KR101442290B1 - 웨브 종방향 위치 센서 - Google Patents

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다니엘 에이치. 칼슨
존 티. 스트랜드
다니엘 에스. 워츠
레벤트 비이클리
브라이언 케이. 넬슨
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

긴 웨브의 종방향 위치를 결정하는 방법 및 시스템이 설명되어 있다. 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 실질적으로 연속적인 기준 마크를 검출하는 데 센서들이 사용된다. 센서들은 기준 마크와 연관된 신호를 발생한다. 위치 검출기는 신호를 수신하고 센서 신호를 사용하여 웨브의 종방향 위치를 결정한다. 기준 마크는 웨브 상의 사인 및/또는 코사인 마크와 같은 주기적인 기준 마크일 수 있고 그리고/또는 구분적으로 연속적인 마크일 수 있다. 웨브의 대략적인 종방향 위치는 기준 마크의 주기적으로 반복되는 특징부에 기초하여 결정될 수 있다. 미세한 종방향 위치는 주기적으로 반복되는 특징부들 사이의 기준 마크의 연속적인 부분에 기초하여 결정될 수 있다.
웨브, 종방향 위치, 기준 마크, 위치 검출기, 사인 마크, 코사인 마크

Description

웨브 종방향 위치 센서{WEB LONGITUDINAL POSITION SENSOR}
본 발명은 긴 웨브의 종방향 위치를 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
가요성의 전자 또는 광학 구성요소를 비롯한 많은 물품의 제조는 긴 기재 또는 웨브 상에 침착 또는 형성된 재료의 층들 간의 정합(registration)을 수반한다. 웨브 상에 재료층들의 형성은 연속 공정 또는 단계에서 일어날 수 있으며 다수의 단계들을 포함하는 공정을 반복할 수 있다. 예를 들어, 적층된 전자 또는 광학 장치를 형성하기 위해 다수의 침착 단계들을 통해 재료의 패턴들이 긴 웨브 상의 층에 침착될 수 있다. 다른 물품들은 웨브의 일측 또는 양측에 도포된 특징부의 정밀한 정합을 필요로 한다.
층들 간의 정확한 정합을 달성하기 위해, 웨브가 다수의 제조 단계를 거쳐 이동함에 따라, 횡방향 크로스웨브(crossweb) 위치설정 및 종방향 다운웨브(downweb) 위치설정이 유지되어야만 한다. 웨브 상에 형성된 층들 간의 정합을 유지하는 것은 웨브가 가요성 또는 신축성을 갖는 경우에 더 복잡하게 된다. 일부 물품들은 공정 단계들 간에 정밀한 위치 정합을 필요로 하는 웨브에 적용되는 재료 또는 공정을 적용하는 다수의 패스(또는 스테이지)를 가질 것이다.
본 발명의 실시예들은 긴 웨브의 종방향 위치를 결정하는 방법 및 시스템을 포함한다. 일 실시예는 웨브 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다. 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 실질적으로 연속적인 기준 마크가 감지된다. 웨브의 종방향 위치는 기준 마크에 기초하여 결정된다. 본 방법은 종방향 위치 결정의 정확도를 향상시키기 위해 웨브의 횡방향 이동을 보상하는 단계를 추가로 포함한다.
일부 구현예에서, 기준 마크는 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 실질적으로 연속적이고 주기적인 마크를 포함한다. 예를 들어, 하나의 사인파 마크가 사용될 수 있거나, 사인 마크 및 코사인 마크가 함께 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 기준 마크는 하나 이상의 구분적으로 연속적인 마크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기준 마크는 일반적으로 웨브의 종방향 축에 대해 유한하고 영(0)이 아닌 기울기를 갖는 영역들을 포함한다.
