. 제어기는 웨브의 횡방향 위치가 선택된 횡방향 위치의 미리 선택된 치수 범위 내에서 제어될 수 있도록 제2 위치설정 안내기에 체결되는 제로 백래시 액추에이터(zero-backlash actuator)를 조종한다.

도1은 본 발명의 정밀 웨브 안내 조립체의 개략적인 도면이다.

도2는 본 발명의 정밀 웨브 안내기의 사시도이다.

도3은 본 발명의 정밀 웨브 안내기의 추가의 사시도이다.

도4는 본 발명의 정밀 웨브 안내기의 추가의 사시도이다.

도5는 본 발명의 정밀 웨브 안내기의 추가의 사시도이다.

본 발명은 일반적으로 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하기 위한 조립체에 관한 것이다. 이 조립체는 제2 웨브 안내기와 연속적인 제1 웨브 안내기를 포함한다. 제1 웨브 안내기는 제1 제어 시스템에 의해 조종되고, 제2 웨브 안내기는 제2 제어 시스템에 의해 조종된다. 제1 및 제2 제어 시스템은 제1 및 제2 웨브 안내기를 서로 독립적으로 제어하여, 이동 웨브의 횡방향 위치의 정밀한 제어를 제공한다.

조립체는, 제1 웨브 안내기의 위치설정, 짧은 배출 스팬(exit span)의 구비, 및 상류의 근접한 제2 웨브 안내기를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 다수의 설계 특징으로 인하여 이동 웨브의 횡방향 위치의 정밀한 제어를 제공한다. 제1 웨브 안내기는 제2 웨브 안내기로 진입하는 이동 웨브의 입력 각도 오차, 횡방향 위치 오차 및 오차율을 감소시킨다.

제1 웨브 안내기에 의해 감소된 입력 각도 오차, 횡방향 위치 오차 및 오차율에 의하여, 제2 웨브 안내기는 이동 웨브의 횡방향 위치를 정밀하게 제어한다. 제2 웨브 안내기는 기계적 유극에 의해 초래되는 백래시를 최소화시키면서도 경량 및 강성으로 설계된다. 최소한의 백래시를 갖는 경량이고 강성인 제2 웨브 안내기에 의해, 고속 제어 시스템과 통신하는 고속, 고해상도 센서를 갖는 제2 제어 시스템이 제로 백래시(zero backlash) 연결부에 의해 제2 웨브 안내기에 연결된 고 대역폭 제로 백래시 액추에이터를 사용하여 이동 웨브의 횡방향 위치를 정밀하게 제어할 수 있다.

제2 웨브 안내기는 또한 비교적 긴 안내 스팬 및 비교적 짧은 배출 스팬을 포함한다. 긴 안내 스팬은 이동 웨브의 횡방향 위치에 대한 수정을 생성하는 데에 필요한 각도를 감소시키고, 진입 및 배출 스팬에서의 이동 웨브의 비틀림 각도를 감소시킨다. 짧은 배출 스팬은 입력 각도 오차에 의해 초래된 횡방향 위치 오차를 감소시킨다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "정밀한 제어" 또는 "정확한 제어"는 웨브의 횡방향 위치를 요구되는 위치의 약 0.102 mm(0.004 인치) 미만의 범위 내에서 제어하는 것을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "백래시"는 기계적 유극의 크기 또는 웨브 안내기에 존재하는 공전(lost motion)에 해당한다. 백래시는 이동 웨브의 횡방향 위치를 정밀하게 제어하는 제어 시스템의 능력에 불리한 영향을 준다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "제로 백래시"는 약 0.0025 mm(0.0001 인치) 미만의 공차 또는 기계적 유극을 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "배출 스팬"은 바람직하게는 웨브의 폭 인자에 의해 표현되는 웨브 안내기의 제2 기부 롤러와 최종 프레임 롤러 사이의 거리를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "진입 스팬"은 바람직하게는 웨브의 폭 인자에 의해 표현되는 웨브 안내기의 제1 프레임 롤러와 제1 기부 롤러 사이의 거리를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "안내 스팬"은 진입 스팬과 배출 스팬 사이의 거리를 의미한다. 이 안내 스팬은 바람직하게는 웨브의 폭의 인자에 의해 표현된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "입력 각도 오차"는 웨브가 센서에 의해 검출될 때 웨브의 요구되는 각도로부터의 웨브의 각도 위치의 오차이다. 전형적으로, 이동 웨브의 입력 각도 오차는 단일 웨브 위치 센서에 의해 검출될 수 없다. 웨브 위치 센서는 단지 하나의 지점에서 웨브의 위치를 검출하기 때문에, 센서는 웨브의 입력 각도가 아닌 웨브의 위치를 검출한다. 그러므로, 검출되지 않은 상당한 크기의 입력 각도 오차가 존재할 수도 있는 상태에서는 단일 센서가 위치 오차를 검출하지 못할 수도 있다. 입력 각도 오차는 비록 단일 위치 센서에 의해 검출되지 않았지만 상당한 하류 위치 오차를 초래할 수도 있다.

