KR101743982B1

KR101743982B1 - 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101743982B1
Application number: KR1020150023907A
Authority: KR
Inventors: 신기현; 이종수; 이동진
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2017-06-20
Also published as: KR20160101406A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템은 일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 인쇄롤과, 상기 복수의 인쇄롤에 의해 인쇄되는 인쇄소자에 작용하는 장력에 의하여 발생하는 레지스터 에러를 측정하기 위한 측정센서와, 상기 인쇄소자에 작용하는 장력을 측정하며 장력 외란을 분석하여 규명하는 장력 외란 추정 장치와, 상기 장력 외란 추정 장치 및 측정센서가 측정한 측정값을 연산하여 상기 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 주제어기를 포함할 수 있다.

Description

고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법{High-precision Register Control System and Method}

본 발명은 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤투롤 공정에서 인쇄소자에 발생하는 고정밀 레지스터 에러에 영향을 미치는 장력 외란을 분석 및 규명하기 위한 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 전통적 인쇄공정에서 사용하는 연속공정 롤투롤(roll-to-roll) 인쇄 방식을 통한 대량, 저가격의 전자소자 생산에 관심이 집중되고 있다. 기존의 배치(batch)방식을 통한 전자소자의 생산은 단속적인 생산 방식과 애칭(etching)등으로 인한 생산공정의 복잡성으로 인해 생산성이 높지 않았다.

반면 연속공정을 통한 롤투롤 방식의 생산은 소재를 연속적으로 생산할 수 있으며, 은이나 니켈 같은 금속 나노입자가 포함된 잉크를 직접 소재에 인쇄함으로서 생산속도가 급격히 증가하게 된다. 하지만 일반 인쇄매체에 사용되는 전통적인 인쇄공정을 전자소자 롤투롤 인쇄에 적용하기 위해서는 인쇄 정밀도를 높여야 하는 문제가 존재한다. 전통적인 인쇄공정의 정밀도는 100micron 이며, 이는 인간의 눈으로 구별할 수 있는 최소오차를 의미한다. 하지만 전자소자는 그 적용 대상에 따라 1~50micron 혹은 그 이하의 인쇄정밀도를 요구한다.

보통 연속공정 인쇄기는 보상롤 타입의 레지스터 제어기(compensator roll type register controller)와 섹셔널 타입의 레지스터 제어기(sectional type register controller)가 존재하며 최근의 연속공정 인쇄는 섹셔널 타입의 레지스터 제어기가 사용되고 있다.

이러한 섹셔널 타입 레지스터 제어기에서는 레지스터 에러의 제어방식도 달라지게 된다. 즉, 기존의 보상롤 타입의 레지스터 제어기를 갖는 인쇄기에서는 보상롤의 움직임을 통해 스팬길이를 변화시켜 인쇄롤간의 위상차이를 발생시킴으로써 종방향 레지스터 에러를 보상하게 되고, 반면에 섹셔널 타입의 레지스터 제어기를 갖는 인쇄기에서는 각 프린팅 실린더(인쇄롤)의 모터 속도의 변화, 즉 종방향 레지스터 에러의 크기만큼 인쇄롤의 위상을 변화시킴으로써 레지스터 에러를 보상할 수 있게 된다.

이상의 레지스터 제어기들은 모두 종방향의 레지스터 에러를 제어하기 위한 것이다.

그러나 일반적으로 다수 개의 인쇄롤을 이용하여 인쇄되는 다층 인쇄소자는 종방향 레지스터 에러와 횡방향 레지스터 에러가 모두 발생될 수 있다.

한편, 전통적 인쇄시스템에서는 이러한 에러를 보상하기 위해 각 인쇄롤마다 비례-적분-미분 제어(Proportional Integral Derivative control)와 같은 되먹임 제어(feedback control) 방법을 통해 각 스팬에서 발생하는 레지스터 에러를 제어하고 있다. 하지만, 전자소자 롤투롤 인쇄를 위한 고정밀 레지스터 제어를 구현하기 위해서는 이러한 다음 스팬에 발생하는 레지스터 에러를 정확한 값으로 미리 보상하여 레지스터 에러의 발생가능성을 줄일 수 있어야 한다.

그러나 이때 주요한 어려움은 레지스터 데이터만으로는 규명할 수 없는 다양한 외란이 롤투롤 공정에 존재하는데, 이러한 외란들이 레지스터 에러 정밀도에 직접적인 영향을 미치고, 레지스터 제어 범위를 벗어나는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 롤투롤 공정에서 발생하는 불규칙적으로 보이는 레지스터 에러를 제어할 수 있는 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장력 외란을 추정하여 원인을 분석 및 규명할 수 있는 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템은 일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 인쇄롤과, 상기 복수의 인쇄롤에 의해 인쇄되는 인쇄소자에 작용하는 장력에 의하여 발생하는 레지스터 에러를 측정하기 위한 측정센서와, 상기 인쇄소자에 작용하는 장력을 측정하며 장력 외란을 분석하여 규명하는 장력 외란 추정 장치와, 상기 장력 외란 추정 장치 및 측정센서가 측정한 측정값을 연산하여 상기 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 주제어기를 포함할 수 있다.