하나 이상의 주기적인 기준 마크의 사용을 수반하는 한 접근방법에서, 웨브의 종방향 위치는 주기적인 기준 마크의 주기적으로 반복되는 특징부들에 기초할 수 있다. 예를 들어, 웨브의 대략적인 종방향 위치는 주기적으로 반복되는 특징부들을 감지하고 카운트함으로써 결정될 수 있다. 미세한 종방향 위치는 주기적으로 반복되는 특징부들 간의 기준 마크의 실질적으로 연속적인 부분들에 기초하여 결정될 수 있다. 사인 및/또는 코사인 마크가 사용되는 경우, 주기적으로 반복되는 특징부들은 사인 또는 코사인 마크의 제로 교차점(zero crossing) 또는 피크일 수 있다.
일부 구성에서, 웨브의 횡방향 위치는 종방향 기준 마크에 기초하여 또는 횡방향 위치 기준에 기초하여 결정될 수 있다. 횡방향 위치 기준은 웨브 상의 마크, 웨브 모서리, 또는 횡방향 위치 결정을 위한 다른 기준일 수 있다.
기준 마크를 감지하는 것은 웨브 상의 기준 마크를 검출하는 것과 기준 마크에 대응하는 센서 신호를 발생시키는 것을 포함한다. 센서 신호는 레벨 변화(level shifting), 필터링, 각도 조절, 및/또는 위치 결정에서 사용하기 전에 신호대 잡음비를 향상시키는 기타 처리 기법들을 비롯한 기법들에 의해 처리될 수 있다. 사인 및 코사인 기준 마크의 사용을 수반하는 한 접근방법에서, 사인 및 코사인 마크에 대응하는 센서 신호가 발생된다. 사인 값과 코사인 값의 arctan2 함수가 계산되어 웨브의 종방향 위치에 관계된 각도를 산출하고 사분면 정보를 유지한다. arctan2 계산으로부터 얻은 각도 및 사분면 정보에 기초하여 종방향 위치가 결정된다.
한 구현예에 따르면, 웨브의 종방향 이동은 실질적으로 연속적인 기준 마크를 사용하여 결정된 종방향 위치에 기초하여 제어된다.
본 발명의 다른 실시예는 긴 웨브의 위치를 결정하는 장치에 관한 것이다. 본 장치는 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 실질적으로 연속적인 기준 마크를 감지하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함한다. 센서는 기준 마크와 연관된 신호를 발생하도록 구성된다. 위치 검출기는 신호를 수신하고 센서 신호를 사용하여 웨브의 종방향 위치를 결정한다. 위치 검출기는 종방향 위치 결정을 향상시키기 위해 횡방향 웨브 이동을 보상할 수 있다.
일부 구현예에서, 웨브는 가요성 또는 신축성을 갖는다. 웨브는 종이, 섬유, 직포 또는 부직포 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 웨브는 폴리에스테르, PET, 또는 폴리카보네이트의 중합체 웨브를 포함한다. 기준 마크는 인쇄, 스크라이빙(scribing), 레이저 애블레이션(laser ablation), 웨브의 절단, 웨브에 공극(void)의 형성, 엠보싱, 캐스팅, 코팅, 또는 웨브 상에 검출가능한 마크를 생성하는 임의의 다른 방법에 의해 제조될 수 있다.
센서는 광학, 전자기, 접촉, 및/또는 기타 유형의 센서를 포함할 수 있다. 한 접근방법에서, 기준 마크를 감지하기 위해 카메라가 사용된다. 센서에 의해 발생된 신호는 위치 결정에 사용되기 전에 처리될 수 있다. 예를 들어, 센서 신호는 칼만(Kalman) 필터와 같은 순환 필터(recursive filter)를 사용하여 처리될 수 있다.
장치는 위치 검출기에 의해 결정된 종방향 위치에 기초하여 웨브의 종방향 이동을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 일정 구성에서, 위치 검출기는 횡방향 웨브 위치를 결정하도록 추가로 구성된다. 횡방향 웨브 위치는 종방향 기준 마크, 또는 웨브 상의 횡방향 기준 마크 또는 웨브 모서리와 같은 횡방향 위치 기준에 기초하여 결정될 수 있다. 횡방향 기준 마크 또는 웨브 모서리를 감지하는 것은, 예를 들어, 횡방향 위치 센서를 사용하여 달성될 수 있다. 횡방향 위치가 결정되면, 제어 유닛은 횡방향 위치에 기초하여 횡방향 웨브 이동을 제어할 수 있다.