본 발명은 일반적으로 도1에 도시된 바와 같이 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 정밀하게 제어하기 위한 조립체(10)와 방법을 포함한다. 이동 웨브(12)는 제1 웨브 안내기(14)를 통과하고 이어서 제2 웨브 안내기(16)를 통과한다. 제1 웨브 안내기(14)와 제2 웨브 안내기(16) 사이의 정확한 거리는 본 발명을 실시하는 데에 중요하지 않지만, 제1 웨브 안내기(14)와 제2 웨브 안내기(16)는 웨브(12)의 중간 처리 과정이 최소화되거나 전혀 없는 상태에서 매우 근접하게 배치되는 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 아이들러 롤러(18)가 제1 웨브 안내기(14)와 제2 웨브 안내기(16) 사이의 이동 웨브(12)의 경로 내에 배치된다.

제1 웨브 안내기(14)는 임의의 종래의 구매 가능한 웨브 안내기를 포함할 수 있다. 제1 웨브 안내기(14)의 최종 롤러(21)와 최종 롤러에 대해 두 번째의 롤러(19) 사이의 배출 스팬(20)은 종래의 웨브 안내기의 배출 스팬에 비해 비교적 짧은 것이 바람직하다. 제1 웨브 안내기(14) 상의 짧은 배출 스팬(20)은 이동 웨브(12)의 횡방향 각도 오차를 상당히 감소시키고, 입력 각도 오차를 감소시키며, 출력 오차를 최소화한다. 제1 웨브 안내기(14)의 배출 스팬(20)은 이동 웨브(12)의 폭의 약 1/2 미만인 것이 바람직하다. 본 명세서를 읽음으로써, 본 기술 분야의 숙련자는 이동 웨브(12)의 주름을 형성하지 않도록 가능한 한 가장 짧은 배출 스팬이 바람직하다는 것을 알 것이다. 제1 웨브 안내기로서 사용될 수 있는 예시적인 구매 가능한 웨브 안내기는 일리노이주 엘머스트 소재의 BST Pro Mark에 의해 제조된 DF 회전 프레임 안내기(DF Rotating Frame Guide) "P-Model"이다.

바람직하게는, 제1 웨브 안내기(14)는 제1 웨브 안내기(14)를 독립적으로 제어하는 제1 제어 시스템(22)을 포함한다. 제1 제어 시스템(22)은, 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 효과적으로 제어하는 피드포워드 시스템(feed forward system), H 인피니티 시스템(H infinity system), 모델 기반 시스템(model based system), 매립형 모델 기반 시스템(embedded model based system) 또는 임의의 다른 제어 시 스템도 본 발명의 범주 내에 있지만, 폐쇄 루프 피드백 시스템인 것이 바람직하다.

제1 제어 시스템(22)은 바람직하게는 이동 웨브(12)의 에지의 위치를 검출하는 제1 웨브 위치 센서(24)를 포함한다. 본 기술 분야의 숙련자는 에지 위치 센서 외에도 다른 위치 검출 센서가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 것이다. 제1 웨브 위치 센서(24)는 제1 제어기(26)와 통신한다. 제1 제어기(26)는 선택된 설정점(setpoint)으로부터의 이동 웨브(12)의 에지의 횡방향 위치의 오차를 검출한다. 제1 제어기(26)는 바람직하게는 비례 적분 제어기(proportional-integral controller)(PI) 제어 체계를 채용한다.

제1 제어기(26)는 오차를 액추에이터(28)로 전송한다. 액추에이터(28)는 제1 제어기(26)에 의해 계산된 오차의 크기에 따라 제1 웨브 안내기(14)의 위치를 조절한다.