상기 복수의 인쇄롤은 회전 운동 및 횡방향 또는 종방향 운동을 통해 상기 인쇄소자를 이동시켜 상기 인쇄소자에 패턴을 인쇄할 수 있다.

상기 측정센서는 상기 인쇄소자에 표기하여 상기 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와, 상기 트리거마크의 위치를 인식하는 기준센서와, 상기 트리거마크와 소정의 거리에 구비되며 상기 복수개의 인쇄롤에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 복수개의 인쇄롤을 통과할 때 인쇄되는 복수개의 레지스터마크와, 상기 기준센서에서 상기 트리거마크를 인식할 때 상기 복수개의 레지스터마크를 동시에 촬영하는 에러측정센서를 구비할 수 있다.

상기 레지스터마크는 제 1인쇄롤에 의하여 인쇄되는 제 1레지스터마크와, 상기 제 1레지스터마크와 횡방향으로 소정의 거리에 인쇄되며 상기 인쇄소자가 횡방향으로 이동할 때 상기 제 1인쇄롤의 횡방향에 구비된 제 2인쇄롤에 의하여 인쇄되는 제 2레지스터마크를 구비할 수 있다.

상기 주제어기는 상기 인쇄롤에 의하여 인쇄된 상기 제 1레지스터마크와 상기 제 2레지스터마크의 간격과 상기 에러측정센서에 촬영한 상기 제 1레지스터마크와 상기 제 2레지스터마크의 간격의 오차에 의하여 레지스터 에러 및 장력 외란을 판단할 수 있다.

상기 주제어기는 상기 레지스터 에러를 제어하기 위한 피드백 제어로직 및 피드포워드 제어로직으로 연산하여 상기 인쇄롤의 위치를 제어할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치는 상기 인쇄롤과 횡방향으로 소정의 거리에 구비되는 로드셀을 이용하여 장력을 측정하거나 수학적 모델을 이용하여 장력을 추정할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란을 추정하는 방법은 상기 장력을 비주기적 외란과 주기적 외란으로 분석하는 장력 외란 분석방법과, 상기 분석방법에 의하여 분석된 상기 장력 외란을 롤투롤 인쇄를 위한 작동 단계에 의하여 규명하는 장력 외란 규명방법을 사용할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치는 각 외란에 대한 영향을 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)을 포함하는 주파수 분석 기법으로 분석할 수 있다.

상기 장력 외란 규명방법은 상기 롤투롤을 사용한 장비 단계를 (a) 상기 롤투롤을 활용한 장비의 장력 및 접압롤 압력 인가 단계; (b) 인쇄 소자의 이송 단계; (c) 건조, 냉각 롤 중 적어도 하나의 작동 단계; (d) 인쇄 단계; 로 분류하여 각 단계에서의 장력 외란 원인을 규명할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 고정밀 레지스터 제어 방법은 (a) 인쇄롤에 의해 인쇄되는 인쇄소자에 발생하는 레지스터 에러를 측정센서에서 측정하는 단계; (b) 상기 주제어기는 상기 계산된 인쇄소자의 레지스터 에러가 허용된 인쇄소자의 레지스터 에러보다 큰지를 판단하는 단계; (c) 장력 외란 추정 장치에서 장력을 측정하며 측정된 장력 외란을 분석 및 규명하는 단계; (d) 상기 측정된 인쇄소자의 위치 및 패턴의 레지스터 에러를 통해 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값을 계산하는 단계; 및 (e) 상기 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값에 따라 상기 복수의 인쇄롤의 위치를 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 측정센서는 상기 인쇄소자에 표기하여 상기 장력을 추정하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와, 상기 트리거마크의 위치를 인식하는 기준센서와, 상기 트리거마크와 소정의 거리에 구비되며 상기 복수개의 인쇄롤에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 복수개의 인쇄롤을 통과할 때 인쇄되는 복수개의 레지스터마크와, 상기 기준센서에서 상기 트리거마크를 인식할 때 상기 복수개의 레지스터마크를 동시에 촬영하는 에러측정센서를 구비할 수 있다.