본 발명의 전술된 개요는 본 명세서의 각각의 실시예 또는 모든 실시를 설명하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 더욱 완전한 이해와 더불어 이점 및 결과는 첨부 도면과 관련된 하기의 상세한 설명 및 청구의 범위를 참조함으로써 명백해지고 이해될 것이다.
도 1A 내지 도 1F는 본 발명의 실시예들에 따른 긴 웨브 상에 종방향으로 배치된 실질적으로 연속적인 기준 마크의 다양한 구성을 도시하는 도면.
도 2A는 본 발명의 실시예들에 따른 웨브의 종방향 및 횡방향 위치를 결정하도록 구성된 웨브 위치 검출기의 블록도.
도 2B는 본 발명의 실시예들에 따른 기준 마크를 감지하는 데 사용될 수 있는 영역 센서(area sensor)의 이미지 뷰의 일례를 나타낸 도면.
도 2C는 본 발명의 실시예들에 따른 기준 마크를 감지하는 데 사용될 수 있는 라인 스캔 센서(line scan sensor)의 이미지 뷰의 일례를 나타낸 도면.
도 2D는 본 발명의 실시예들에 따른 기준 마크를 감지하는 데 사용될 수 있는 순차 스캔 센서(progressive scan sensor)의 이미지 뷰를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 종방향 웨브 위치를 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 사인 및 코사인 기준 마크를 사용하여 웨브의 대략적인 및 미세한 위치를 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 폴리에스테르 웨브 상에 잉크젯을 통해 인쇄된 기준 마크의 사진.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 칼만 필터링 전후의 노이즈가 많은 데이터에 기초한 웨브의 추정된 종방향 위치를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변형과 대안적인 형태를 따르고 있지만, 그 특정 실시예는 예로서 도면에 도시되고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 설명된 특정 실시예들로 본 발명을 제한하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 청구의 범위에 의해 한정되는 발명의 범주 내에 포함되는 모든 변형, 등가물 및 대안을 포함하고자 한다.
예시된 실시예들에 대한 다음의 설명에서, 실시예들의 일부를 형성하며, 본 발명을 실시할 수 있는 각종 실시예가 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 실시예가 이용될 수 있고 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 구조적 변화가 행해질 수 있음을 이해해야 한다.
제조 공정에서 기재로 사용되는 긴 웨브의 위치를 결정하는 향상된 방법 및 시스템이 필요하다. 본 발명은 이러한 요구 및 다른 요구를 충족하고 종래 기술보다 나은 다른 이점을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 웨브 상에 종방향으로 배치된 연속적인 기준 마크에 기초하여 웨브의 종방향 위치를 결정하는 방법 및 시스템을 설명한다. 긴 웨브의 위치를 결정하면 연속적인 가공 단계들 동안에 웨브의 정렬이 가능하게 된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 롤투롤(roll to roll) 제조 공정 동안에 웨브 상에 침착된 다수의 재료층들 간의 정렬을 용이하게 해주는 데 사용될 수 있다. 본 명 세서에 기술된 공정은 웨브 상에 형성된 다층 전자 장치의 층들을 정렬하는 데 특히 유용하다. 종방향 웨브 위치를 결정하기 위해 웨브 상에 배치된 이산적인 기준 마크를 사용하는 접근방법들은 주기적인 위치 검출만을 제공하며 이산적인 마크들 간의 간격 동안 위치 정보를 제공하지 않는다. 본 명세서에서 논의되는 다양한 실시예들에 의해 설명된 기준 마크는 연속적인 종방향 위치 갱신 및 더 정확한 웨브 위치 결정을 제공하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 접근방법은 웨브 가공 응용에서 흔하게 일어나는 웨브 변형(web strain)의 변화를 자동으로 보상한다. 웨브 변형이 증가됨에 따라(즉, 웨브가 더 많이 신장됨에 따라), 종방향 웨브 기준점들이 웨브 상에 형성된 대응하는 요소 또는 특징부들과 함께 신장된다. 이는 웨브 기준점들이 웨브 상에 침착된 요소들의 위치를 정확하게 추적하는 데 사용될 수 있게 해준다. 예를 들어, 기준점들이 웨브 요소들의 층과 실질적으로 동시에 웨브 상에 침착될 수 있다. 기준점 및 웨브 요소들이 침착될 때, 웨브 상에 침착된 요소들 및 기준점들이 동일한 양의 웨브 변형을 경험한다. 기준점들은 후속 공정들에서 웨브 변형의 양에 상관없이 웨브 요소들의 위치를 정확하게 추적하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 접근방법들을 사용하면, 웨브가 신장될 때에도 웨브 요소들에 대한 정확한 정합이 달성될 수 있다.