도1을 참조하면, 이동 웨브(12)가 제1 웨브 안내기(14)를 빠져나온 후, 이동 웨브(12)는 바람직하게는 제2 웨브 안내기(16)로 진입하기 전에 아이들러 롤러(18)를 통과한다. 제1 웨브 안내기(14)를 통과한 후, 이동 웨브(12)의 입력 오차율, 입력 각도 오차 및 출력 횡방향 오차는 이동 웨브(12)가 제2 웨브 안내기(16)로 진입함에 따라 상당히 감소되었다. 도2 내지 도5에 도시된 바와 같은 제2 웨브 안내기(16)는 정밀 웨브 안내기로도 언급된다. 정밀 웨브 안내기(16)는 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 요구되는 횡방향 위치의 약 0.102 mm(약 0.004 인치) 미만 내에서 조종한다.

이동 웨브(12)는 정밀 웨브 안내기(16)의 기부(30) 내에 배치된 제1 기부 롤 러(32) 위로 통과한다. 기부(30)는 선택된 위치에 바람직하게는 복수의 볼트로 고정되지만, 기부는 용접, 복수의 리벳 또는 기부를 선택된 위치에 견고하게 보유시키는 임의의 다른 체결 수단에 의해 선택된 위치 내에 고정될 수도 있다.

기부(30)는 또한 그 내부에 배치된 제2 기부 롤러(34)를 포함한다. 바람직하게는, 제1 기부 롤러(32)의 축(35)은 제2 기부 롤러(34)의 축(37)과 사실상 평행하다. 제1 및 제2 기부 롤러(32, 34) 둘 모두는 각각 측방향으로 적재된 정밀 베어링을 포함한다. 측방향으로 적재된 정밀 베어링은 제1 및 제2 기부 롤러(32, 34) 각각의 측방향 백래시를 최소화 또는 제거하는 것이 바람직하다. 예시적인 측방향으로 적재된 베어링은 위스콘신주 니나 소재의 Webex, Inc.에 의해 제조된 울트라라이트 알루미늄 아이들러(Ultralight Aluminum Idler)와 함께 구입할 수 있다.

제1 기부 롤러(32) 위로 통과한 후, 이동 웨브(12)는 프레임(36) 내에 배치된 제1 프레임 롤러(38)와 접촉하여 통과한다. 프레임(36)은 기부(30)에 연결되지만, 또한 기부(30)에 대해서 이동 가능하다. 바람직하게는, 프레임(36)은 도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 복수의 굴곡 판(flexure plate)(40, 42, 44, 46)에 의해 기부(30)에 연결된다. 복수의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)에 의해 프레임(36)은 어떠한 기계적 백래시 또는 기계적 유극도 없이 기부(30)에 대해 이동될 수 있다. 복수의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)이 바람직할지라도, 본 기술 분야의 숙련자는 프레임을 기계적 백래시가 최소화되거나 전혀 없는 상태에서 기부에 대해 이동시킬 수 있는 다른 연결 기구가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 것이다. 대안적인 연 결 기구는 선형 방식(linear way), 정밀한 피봇(precision pivot) 및 미리 적재된(preloaded) 기계적 구성 요소를 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다.

도2 내지 도5를 참조하면, 각각의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)의 길이는 각각의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)의 폭과 비교하면 상당히 길다. 굴곡 판(40, 42, 44, 46)은 판의 길이를 따른 강성을 유지하면서 굴곡 판의 폭을 따라 굴곡되도록 설계된다. 예시적인 실시예에서, 프레임은 4개의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)에 의해 기부에 연결된다.

4개의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)은 프레임(36)을 기부(30)에 연결하여, 프레임(36)은 제1 프레임 롤러(38)에 인접한 지점(48)을 중심으로 회전한다. 도2 및 도3을 참조하면, 선택적 피봇 핀(49)이 프레임(36)과 기부(30) 사이에 배치되며, 피봇 핀(49)은 프레임(36)에 고정되지만 기부(30)에 대해 회전 가능하다. 피봇 핀(49)은, 피봇 핀(49)이 그 내부에서 회전되도록 하는 상태에서 피봇 핀(49)을 선택된 위치로 유지하도록 기부(30)에 부착된 브라켓(51) 내에 배치된다.