상기 (a)단계에서, 상기 측정센서에서 상기 레지스터 에러를 측정하는 방법은 (a) 제 1인쇄롤에 의하여 상기 인쇄소자에 패턴과 트리거마크와 제 1레지스터마크를 인쇄하는 단계; (b) 상기 제 1인쇄롤의 횡방향에 구비된 제 2인쇄롤에 의하여 횡방향으로 이동하는 상기 인쇄소자에 제 2레지스터마크를 인쇄하는 단계; (c) 상기 기준센서에서 상기 트리거마크의 위치를 인식하면 상기 에러측정센서에서 상기 제 1레지스터마크와 제 2레지스터마크를 촬영하는 단계; (d) 상기 에러측정센서에서 촬영한 상기 제 1레지스터마크와 제 2레지스터마크의 간격을 계산하여 레지스터 에러를 판단하는 단계; (e) 상기 계산된 인쇄소자의 레지스터 에러가 허용된 인쇄소자의 레지스터 에러보다 큰지를 판단하는 단계; (f) 주제어기에서 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 단계;를 구비할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란을 추정하는 방법은 상기 장력을 비주기적 외란과 주기적 외란으로 분석하는 장력 외란 분석방법과, 상기 장력 외란 분석방법에 의하여 분석된 상기 장력 외란을 롤투롤 인쇄를 위한 작동 단계에 의하여 규명하는 장력 외란 규명방법을 사용할 수 있다.

상기 인쇄롤에 의하여 상기 인쇄소자를 인쇄하는 작업중에 상기 레지스터 에러를 제어하는 방법에 있어서, (a) 상기 인쇄롤에 의해 횡방향으로 이동하는 상기 인쇄소자의 장력을 상기 장력 외란 추정 장치에서 측정하여 장력 외란을 결정하는 단계; (b) 상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란의 원인을 분석하는 단계; (c) 분석을 통해 상기 레지스터 에러에 지배적인 영향을 미치는 장력 외란 및 원인을 규명하는 단계; (d) 규명된 장력 외란에 따른 레지스터에러 추정에 적절한 레지스터 모델을 결정하는 단계; (e) 상기 레지스터 모델을 이용하여 상기 레지스터 에러에 영향을 미치는 장력 외란의 허용 범위를 결정하고 이를 개선하는 단계; (f) 장력 외란 개선 후 레지스터 제어를 위한 클로즈 루프 PID 제어 및 제어 레지스터를 설계하는 단계;

를 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법에 의하면, 인쇄소자에 인쇄되는 트리거마크와 레지스터마크를 인쇄하여 레지스터 에러를 측정할 수 있는 것이다.

그리고, 인쇄소자에 인가되는 장력 측정을 통하여 레지스터 외란의 분석 및 원인을 규명할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측정센서를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주제어기에서 레지스터 에러를 판별하는 모습을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력 외란 추정 장치를 나타낸 블록도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 6은 롤투롤의 조작 단계 중에 레지스터 에러를 제어하는 것을 나타낸 알고리즘.
도 7 내지 도 9는 레지스터 에러를 제어하기 위하여 장력 외란을 분석 및 규명하는 것을 설명하기 위한 예시도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템은 일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 인쇄롤(100)과, 상기 복수의 인쇄롤(100)에 의해 인쇄되는 인쇄소자(10)에 작용하는 장력에 의하여 발생하는 레지스터 에러를 측정하기 위한 측정센서(200)와, 상기 인쇄소자(10)에 작용하는 장력을 측정하며 상기 장력 외란을 분석하여 규명하는 장력 외란 추정 장치(300)와, 상기 장력 외란 추정 장치(300) 및 측정센서(200)가 측정한 측정값을 연산하여 상기 인쇄롤(100)의 위치 및 속도를 제어하는 주제어기(400)를 구비할 수 있다.

상기 인쇄롤(100)은 인쇄소자(10)를 횡방향으로 이동시키며 인쇄하도록 다수가 구비될 수 있다. 상기 인쇄롤(100)은 상기 인쇄소자(10)의 상부와 하부에 구비될 수 있으며 상기 인쇄소자(10)의 상부와 하부에 구비된 인쇄롤(100)이 서로 다른 방향으로 회전하며 상기 인쇄소자(10)를 횡방향으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 인쇄소자(10)의 상부 및 하부에 결합된 상기 인쇄롤(100)에 의하여 상기 인쇄소자(10)에 패턴(20)이 인쇄될 수 있다.

상기 인쇄소자(10)가 횡방향으로 이동함에 따라 복수개의 인쇄롤(100)에 의하여 다양한 패턴(20)이 적층되며 인쇄될 수 있다.

상기 측정센서(200)는 적어도 최초 2개의 인쇄롤(100)을 통과한 상기 인쇄소자(10)를 측정하도록 설치될 수 있으며 복수의 인쇄롤(100)에 의해 인쇄되는 인쇄소자(10)의 레지스터 에러를 측정할 수 있다.