도 1A 내지 도 1F는 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성의 기준 마크를 도시한다. 기준 마크는 실질적으로 연속적이거나 구분적으로 연속적이며, 웨브 모서리와 같은 웨브의 종방향 축을 따라 배치된다. 기준 마크는 일반적으로 마크의 기울기가 웨브의 종방향 축에 대해 유한하고 영이 아닌 영역들을 갖는다.
기준 마크는, 예를 들어, 웨브 종방향 축에 대한 비주기 또는 주기 함수일 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 주기적인 기준 마크는 웨브의 대략적인 위치 및 미세한 위치 둘 모두를 결정하는 데 사용될 수 있다. 대략적인 위치 정보 및 미세한 위치 정보의 조합은 긴 거리에 걸쳐 고분해능의 위치 측정을 제공한다.
일부 실시예에서, 종방향 위치를 결정하기 위해 단일의 실질적으로 연속적인 기준 마크가 사용될 수 있다. 단일의 실질적으로 연속적인 기준 마크는 도 1A에서 웨브(100)의 종방향 축(102)을 따라 배치된 사인파 마크(101)로 도시된다. 다른 실시예에서, 도 1B의 사인 마크(101) 및 코사인 마크(103)로 도시된 바와 같이, 2개의 사인파 마크가 사용된다. 사인 마크(101) 및 코사인 마크(103)와 같은 2개의 실질적으로 연속적인 기준 마크의 사용은 여분의 정보를 제공하여, 단일의 마크보다 실질적으로 더 높은 노이즈 내성(noise immunity), 정확도 및 분해능을 산출한다.
일부 실시예에서, 기준 마크는 도 1C에 도시된 바와 같은 구분적으로 연속적인 마크를 포함할 수 있다. 구분적으로 연속적인 마크는 연속적인 마크가 웨브의 일부분을 절단하고 있는 공극을 웨브에 생성하는 기준 마크 방법에 특히 유용하다. 도 1C에 예시된 기준 마크는 웨브 종방향 축(102)에 대해 유한하고 영이 아닌 기울기를 갖는 일련의 대각선(104)을 포함한다. 도 1D의 비선형의 구분적으로 연속적인 기준 마크(105)에 의해 도시된 바와 같이, 비선형의 구분적으로 연속적인 패턴 도 또한 가능하다.
도 1A 내지 도 1D에 도시된 것들과 같은 실질적으로 연속적인 기준 마크는 웨브 위치의 횡방향 변화가 무시할 정도이고 그리고/또는 웨브의 횡방향 위치가 추적되는 종방향 거리에 걸쳐 유지되는 시스템에서 웨브의 종방향 위치를 추적하는 데 사용될 수 있다. 웨브의 횡방향 위치가 무시할 수 없는 시스템에서, 종방향 거리를 더 정확하게 결정하기 위해 횡방향 웨브 이동이 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 횡방향 웨브 이동은 종방향 거리의 결정 동안에 검출되어 고려될 수 있다.