도2 내지 도5를 참조하면, 제1 및 제2 굴곡 판(40, 46)은 각각 프레임(36)을 제1 프레임 롤러(38)의 단부(39)에 인접하게 기부(30)에 부착한다. 제1 및 제2 굴곡 판(40, 46)은 굴곡 판(40, 46)의 길이가 제1 프레임 롤러(38)의 축에 사실상 평행하도록 위치된다.

제3 및 제4 굴곡 판(42, 44)은 프레임(36)을 제1 프레임 롤러(38)와 제2 프레임 롤러(50) 사이에서 기부(30)에 연결한다. 제3 및 제4 굴곡 판(42, 44)은 각각 제1 프레임 롤러(38)의 중간점과 수직하게 교차하는 평면에 관하여 서로 거울상 이 되는 각도로 위치된다. 제1 및 제2 굴곡 판(40, 46) 각각에 의해 프레임(36)이 이동 웨브(12)의 경로에 대하여 전후방으로 이동할 수 있으며, 한편 제3 및 제4 굴곡 판(42, 44) 각각에 의해 프레임(36)이 이동 웨브(12)의 경로에 대하여 비틀리거나 회전할 수 있게 된다. 상호작용하는 4개의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)에 의하여 프레임(36)은 제1 프레임 롤러(38)에 인접한 지점(48)을 중심으로 피봇될 수 있다. 예시적인 피봇 지점(48)은 대략 제1 프레임 롤러(38)와의 이동 웨브(12)의 진입 접선의 중간점이다. 본 명세서에 문맥에서, 진입 접선은 롤러와의 이동 웨브의 제1 접촉에 의해 한정된 선을 의미한다.

제1 프레임 롤러(38)를 통과한 후, 이동 웨브(12)는 제2 프레임 롤러(50)를 통과한다. 제1 및 제2 프레임 롤러(38, 50) 각각에는 또한 제1 및 제2 프레임 롤러(38, 50) 내의 측방향 백래시의 크기를 최소화하도록 측방향으로 적재된 정밀 베어링이 장착된다. 예시적인 측방향으로 적재된 베어링은 위스콘신주 니나 소재의 Webex, Inc.에 의해 제조된 울트라라이트 알루미늄 아이들러와 함께 구매할 수 있다.

본 기술 분야의 숙련자는 하나의 대형 롤러가 제1 및 제2 프레임 롤러(38, 50) 각각을 대체할 수도 있다는 것을 알 것이다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자는 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 정밀하게 제어하는 상태에서 이동 웨브(12)가 프레임(36) 내에서 2개 초과의 롤러를 통과할 수도 있다는 것을 알 것이다.

제2 프레임 롤러(50)의 축(51)은 제1 프레임 롤러(38)의 축(41)과 대체로 평행하다. 제1 프레임 롤러(38)로부터 제2 프레임 롤러(50)까지의 거리는 도1에 가 장 잘 도시된 바와 같은 안내 스팬(53)을 한정한다. 안내 스팬(53)은 이동 웨브(12)의 폭과 비교할 때 상대적으로 길다.

본 기술 분야의 숙련자는 보다 긴 안내 스팬이 요구되는 횡방향 위치 보정을 생성하기 위하여 굴곡 판(40, 42, 44, 46)에 의해 요구되는 이동의 크기를 감소시킨다는 것을 알 것이다. 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 최소한의 이동 크기로 제어하는 능력에 의하여 진입 스팬(55)과 배출 스팬(57)에서의 비틀림 각도가 최소화되기 때문에 보다 정확하게 웨브 안내기를 제어할 수 있게 된다.

또한, 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 정확하게 제어하는 상태에서 이동의 크기를 최소화함으로써, 기계적 백래시를 갖지 않으며 또한 제한된 이동 범위를 갖는 굴곡 판(40, 42, 44, 46)을 사용할 수 있게 된다. 상당한 이동이 필요한 경우, 이동은 굴곡 판(40, 42, 44, 46)의 굴곡성을 초과할 수도 있으며, 그럼으로써 본 발명에 있어서 굴곡 판의 사용을 배제할 수도 있다.