상기 측정센서(200)는 롤투롤 장치를 구동하기 전 상기 롤투롤 장치의 레지스터 에러를 측정하기 위한 것으로 상기 측정센서(200)에 의하여 상기 인쇄롤(100)의 위치 및 회전속도를 조절할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치(300)는 상기 롤투롤 장치가 작동하고 있을 때 상기 레지스터 에러를 측정하기 위한 것으로 상기 측정센서(200)에 의하여 레지스터 에러를 1차적으로 측정하였으므로 인쇄롤(100)에 의하여 발생하는 장력에 의한 장력 외란을 추정할 수 있다.

상기 장력 외란 추정 장치(300)는 상기 인쇄롤(100)과 횡방향으로 소정의 거리에 구비되는 로드셀(50) 및 구동롤 수학적 모델을 이용하여 장력을 측정할 수 있다.

상기 주제어기(400)는 상기 측정센서(200)에서 측정한 패턴(20)의 횡방향 또는 종방향 에러 및 인쇄소자(10)의 횡방향 위치를 포함하는 측정값으로부터 인쇄소자(10)의 레지스터 에러를 계산할 수 있다.

그리고 주제어기(400)는 횡방향 또는 종방향 레지스터 에러를 제어하기 위해 피드백 제어로직과 피드포워드 제어로직을 사용하여 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값을 연산하여 인쇄롤(100)의 위치 및 회전속도를 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 측정센서를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 주제어기에서 레지스터 에러를 판별하는 모습을 나타낸 개념도이다.

도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 측정센서(200)는 인쇄소자(10)에 표기하여 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크(210)와, 상기 트리거마크(210)의 위치를 인식하는 기준센서(220)와, 상기 트리거마크(210)와 소정의 거리에 구비되는 복수개의 레지스터마크(230)와, 상기 복수개의 레지스터마크(230)를 동시에 촬영하는 에러측정센서(200)를 구비할 수 있다.

상기 트리거마크(210)는 롤투롤 장비를 최초 구동할 때 레지스터 에러를 측정하기 위하여 인쇄소자(10)가 상기 인쇄롤(100) 사이에 구비된 후 처음 인쇄되는 제 1인쇄롤(110)에 의하여 인쇄될 수 있다.

상기 트리거마크(210)는 상기 인쇄소자(10)에 인쇄되는 패턴(20)과 중복되지 않는 위치에 인쇄될 수 있다.

상기 레지스터마크(230)는 상기 트리거마크(210)와 소정의 거리에 구비되며 상기 복수개의 인쇄롤(100)에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 복수개의 인쇄롤(100)을 통과할 때 인쇄될 수 있다.

그리고 상기 레지스터마크(230)는 제 1인쇄롤(110)에 의하여 인쇄되는 제 1레지스터마크(231)와, 상기 제 1레지스터마크(231)와 횡방향으로 소정의 거리에 인쇄되며 상기 인쇄소자(10)가 횡방향으로 이동할 때 상기 제 1인쇄롤(110)의 횡방향에 구비된 제 2인쇄롤(110)에 의하여인쇄되는 제 2레지스터마크(232)를 구비할 수 있다.

상기 제 1레지스터마크(231)는 상기 트리거마크(210)와 동일하게 상기 제 1인쇄롤(110)에 의하여 인쇄될 수 있으며 상기 트리거마크(210)와 소정의 거리에 인쇄될 수 있다.

상기 제 2레지스터마크(232)는 상기 제 2인쇄롤(110)에 의하여 인쇄되므로 상기 제 1레지스터마크(231)와 횡방향으로 소정의 거리에 인쇄되며 상기 제 1레지스터마크(231)와 구분하기 위하여 상기 제 1레지스터마크(231)와 다른 형상으로 인쇄될 수 있다.

상기 기준센서(220)는 상기 제 2인쇄롤(110)과 횡방향으로 소정의 거리에 구비될 수 있으며 상기 제 2레지스터마크(232)가 인쇄된 후 상기 트리거마크(210)의 위치를 인식할 수 있다.

상기 에러측정센서(200)는 상기 기준센서(220)에서 상기 트리거마크(210)를 인식할 때 상기 복수개의 레지스터마크(230)를 동시에 촬영할 수 있으며 상기 에러측정센서(200)는 상기 기준센서(220)와 횡방향으로 소정의 거리에 구비될 수 있다.

상기 에러측정센서(200)는 상기 트리거마크(210)와 상기 레지스터마크(230)의 거리와 동일하게 상기 기준센서(220)와의 거리에 구비되어 상기 기준센서(220)에서 상기 트리거마크(210)를 인식할 때 상기 에러측정센서(200) 하부에 위치한 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)를 동시에 촬영할 수 있다.

상기 주제어기(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 측정센서(200)에서 측정한 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 거리를 계산할 수 있다.