일부 구현예에서, 횡방향 웨브 이동은 웨브 모서리 또는 웨브에 배치된 기준 마크를 사용하여 결정된다. 예를 들어, 웨브 모서리 또는 웨브 상에 배치된 수평 라인이 횡방향 위치 정보를 제공할 수 있다. 종방향 위치 정보를 제공하는 하나 이상의 연속적인 기준 마크에 부가하여 횡방향 위치 기준이 사용될 수 있다. 도 1E는 일 실시예에 따라 종방향 위치 감지를 위해 사용되는 사인 마크(101) 및 코사인 마크(103)에 부가하여 횡방향 위치 감지를 위해 사용될 수 있는 웨브(100) 상에 배치된 수평 라인(106)을 도시한다. 도 1F는 일 실시예에 따라 횡방향 위치를 감지하기 위한 일련의 수평 라인(107) 및 종방향 위치를 감지하기 위한 일련의 대각선(104)을 도시한다. 도 1F에 도시된 구성은 웨브의 절단 또는 웨브의 레이저 애블레이션과 같은 공극을 웨브에 생성하는 기준 마크 방법에 특히 유용하다.
기준 마크는 웨브 상에 제조된 또는 웨브에 도포된 패턴을 포함한다. 광학 구성에서, 기준 마크는 투과광 또는 반사광을 변조한다. 마크는 접촉식 직접 인쇄, 잉크젯 인쇄, 레이저 인쇄, 레이저 마킹, 애블레이션, 미세 복 제(microreplication), 스크라이빙, 엠보싱, 캐스팅, 코팅 및/또는 기타 방법들에 의해 웨브에 제조되거나 적용될 수 있다.
도 2A는 본 발명의 실시예들에 따른 웨브의 종방향 및 횡방향 위치를 결정하도록 구성된 웨브 위치 검출기의 블록도이다. 이 실시예에서, 단일 센서(212)는 종방향 및 횡방향 기준 마크(204 내지 206)를 감지하는 데 사용된다. 다른 구성에서, 제1 센서는 횡방향 기준 마크를 감지하는 데 사용되고, 제2 센서는 종방향 기준 마크를 감지하는 데 사용된다.
도 2A에 나타낸 바와 같이, 웨브(202)는 사인 및 코사인 마크(204, 205)를 포함하는 종방향 기준 마크를 포함한다. 웨브(202)는 또한 수평 마크(206)를 포함하는 횡방향 기준 마크를 갖는다. 웨브(202)가 롤러(208, 210)들 사이를 통과함에 따라, 센서(212)는 종방향 기준 마크(204, 205) 및 횡방향 기준 마크(206) 둘 모두를 감지한다. 센서(212)는 카메라 또는 기타 유형의 광학 센서, 전자기 센서, 밀도 센서, 접촉 센서, 또는 기준 마크를 감지할 수 있는 임의의 다른 유형의 센서일 수 있다. 도 2A에 도시된 실시예에서, 센서는 CCD 카메라를 포함한다.