최종 프레임 롤러(50)를 통과한 후, 이동 웨브(12)는 제2 기부 롤러(34)를 통과한다. 예시적인 실시예에서, 진입 및 배출 스팬(55, 57) 각각에서의 이동 웨브(12)의 경로는 프레임(36)의 회전 평면에 대해 사실상 수직하다. 본 명세서에 교시된 원리를 적용함에 있어서, 본 기술 분야의 숙련자는, 제1 기부 롤러(32)가 제1 프레임 롤러(38) 위에 그리고 또한 제1 프레임 롤러(38)에 사실상 수직하지 않은 각도로 배치되는 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다른 웨브 경로가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 것이다. 유사하게, 제2 기부 롤러(34)는 이동 웨브(12)의 경로가 프레임(36)의 회전 평면과 사실상 수직하지 않도록 되는 위치에 배치될 수도 있다.

도1을 참조하면, 제2 제어 시스템(52)이 정밀 웨브 안내기(16)를 제어한다. 제2 제어 시스템(52)은 바람직하게는 폐쇄 루프 피드백 시스템이다. 그러나, 피드포워드 시스템, H 인피니티 시스템, 모델 기반 시스템, 매립형 모델 기반 시스템 또는 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 효과적으로 제어하는 임의의 다른 제어 시스템이 또한 본 발명의 범주 내에 있다.

제2 제어 시스템(52)은 이동 웨브(12)의 에지의 위치를 검출하는 제2 웨브 위치 센서(54)를 포함한다. 본 기술 분야의 숙련자는 에지 위치 센서 외에도 다른 위치 검출 센서가 본 발명의 범주 내에 있다는 것을 알 것이다. 제2 위치 센서(54)는 바람직하게는 적어도 12-미크론의 해상도를 갖는 최소한 50-헤르츠 센서와 같은, 이동 웨브(12)의 에지에서 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 감지하는 고속 고해상도 수단을 포함한다. 바람직한 제2 센서(54)는 뉴저지주 우드클리프 레이크 소재의 Keyence Corporation of America에 의해 제조된 고속 고정밀도 디지털 마이크로미터 모델 번호 LS-7030M이다.

제2 위치 센서(54)는 바람직하게는 제2 프레임 롤러(50)를 빠져나가는 이동 웨브(12)의 배출 접선(60)의 주위 또는 바로 아래에서 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 검출한다. 본 명세서의 문맥에서, 배출 접선은 롤러와의 이동 웨브의 최종 접촉에 의해 한정된 선을 의미한다. 제2 프레임 롤러(50)의 배출 접선(60)의 주위 또는 바로 아래에서 횡방향 위치를 감지함으로써, 수송 지연(transportation lag)이 최소화된다. 수송 지연은 최종 이동 롤러, 본 경우에서는 제2 프레임 롤러(50) 로부터 제2 위치 센서(54)까지의 수송 시간을 의미한다.

그러나, 이동 웨브(12)의 횡방향 위치는 배출 스팬 상의 보다 낮은 위치 또는 제2 기부 롤러(34)를 빠져나가는 이동 웨브(12)의 배출 접선 주위의 위치를 포함하는 다양한 다른 위치에서 측정될 수 있다. 이러한 대안적인 횡방향 위치 감지 위치에서, 수송 지연이 제어 시스템 내에 고려될 필요가 있다.

제2 웨브 위치 센서(54)에 의한 이동 웨브(12)의 검출된 횡방향 위치는 제2 제어기(56)로 전송된다. 제2 제어기(56)는 이동 웨브(12)의 횡방향 위치를 요구되는 위치 또는 설정점과 비교하고, 요구되는 위치로부터의 검출된 위치의 오차를 계산한다. 제2 제어기(56)는 전형적으로 적어도 약 1 밀리초의 갱신율(update rate)을 갖는 비례-적분(PI) 제어기를 사용하는 프로그램 가능한 논리 제어기(programmable logic controller)이다. 예시적인 제어기는 독일 베를 소재의 Beckhoff Industrie Elektronik에 의해 제조된 트윈(twin) CAT PLC이다.

제2 제어기(56)는 오차를 제2 액추에이터(58)로 전송한다. 제2 액추에이터(58)는 기부(30) 또는 다른 고정 구조물에 장착된다. 도2 내지 도5를 참조하면, 제2 액추에이터(58)는 굴곡 가능한 브라켓(62)을 갖고 제2 프레임 롤러(50)를 지나 연장하는 프레임(36)의 연장부(60)에 체결된다. 굴곡 가능한 브라켓(62)은 프레임(36)에 대한 액추에이터(58)의 체결시 제로 백래시를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 굴곡 가능한 브라켓(62)에 의해 선형으로 이동하는 액추에이터(58)가 아치형으로 이동하는 프레임(36)에 체결될 수 있게 된다.