상기 주제어기(400)는 상기 인쇄롤(100)에 의하여 인쇄된 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 간격과 상기 에러측정센서(200)에 촬영한 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 간격의 오차에 의하여 레지스터 에러 및 장력 외란을 판단할 수 있다.

예를 들어, 상기 인쇄롤(100)에 의하여 인쇄된 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 간격이 x축 3cm, y축 2cm이고 상기 에러측정센서(200)에 촬영한 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 간격이 상기 제 1레지스터마크(231)와 상기 제 2레지스터마크(232)의 간격과 다르게 측정될 경우 레지스터 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 주제어기(400)는 상기 레지스터 에러를 제어하기 위한 피드백 제어로직 및 피드포워드 제어로직으로 연산하여 상기 인쇄롤(100)의 위치를 제어할 수 있다. 이때 상기 주제어기(400)는 실제 피드백 제어보상값과 피드포워드 제어보상값을 각각 연산하여 인쇄롤(100)을 회전하는 모터(30)에 명령을 전달하는 모터드라이버(40)에 전달함으로써 인쇄롤(100)의 회전속도 및 위치를 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력 외란 추정 장치를 나타낸 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 장력 외란 추정 장치(300)는 롤투롤 장비가 작동될 때 레지스터 에러를 측정하며 레지스터 에러를 발생시키는 장력 외란의 원인을 추정하여 레지스터를 제어할 수 있다.

상기 로드셀(50)은 인쇄소자(10)가 상기 인쇄롤(100)에 의하여 작용하는 장력을 측정할 수 있으며 상기 로드셀(50)은 상기 인쇄소자(10)에 의하여 회전하거나 상기 인쇄소자(10)의 상부와 하부에 구비되어 상기 인쇄소자(10)에 발생하는 장력을 측정할 수 있다.

레지스터는 2개의 인쇄롤(100) 사이에서 정의되는 장력의 함수로 표현이 되며 레지스터 에러는 장력의 변화에 영향을 받는다.

롤투롤 장치에 의하여 인쇄를 할 때는 다양한 외란의 영향이 발생할 수 있는데 일반적으로 인쇄 장력, 건조 온도, 패턴(20)의 인쇄성이 레지스터 성능에 영향을 주는 변수로 판명될 수 있다.

또한, 상기 장력 외란 추정 장치(300)에서 상기 장력 외란을 추정하는 방법은 상기 장력을 비주기적 외란과 주기적 외란으로 분석하는 장력 외란 분석방법(310)과, 상기 장력 외란 분석방법(310)에 의하여 분석된 상기 장력 외란을 롤투롤 인쇄를 위한 작동 단계에 의하여 규명하는 장력 외란 규명방법(320)을 사용할 수 있다.

일반적으로 외란은 편심에 의해 발생되는 주기적 외란(Repeatable Run Out; RRO)과 진동(Fluttering)에 의하여 발생되는 비주기적 외란(Non-Repeatable Run Out; NRRO)으로 구분된다.

상기 장력 외란 분석방법(310)에서 비주기적 외란은 노이즈 필터링 후 장력 그래프 플롯을 통하여 외란이 분석될 수 있는 반면에 상기 주기적 외란에 대한 영향은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)을 포함하는 주파수 분석 기법으로 분석할 수 있다. 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)이라 함은 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과 그 역변환을 빠르게 수행하는 효율적인 알고리즘으로 함수의 근사값을 계산하는 알고리즘일 수 있다.

상기 장력 외란 규명방법(320)은 상기 롤투롤을 사용한 장비 단계를 (a) 상기 롤투롤을 활용한 장비의 장력 및 접압롤 압력 인가 단계; (b) 인쇄 소자의 이송 단계; (c) 건조, 냉각 롤 중 적어도 하나의 작동 단계; (d) 인쇄 단계;로 분류하여 각 단계에서의 장력 외란 원인을 규명할 수 있다.

이하에서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 방법을 설명함에 있어 상술한 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

단계 S1100에서는 인쇄소자(10)가 유입되는 롤투롤 장비의 전면에 구비된 제 1인쇄롤(110)에 의하여 인쇄소자(10)에 패턴(20)을 인쇄할 수 있다.

단계 S1200에서는 상기 인쇄소자(10)에 트리거마크(210)와 제 1레지스터마크(231)를 인쇄할 수 있다.

단계 S1300에서는 상기 제 1인쇄롤(110)에서 소정의 거리에 구비되는 제 2인쇄롤(110)에 의하여 상기 인쇄소자(10)에 패턴(20)이 적층되도록 인쇄하며 제 2레지스터마크(232)를 인쇄할 수 있다.

단계 S1400은 상기 제 2인쇄롤(110)과 횡방향으로 소정의 거리에 구비되는 상기 기준센서(220)로 트리거마크(210)를 인식할 수 있다.