카메라(212)의 출력은 카메라(212)로부터 기준 마크(204 내지 206)의 이미지를 획득하여 디지털화하는 이미지 데이터 획득 회로(214)로 보내진다. 이미지 데이터 획득 회로(214)로부터의 기준 마크의 디지털 이미지는 디지털 이미지 처리 시스템(216)으로 보내진다. 디지털 이미지 처리 시스템(216)은 이미지를 분석하여 감지된 기준 마크에 대응하는 신호를 발생한다. 디지털 이미지 처리 시스템(216)에 의해 발생된 신호는 종방향 위치 검출기(218)로 그리고 선택적으로는 횡방향 위 치 검출기(220)로 출력될 수 있다. 횡방향 웨브 위치 검출기(220)로부터의 정보는 종방향 웨브 위치의 보간법을 향상시키기 위해 종방향 웨브 위치 검출기(218)에 의해 사용될 수 있다. 종방향 웨브 위치 검출기(218) 및 횡방향 웨브 위치 검출기(220)에 의해 결정된 종방향 및 횡방향 위치는 각각 웨브의 종방향 및 횡방향 위치를 제어하도록 구성된 이동 제어 시스템으로 출력될 수 있다. 종방향 웨브 위치 결정을 위해 실질적으로 연속적인 기준 마크를 사용함으로써, 웨브의 위치가 1 마이크로미터보다 나은 정확도로 결정될 수 있다. 정확도 및 분해능은 몇 가지 요인들에 의해 결정된다. 한 가지 요인은 마킹 공정에 의해 생성되고 센서에 이용가능한 기준 마크에서의 콘트라스트(contrast)의 레벨이다. 콘트라스트가 높을수록, 더 높은 분해능이 가능할 것이다. 정확도 및 분해능에 영향을 주는 다른 요인은 반복적인 사이클(주기)이 얼마나 작게 만들어질 수 있느냐이다. 정확도 및 분해능에 영향을 주는 또 다른 인자는 센서의 분해능이다. 예를 들어, 1 ㎜ 주기를 갖는 사인파 기준 마크 및 12 비트 센서 분해능의 경우, 약 0.25 마이크로미터 또는 심지어 약 0.1 마이크로미터의 분해능이 달성가능하다.
도 2B 내지 도 2D는 다양한 유형의 센서의 이미지 필드(image field)의 예를 도시한다. 도 2B는 영역 센서의 이미지 필드(270) 내의 기준 마크(204, 205, 206)를 도시한다. 영역 센서는 각각의 픽셀 위치의 광 세기를 나타내는 값의 Xi x Yj 어레이를 출력한다. 영역 센서는 신호 처리를 위한 대량의 데이터를 제공한다. 큰 데이터 세트는, 예를 들어, 현재 뷰와 이전 뷰의 비교를 가능하게 해주며 위치 정확도에서 가능한 이점들을 가져오는 더 고도의 데이터 필터링을 가능하게 해준다. 영역 센서는 비교적 더 큰 데이터 세트를 획득하여 처리하는 데 걸리는 시간으로 인해 어떤 다른 유형의 센서와 비교하여 더 느린 위치 갱신 속도를 제공한다.
도 2C는 라인 스캔 센서의 이미지 필드(280) 내의 기준 마크(204, 205, 206)를 도시한다. 라인 스캔 센서는 픽셀 세기의 1 x Yn 벡터를 출력한다. 라인 스캔 센서는 영역 센서와 비교하여 빠른 위치 갱신을 제공하지만, 위치 이력의 데이터 저장이 필요하다.
도 2D에서, 기준 마크(204, 205, 206)는 순차 스캔 센서의 이미지 필드(290) 내에 도시되어 있다. 일반적으로, 영역 스캔 센서는 사용자가 스캔하는 라인의 개수(예를 들어, Xn = 4 또는 기타 개수)를 선택할 수 있게 해준다. 순차 스캔 센서는 라인 스캔보다 신호 처리를 위한 더 많은 데이터를 제공하지만, 이는 더 느리다.
사인 및 코사인 마크(204, 205)는 최대 분해능을 달성하기 위해 스케일링될 수 있다. 예를 들어, 마크의 진폭은 센서의 이미지 뷰(270, 280, 290) 내의 마크(204, 205)를 최대화하기 위해 가능한 한 크게 만들어질 수 있으며, 횡방향 위치 오차를 참작하여 어떤 여유를 둔다. 종방향 스케일링은 예상된 동작 속도에 기초하여 선택될 수 있다. 사인 및 코사인 마크(204, 205)의 더 예리한 피치(더 높은 주파수 및 더 작은 피크간 거리)를 사용하면 더 가파른 기울기를 제공하며, 종방향에서 더 높은 분해능을 제공한다. 과도하게 높은 피치는 신호대 잡음비를 감소시 키고 또한 요구되는 샘플링 속도를 증가시킨다. 최소 샘플링 속도에서는 샘플들 간에 1/2 이하의 사이클이 경과하는 것을 요구한다. 그렇지만, 최소 샘플링 속도보다 적어도 3 내지 4배의 샘플링 속도가 사용될 때 동작이 향상된다. 달성가능한 샘플링 속도는 사용되는 센서의 유형에 따라 다르지만, 카메라 센서에서는 1 ㎑를 넘는 속도가 가능하다.