복수의 굴곡 판(40, 42, 44, 46)은 프레임(36)이 진입 접선의 중간점 주위에 서 제1 프레임 롤러(38)에 근접한 지점(48)을 중심으로 평면 내에서 회전할 수 있도록 설계된다. 프레임(36)이 지점(48)을 중심으로 피봇됨에 따라, 피봇 지점(48)에 대향하는 단부(64)는 아치형으로 이동한다. 굴곡 가능한 브라켓(62)은 선형 액추에이터(58)가 아치형 경로로 이동하는 프레임(36)과 상호작용하도록 굴곡성을 제공한다.

제2 액추에이터(58)는 제로 백래시를 가져서, 기계적 유극 없는 정밀한 이동을 가능하게 한다. 제2 액추에이터(58)는 5 헤르츠를 초과하는 주파수로 제어할 수 있다. 예시적인 액추에이터는 EXLAR(www.exlar.com)에 의해 제조되는 모델 번호 SR31-0605-XFM-XX1-238-PF-19413이다. 본 기술 분야의 숙련자는 직접 선형 또는 회전 모터(direct linear or rotary motor)가 제로 백래시 액추에이터 대신에 본 발명을 실시하는 데에 사용될 수도 있다는 것을 알 것이다.

제2 액추에이터(58)는 횡방향 위치 오차가 제1 웨브 안내기(14)와 제1 제어 시스템(22)에 의해 상당하게 감소되기 때문에 상당한 이동 크기를 필요로 하지 않는다. 도4 및 도5를 참조하면, 프레임(36)으로부터 기부(30)를 향해 연장하는 부재(66)는 제1 및 제2 제한 스위치(68, 70)와 각각 상호작용한다. 부재(66)가 제한 스위치(68, 70) 중 어느 하나와 접촉한다면, 이동 웨브(12)는 웨브(12)가 조립체(10) 내에서 수동으로 재정렬될 수 있도록 정지된다.

프레임(36)은 요구되는 강성을 유지하면서 프레임(36)의 크기를 감소시키기 위하여 초과의 재료가 제거되도록 설계된다. 초과의 재료를 제거함으로써, 프레임(36)은 높은 고유 주파수를 갖게 된다. 또한, 프레임(36)의 크기의 감소에 의 해, 정밀 안내기(16)에 대한 높은 시스템 이득(gain)이 가능해진다. 본 발명의 정밀 안내기(16)는 약 33/초를 초과하는 게인 및 약 5 헤르츠를 초과하는 교차 주파수(crossover frequency)를 갖는다.

본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 상세 사항에 대한 변경이 이루어질 수도 있다는 것을 알 것이다.

Claims (40)

1. 선택된 횡방향 위치에 관하여 이동 웨브를 제어하는 방법이며,

   제1 위치설정 안내기를 제2 위치설정 안내기에 인접하게 위치시키는 단계와,

   각도 및 횡방향 위치 오차를 감소시키기 위하여 웨브를 제1 위치설정 안내기로 통과시키는 단계와,

   제로 백래시를 갖는 기구로 제1 위치설정 안내기와는 독립적으로 이동 웨브를 위치시키는 제2 위치설정 안내기를 통해 웨브를 통과시키는 단계와,

   제2 위치설정 안내기에서 센서에 의해 이동 웨브의 횡방향 위치를 감지하는 단계와,

   제2 위치설정 안내기에서의 웨브의 횡방향 위치를 제어기로 전송하는 단계와,

   제2 위치설정 안내기에 체결되는 제로 백래시 액추에이터와 제2 위치설정 안내기 사이에 굴곡 가능한 브라켓을 제공하는 단계와,

   웨브의 횡방향 위치가 선택된 횡방향 위치의 미리 선택된 치수 범위 내에서 제어될 수 있도록 제로 백래시 액추에이터를 제어기에 의해 조종하는 단계를 포함하는, 이동 웨브를 제어하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 제로 백래시를 갖는 웨브 이동용 기구는 복수의 굴곡 판을 포함하는, 이동 웨브를 제어하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 제2 위치설정 안내기로 웨브를 조절하는 방법은