단계 S1500은 단계 S1400에서 상기 기준센서(220)에서 상기 트리거마크(210)를 인식할 때 상기 에러측정센서(200)에서 상기 복수개의 레지스터마크(230)를 동시에 촬영할 수 있으며 상기 에러측정센서(200)는 상기 기준센서(220)와 횡방향으로 소정의 거리에 구비될 수 있다.

단계 S1600은 단계 S1500에서 측정한 레지스터 에러를 주제어기(400)에서 판단할 수 있다.

단계 S1700에서는 주제어기(400)에서 판단한 레지스터 에러가 허용된 인쇄소자(10)의 레지스터 에러보다 큰 지를 판단할 수 있다. 상기 주제어기(400)에서 판단한 레지스터 에러가 허용 레지스터보다 클 경우 단계 S1800에서 제어보상값을 계산할 수 있다.

또한, 상기 주제어기(400)에서 판단한 레지스터 에러가 허용 레지스터보다 작을 경우 오류가 없는 것으로 판단하여 인쇄를 진행하거나 단계 S1100에서 제 1인쇄롤(110)에 의하여 인쇄소자(10)에 패턴(20)을 인쇄할 수 있다.

단계 S1800에서는 단계 S1700에서 레지스터 에러가 허용 레지스터보다 클 경우 측정된 인쇄소자(10)의 위치 및 패턴(20)의 레지스터 에러를 통해 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값을 계산할 수 있다.

단계 S1900은 단계 S1800에서 계산한 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값에 따라 상기 복수의 인쇄롤(100)의 위치를 변경할 수 있다.

도 6은 롤투롤의 조작 단계 중에 레지스터 에러를 제어하는 것을 나타낸 알고리즘이고, 도 7 내지 도 9는 레지스터 에러를 제어하기 위하여 장력 외란을 분석 및 규명하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.

단계 S2100에서는 롤투롤의 인쇄롤(100)이 동작하는데 장애를 일으키는 장력 외란을 결정할 수 있다. 롤투롤 인쇄 시에 지배적으로 작용하는 외란을 분석하기 위하여 인쇄 장력, 건조 온도, 패턴(20)의 인쇄성이 레지스터 성능에 영향을 주는 변수로 판명하여 결정할 수 있다.

단계 S2200은 단계 S2100에서 결정한 장력 외란을 분석 및 규명할 수 있다. 각각의 외란에 대한 영향은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)을 포함하는 주파수 분석 기법으로 분석할 수 있다. 인쇄 장력은 인쇄 공정 세팅 시 다양하게 변화될 수 있는데 (1) 레퍼런스(reference) 장력 초기 인가, 닙 롤와 구동 롤의 압력 인가 (2) 특정 속도 구동 시작 후 (3) 건조기 구동 후의 세 가지 스텝으로 크게 변화될 수 있다.

예를 들어, 롤투롤의 공정 조건을 표 1에서와 같이 설정하면 장력 외란을 분석 및 규명하는 방법에 있어서는

변수	단위	값
인쇄 속도	m/min	5
설정 장력	kgf	2
닙 압력	Mpa	0.5
닥터 압력	Mpa	0.5
건조 온도	℃	80

각 스텝에 따른 장력 외란을 도 7과 같이 FFT결과로 나타낼 수 있다. 도 7에서 나타나는 신호들은 다양한 외란들을 시각화할 수 있으며 0.034 kgf (0.35 Hz) 장력외란 및 0.025 kgf (0.47 Hz)는 두 번째 스텝에서 발생될 수 있다. 특히 0.257 kgf의 장력 에러는 세 번째 스텝에서 발생한 것인데 두 번째 스텝보다 8배나 큰 수치이다. 레지스터 변화는 세 번째 스텝에서 크게 발생했으며 이는 건조기 구동 후 발생하는 소재의 열 변형의 원인으로 분석될 수 있다.

또한, 도 8은 건조기 작동에 따른 장력 분포를 건조기 온도 분포와 같이 주파수대에서 분석한 것으로 주파수 구간은 0에서 0.03 Hz 이며 y-축은 장력 및 온도를 나타낸다. 빨강 및 녹색 박스는 최대 외란을 나타낸 것인데, 각 값이 온도와 그에 따른 장력을 나타낼 수 있다. 도 8에서는 6.2164 ℃(0.002837 Hz)에서 0.25768 kgf (0.002883 Hz)의 장력외란이 발생하는 것을 확인하였다. 이러한 장력 외란은 예측이 가능하며 또한 온도 외란이 장력 외란의 지배적이라는 점을 확인한 바, 차후 공정에 반영이 가능할 수 있다.

단계 S2300에서는 단계 S2200을 통해 발생하는 레지스터 에러를 추정할 수 있다.