도 3의 도면은 본 발명의 실시예들에 따른 종방향 웨브 위치를 결정하는 방법을 도시한다. 방법은 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 실질적으로 연속적인 기준 마크를 감지하는 단계(단계 310)를 포함한다. 감지된 기준 마크에 대응하는 센서 신호가 발생된다(단계 320). 센서 신호를 사용하여 웨브의 종방향 위치가 결정된다(단계 330).
사인 및/또는 코사인 마크와 같은 주기적인 기준 마크는 웨브의 대략적인 및 미세한 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 정보를 포함한다. 대략적인 위치는 주기적인 기준 마크의 주기적으로 반복되는 특징부들로부터 결정될 수 있다. 사인 또는 코사인 기준 마크의 경우에, 웨브의 대략적인 종방향 위치를 결정하는 데 사용되는 주기적으로 반복되는 특징부들은, 예를 들어, 피크 또는 제로 교차점을 포함할 수 있다.
사인 및 코사인 기준 마크를 사용하는 일 실시예에서, 대략적인 위치를 결정하기 위해 각 사이클의 제로 교차점이 카운트된다. 사인 및 코사인 신호의 적절한 부호 처리와 함께 arctan2 함수를 취함으로써, 임의의 사이클 내에서의 미세한 위치가 결정될 수 있다. 도 4의 도면은 사인 및 코사인 기준 마크로부터 이용가능한 대략적인 및 미세한 위치 결정을 사용하여 종방향 웨브 위치를 결정하는 방법을 도시한다. 웨브 상에 배치된 사인 및 코사인 마크가 감지되고, 사인 및 코사인 마크에 대응하여 센서 신호가 발생된다(단계 410, 단계 420). 이 방법은 횡방향 웨브 이동을 보상(단계 430)하는 어떤 프로세스를 포함한다. 예를 들어, 기준 마크 또는 웨브 모서리와 같은 횡방향 기준 참조를 사용하여 횡방향 웨브 이동이 추적될 수 있다. 횡방향 기준을 사용함으로써, 센서 윈도우 내에서 웨브가 정확하게 위치 결정될 수 있다. 대안적으로, 약 3 사이클의 지속기간을 갖는 이동 최소-최대 검출기(running min-max detector)가 사용될 수 있다. 사인 및 코사인 신호의 피크간 진폭이 고정되어 있기 때문에, 각각의 사인 및 코사인 값의 최대 및 최소 피크값의 변화에 주목함으로써 웨브의 횡방향 이동이 결정될 수 있다. 서로에 대해 고정 관계에 있는 최대 피크 및 최소 피크 둘 모두의 변화는 웨브의 횡방향 위치의 변화를 나타낸다. 신호 처리의 복잡성을 감소시키는 것은 물론 측정의 지연 시간을 감소시키는 것 둘 모두로 인해, 횡방향 기준점의 직접적인 감지가 바람직하다. 횡방향 이동을 결정하기 위해 웨브 모서리가 또한 사용될 수 있다.
사인 및 코사인 신호가 디지털화되고, 필터링 또는 다른 방식으로 처리될 수 있다. 시스템은 사인 마크의 제로 교차점을 탐색한다(단계 440). 제로 교차점이 발견되면, 제로 교차점이 카운트되고 대략적인 웨브 위치가 결정된다(단계 450). 사인 및 코사인 신호 값의 arctan2 함수가 계산된다(단계 460). arctan2 계산으로부터 구해진 각도 및 사분면은 가장 가까운 제로 교차점을 기준으로 한 웨브의 미세한 위치를 제공한다(단계 470).