   기부를 요구되는 위치로 고정하는 단계와,

   제1 기부 롤러의 축과 제2 기부 롤러의 축이 대체로 평행한 상태에서 제1 기부 롤러와 제2 기부 롤러를 기부 내에 배치하는 단계와,

   적어도 하나의 프레임 롤러를 프레임 내에 배치하는 단계와,

   프레임이 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점 주위에서 기부에 대해 이동하도록 위치되는 복수의 굴곡 판에 의해 프레임을 기부에 체결하는 단계와,

   제1 기부 롤러로부터 프레임 내의 제1 프레임 롤러까지 웨브를 배치하는 단계와,

   최종 프레임 롤러로부터 제2 기부 롤러까지 웨브를 배치하는 단계와,

   웨브의 횡방향 위치를 감지하는 단계와,

   설정점에 대한 웨브의 횡방향 위치의 오차를 계산하는 단계와,

   오차를 제로 백래시 액추에이터로 중계하는 단계와,

   이동 웨브의 횡방향 위치의 오차를 감소시키기 위하여 최종 프레임 롤러 상의 배출 접선 주위에서의 웨브의 위치가 변화하도록, 프레임이 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점을 중심으로 회전하도록 프레임에 체결된 액추에이터를 조종하는 단계를 포함하는, 이동 웨브를 제어하는 방법.
4. 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하는 조립체이며,

   제1 진입 스팬 및 제1 배출 스팬을 가지며, 이동 웨브의 횡방향 위치를 조종하는 제1 위치설정 안내기와,

   제1 위치설정 안내기와 상호작용하여, 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하기 위하여 제1 위치설정 안내기를 조종하는 제1 폐쇄 루프 제어 시스템과,

   제2 진입 스팬, 및 웨브의 폭의 1/2 미만의 제2 배출 스팬을 갖는 제2 위치설정 안내기와,

   제2 위치설정 안내기와 상호작용하여, 이동 웨브의 위치를 설정점의 0.102 mm 미만 내에서 제어하기 위하여 제2 위치설정 안내기를 조종하는 제2 폐쇄 루프 제어 시스템을 포함하고,

   상기 제2 위치설정 안내기는

   선택된 위치에 고정되며, 제1 기부 롤러의 축이 제2 기부 롤러의 축과 대체로 평행한 상태에서 제1 기부 롤러 및 제2 기부 롤러를 포함하는 기부와,

   적어도 하나의 롤러를 포함하는 프레임과,

   프레임을 기부에 체결하며, 프레임이 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점 주위에서 기부에 대해 이동하도록 위치되는 복수의 굴곡 판을 포함하며,

   상기 제2 폐쇄 루프 제어 시스템은

   웨브 위치 검출 기구와,

   웨브 위치 검출 기구로부터 신호를 수신하여 설정점과 신호를 비교하는 제어기와,

   프레임에 부착되어 제어기와 통신하며, 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점 주위에서의 프레임의 위치를 조종하는 힘을 프레임에 제공하는 위치설정 장치를 포함하는, 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하는 조립체.
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7. 제1 기부 롤러의 축이 제2 기부 롤러의 축과 사실상 평행한 상태에서 제1 기부 롤러 및 제2 기부 롤러를 포함하는 기부와,

   적어도 하나의 프레임 롤러를 포함하는 프레임과,

   프레임을 기부에 부착하며, 프레임이 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점을 중심으로 회전하도록 선택된 위치에 위치되는 복수의 굴곡 판과,

   웨브의 횡방향 위치를 결정하는 센서와,

   센서와 통신하며 선택된 횡방향 위치로부터의 웨브의 횡방향 위치의 오차를 결정하는 제어기와,

   제어기와 통신하며 기부에 장착되는 제로 백래시 액추에이터와,

   제로 백래시 액추에이터와 프레임을 체결하는 굴곡 가능한 브라켓을 포함하고, 제로 백래시 액추에이터는 웨브의 횡방향 위치를 조절하기 위하여 프레임이 제1 프레임 롤러와의 웨브의 진입 접선의 중간점을 중심으로 회전하도록 굴곡 가능한 브라켓을 통해 프레임에 힘을 제공하는 정밀 웨브 안내기.
8. 제4항에 있어서, 위치설정 장치가 액추에이터, 및 액추에이터를 프레임에 체결하는 굴곡 가능한 브라켓을 포함하는, 이동 웨브의 횡방향 위치를 제어하는 조립체.
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