단계 S2400은 단계 S2300을 통해 추정한 레지스터 에러에 의하여 적절한 레지스터 모델을 결정할 수 있다.

단계 S2500은 레지스터 모델이 허용 레지스터 에러의 허용 오차 이내인지 판단할 수 있다.

상기 허용 레지스터 에러는 ± 30마이크로미터(μm) 이하로 레지스터 에러를 생성하도록 장력을 계산할 수 있다.

또한, 레지스터 모델이 허용 오차에서 벗어나면 허용 오차를 감소시키기 위하여 장력 외란의 원인을 해소할 수 있다.

단계 S2600은 단계 S2500에서 ± 30마이크로미터(μm)이하로 허용 오차를 감소시키기 위하여 클로즈 루프 PID 제어 및 제어 레지스터를 설계할 수 있다.

도 9는 PID를 이용한 레지스터 제어 시, 개발된 알고리즘 적용에 따른 레지스터 개선 여부를 보여준다. 도 9에서와 같이 도 6의 알고리즘이 적용되기 전에는 PID제어가 적용됨에도 불구하고 진동이 발생하는 반면, 도 6의 알고리즘 적용 후에는 레지스터 에러가 +/-30um로 수렴함을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10: 인쇄소자 100: 인쇄롤
200: 측정센서 210: 트리거마크
220: 기준센서 230: 레지스터마크
231: 제 1레지스터마크 232: 제 2레지스터마크
240: 에러측정센서 300: 장력 외란 추정 장치
400: 주제어기