도 5의 사진은 폴리에스테르 웨브 상에 잉크젯을 통해 인쇄된 기준 마크를 도시한다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 잉크젯 인쇄 공정은 마크에 어떤 왜곡을 생성한다. 인쇄 공정으로부터의 개개의 도트가 보일 수 있고, 플롯 엔진(plot engine)으로부터의 단기 사이클 오차가 또한 보일 수 있다. 다양한 신호 처리 기법을 통해 기준 마크에 있는 결함들이 보상될 수 있다. 예를 들어, 마크에 응답하여 발생된 센서 신호들이 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 레벨 변화, 필터링, 및/또는 각도 조절이 될 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 신호들의 향상은 선형 또는 비선형 필터링에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 현재의 웨브 속도가 알려져 있거나 추정되는 경우, 그 다음 추정된 위치 갱신에 대한 범위가 정해질 수 있다. 이들 범위 밖의 임의의 값은 노이즈인 것으로 가정될 수 있다. 특히, 추정된 웨브 위치를 향상시키기 위해 칼만 필터를 사용하는 것과 같이 순환 필터링이 사용될 수 있다. 칼만 필터는 둘 이상의 정보 소스를 사용하고 이들을 조합하여 신호 통계의 지식을 기반으로 최상의 추정값을 형성한다. 통계는 실시간으로 발생될 수 있거나, 정적 프로세스의 경우, 계산 부담을 줄이기 위해 오프라인으로 발생될 수 있다. 도 6은 칼만 필터링 전(610) 및 후(620)의 노이즈가 많은 잉크젯 데이터에 기초한 추정된 위치를 보여주는 그래프를 도시한다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 필터링되지 않은 신호(610)에 큰 사이클 오차가 있으며, 이는 칼만 필터링이 적용된 후(620)에 상당히 감소된다.
연속적인 기준 마크를 포함하는 본 명세서에 설명된 실시예들은 이동하는 웨 브의 종방향 위치의 연속적인 추적을 제공한다. 종이, 섬유, 직포 또는 부직포 재료로 만들어진 웨브와 같은 범용 웨브에 웨브 기준점들을 적용하는 데 간단한 접근방법이 사용될 수 있다. 웨브는 폴리에스테르, 폴리카보네이트, PET, 또는 다른 중합체 웨브를 포함할 수 있다. 사인 및 코사인 마크를 사용함으로써 이용가능한 중복성은 높은 노이즈 내성을 제공하며 정확한 웨브 위치 결정을 가능하게 해준다. 이들 접근방법은 가요성 웨브와 관련하여 사용될 때 특히 유용하다.
본 발명의 다양한 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 이는 모두 망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려고 의도한 것이 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 변경예 및 변형예가 가능하다. 본 발명의 범주가 이러한 상세한 설명에 의해 한정되는 것이 아니고 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되도록 의도한 것이다.

Claims (38)

  1. 웨브 상에 종방향으로 배치된 하나 이상의 연속적인 기준 마크를 감지하는 단계; 및
    기준 마크에 기초하여 웨브의 종방향 위치를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    하나 이상의 기준 마크를 감지하는 단계는 웨브 상에 종방향으로 배치된 사인 기준 마크 및 코사인 기준 마크를 감지하는 단계를 포함하는, 긴 웨브의 위치를 결정하는 방법.
  2. 웨브 상에 종방향으로 배치된 사인 기준 마크 및 코사인 기준 마크를 포함하는 하나 이상의 연속적인 기준 마크를 감지하도록 구성되고, 기준 마크에 대응하는 신호를 발생하도록 구성된 하나 이상의 센서; 및
    센서 신호를 수신하고 센서 신호를 사용하여 웨브의 종방향 위치를 결정하도록 구성된 위치 검출기
    를 포함하는, 긴 웨브의 위치를 결정하는 장치.
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