Claims

일정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 인쇄롤과,
상기 복수의 인쇄롤에 의해 인쇄되는 인쇄소자에 작용하는 장력에 의하여 발생하는 레지스터 에러를 측정하기 위한 측정센서와,
상기 인쇄소자에 작용하는 장력을 측정하며 장력 외란을 분석하여 규명하는 장력 외란 추정 장치와,
상기 장력 외란 추정 장치 및 측정센서가 측정한 측정값을 연산하여 상기 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 주제어기를 구비하고,
상기 장력 외란 추정 장치는 상기 인쇄롤과 횡방향으로 소정의 거리에 구비되는 로드셀을 이용하여 장력을 측정하거나 수학적 모델을 이용하여 장력을 추정하고,
상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란을 추정하는 방법은 상기 장력을 비주기적 외란과 주기적 외란으로 분석하는 장력 외란 분석방법과,
상기 장력 외란 분석방법에 의하여 분석된 상기 장력 외란을 롤투롤 인쇄를 위한 작동 단계에 의하여 규명하는 장력 외란 규명방법을 사용하고,
상기 장력 외란 규명방법은 상기 롤투롤을 사용한 장비 단계를
(a) 상기 롤투롤을 활용한 장비의 장력 및 접압롤 압력 인가 단계;
(b) 인쇄 소자의 이송 단계;
(c) 건조, 냉각 롤 중 적어도 하나의 작동 단계;
(d) 인쇄 단계;
로 분류하여 각 단계에서의 장력 외란 원인을 규명하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 복수의 인쇄롤은 회전 운동 및 횡방향 운동을 통해 상기 인쇄소자를 이동시켜 상기 인쇄소자에 패턴을 인쇄하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 측정센서는 상기 인쇄소자에 표기하여 상기 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와,
상기 트리거마크의 위치를 인식하는 기준센서와,
상기 트리거마크와 소정의 거리에 구비되며 상기 복수개의 인쇄롤에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 복수개의 인쇄롤을 통과할 때 인쇄되는 복수개의 레지스터마크와,
상기 기준센서에서 상기 트리거마크를 인식할 때 상기 복수개의 레지스터마크를 동시에 촬영하는 에러측정센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
제 3항에 있어서,
상기 레지스터마크는 제 1인쇄롤에 의하여 인쇄되는 제 1레지스터마크와,
상기 제 1레지스터마크와 횡방향으로 소정의 거리에 인쇄되며 상기 인쇄소자가 횡방향으로 이동할 때 상기 제 1인쇄롤의 횡방향에 구비된 제 2인쇄롤에 의하여 인쇄되는 제 2레지스터마크를 구비하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 주제어기는 상기 인쇄롤에 의하여 인쇄된 상기 제 1레지스터마크와 상기 제 2레지스터마크의 간격과 상기 에러측정센서에 촬영한 상기 제 1레지스터마크와 상기 제 2레지스터마크의 간격의 오차에 의하여 레지스터 에러 및 장력 외란을 판단하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 주제어기는 상기 레지스터 에러를 제어하기 위한 피드백 제어로직 및 피드포워드 제어로직으로 연산하여 상기 인쇄롤의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
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제 1항에 있어서,
상기 장력 외란 추정 장치는 각 외란에 대한 영향을 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform: FFT)을 포함하는 주파수 분석 기법으로 분석하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 시스템.
삭제
(a) 인쇄롤에 의해 인쇄되는 인쇄소자에 발생하는 레지스터 에러를 측정센서에서 측정하는 단계;
(b) 상기 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 주제어기는 상기 인쇄소자에 발생하는 상기 레지스터 에러의 측정값이 허용된 상기 인쇄소자의 레지스터 에러보다 큰지를 판단하는 단계;
(c) 장력 외란 추정 장치에서 장력을 측정하며 측정된 장력 외란을 분석 및 규명하는 단계;
(d) 상기 측정된 인쇄소자의 위치 및 패턴의 레지스터 에러를 통해 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값을 계산하는 단계; 및
(e) 상기 피드백 제어보상값 및 피드포워드 제어보상값에 따라 상기 인쇄롤의 위치를 변경하는 단계;를 구비하고,
상기 장력 외란 추정 장치는 상기 인쇄롤과 횡방향으로 소정의 거리에 구비되는 로드셀을 이용하여 장력을 측정하거나 수학적 모델을 이용하여 장력을 추정하고,
상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란을 추정하는 방법은 상기 장력을 비주기적 외란과 주기적 외란으로 분석하는 장력 외란 분석방법과,
상기 장력 외란 분석방법에 의하여 분석된 상기 장력 외란을 롤투롤 인쇄를 위한 작동 단계에 의하여 규명하는 장력 외란 규명방법을 사용하고,
상기 장력 외란 규명방법은 상기 롤투롤을 사용한 장비 단계를
(f) 상기 롤투롤을 활용한 장비의 장력 및 접압롤 압력 인가 단계;
(g) 인쇄 소자의 이송 단계;
(h) 건조, 냉각 롤 중 적어도 하나의 작동 단계;
(i) 인쇄 단계;
로 분류하여 각 단계에서의 장력 외란 원인을 규명하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 방법.
제 11항에 있어서,
상기 측정센서는 상기 인쇄소자에 표기하여 상기 장력을 추정하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와,
상기 트리거마크의 위치를 인식하는 기준센서와,
상기 트리거마크와 소정의 거리에 구비되며 상기 복수개의 인쇄롤에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 복수개의 인쇄롤을 통과할 때 인쇄되는 복수개의 레지스터마크와,
상기 기준센서에서 상기 트리거마크를 인식할 때 상기 복수개의 레지스터마크를 동시에 촬영하는 에러측정센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 방법.
제 12항에 있어서,
상기 측정센서에서 상기 레지스터 에러를 측정하는 방법은
(a) 제 1인쇄롤에 의하여 상기 인쇄소자에 패턴과 트리거마크와 제 1레지스터마크를 인쇄하는 단계;
(b) 상기 제 1인쇄롤의 횡방향에 구비된 제 2인쇄롤에 의하여 횡방향으로 이동하는 상기 인쇄소자에 제 2레지스터마크를 인쇄하는 단계;
(c) 상기 기준센서에서 상기 트리거마크의 위치를 인식하면 상기 에러측정센서에서 상기 제 1레지스터마크와 제 2레지스터마크를 촬영하는 단계;
(d) 상기 에러측정센서에서 촬영한 상기 제 1레지스터마크와 제 2레지스터마크의 간격을 계산하여 레지스터 에러를 판단하는 단계;
(e) 상기 계산된 인쇄소자의 레지스터 에러가 허용된 인쇄소자의 레지스터 에러보다 큰지를 판단하는 단계;
(f) 주제어기에서 인쇄롤의 위치 및 속도를 제어하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 방법.
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제 11항에 있어서,
상기 인쇄롤에 의하여 상기 인쇄소자를 인쇄하는 작업중에 상기 레지스터 에러를 제어하는 방법에 있어서,
(a) 상기 인쇄롤에 의해 횡방향으로 이동하는 상기 인쇄소자의 장력을 상기 장력 외란 추정 장치에서 측정하여 장력 외란을 결정하는 단계;
(b) 상기 장력 외란 추정 장치에서 상기 장력 외란의 원인을 분석하는 단계;
(c) 분석을 통해 상기 레지스터 에러에 지배적인 영향을 미치는 장력 외란 및 원인을 규명하는 단계;
(d) 규명된 장력 외란에 따른 레지스터에러 추정에 적절한 레지스터 모델을 결정하는 단계;
(e) 상기 레지스터 모델을 이용하여 상기 레지스터 에러에 영향을 미치는 장력 외란의 허용 범위를 결정하고 이를 개선하는 단계;
(f) 장력 외란 개선 후 레지스터 제어를 위한 클로즈 루프 PID 제어 및 제어 레지스터를 설계하는 단계;
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고정밀 레지스터 제어 방법.