KR102048852B1 - 액티브 댄서를 이용한 웹 좌우 장력 독립 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웹 좌우 장력 독립 제어 장치에 관한 발명으로, 일 실시예에 따르면, 웹 폭 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 댄서롤 및 상기 댄서롤의 회전축 양측 끝단에 각각 구비되는 한 쌍의 댄서롤연결부를 구비한 댄서; 상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 감쇄하는 댐퍼 형태로 형성되는 감쇄이동부, 상기 감쇄이동부와 병렬로 배치되며 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동가능하게 형성되는 능동이동부를 포함하여 이루어지며, 한 쌍의 상기 댄서롤연결부에 각각 구비되어 웹 폭 방향으로 이격 배치되는 한 쌍의 댄서이동부; 상기 웹의 장력을 측정하는 측정부; 상기 웹의 폭 방향의 양 단부의 위치를 검출하는 에지 검출 센서; 상기 웹의 장력 변화에 따라 상기 댄서이동부의 장력 제어 방향으로의 이동변위를 제어하되, 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하도록 이루어지는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부가 상기 에지 검출 센서로부터 웹의 양 단부의 위치를 수신하고, 이에 기초하여 상기 댄서이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 개시한다.

Description

액티브 댄서를 이용한 웹 좌우 장력 독립 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for independently controlling bilateral web tensions using active dancers}

본 발명은 롤-투-롤 구조로 형성되어 유연 기판과 같은 웹(web)에 인쇄, 전사 공정 등을 수행하는 롤 인쇄기에 포함되는 웹 이송 장치의 구조 또는 운용 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 롤에 걸쳐지는 웹의 장력 제어를 보다 정밀하게 수행하며 특히 웹의 좌우 장력을 효과적으로 균일화시켜 주도록 하기 위한, 웹 좌우 장력 독립 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근의 전자 소자 제작 기술에 있어서, 전도성 잉크로 집적 회로를 인쇄(printing)함으로써 전자 소자를 제작하는 방식의 기술이 널리 사용되고 있다. 특히 필름 형태의 유연한 기판에 전자 인쇄 공정을 사용하여 유연한 성질을 가지는 전자 소자를 제작하는 방식의 사용이 활발히 확대되어 가고 있다.

유연 기판과 같은 웹(web) 상에 인쇄 공정을 사용하여 특정한 패턴을 형성하는 방식은 고전적인 인쇄 공정에서도 물론 많이 사용되어 왔다. 그러나 집적 회로를 형성해야 하는 전자 인쇄 공정의 경우 고전적인 인쇄 공정에 비해 훨씬 미세하고 정밀한 패턴을 정확하게 인쇄하는 것이 가능해야 한다. 따라서 전자 인쇄 공정에 사용되는 롤 인쇄기의 경우 기존의 롤 인쇄기에 비해 웹의 위치 제어 등에 있어서 훨씬 더 정밀한 제어가 가능하게 구성되어야 한다.

일반적으로 롤 인쇄기에는, 패턴이 인쇄되기 전 상태의 원재료 상태로서 롤 형태로 감겨있는 웹을 풀어내어 공급하는 언와인더(unwinder) 및 패턴이 인쇄된 후의 웹을 공급받아 롤 형태로 감아들이는 리와인더(rewinder)가 구비되며, 상기 언와인더 및 상기 리와인더 사이에 웹 이송을 원활하게 하기 위한 피더(feeder)가 구비된다. 피더는 항상 정속으로 회전하면서 언와인더 및 리와인더 사이에 걸쳐진 웹이 일정한 속도로 이송할 수 있도록 해 주는 역할을 한다. 인쇄 공정은 언와인더 및 피더 사이에서 이루어지며, 따라서 인쇄를 직접 수행하는 인쇄 장치나 인쇄된 도전성 잉크를 건조시키는 건조 장치 등이 언와인더와 피더 사이에 구비된다.

그런데 인쇄장치를 장시간 운용하는 과정에서 롤을 회전시키는 모터의 동작이 일정하게 유지되지 못하거나, 웹이 온도 변화에 의해 인장되거나 수축되는 등의 문제로 인하여 언와인더에서 웹을 풀어내는 속도, 리와인더에서 웹을 감아들이는 속도, 피더가 웹을 이송시키는 속도 간에 약간의 차이가 발생하여 웹 장력이 일정하게 유지되지 못하는 경우가 발생한다. 이와 같이 웹의 장력이 변화할 경우 장력 변화에 대처하기 위해 웹 이송 장치에는 장력 변화를 감쇄시키는 댄서(dancer)가 구비된다.

도1은 댄서의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면으로, 도1에 도시된 바와 같이 댄서는 이송되고 있는 웹 중간에 배치되어 자중 또는 공압 등을 이용하여 웹을 적절하게 눌러 주는 역할을 한다. 도1과 같은 상태에서 웹이 정상적인 장력을 유지하고 있는 경우 댄서는 상하 방향으로의 위치 변화가 발생하지 않는다. 그러나 웹이 갑자기 당겨지는 경우(즉 웹 장력이 갑자기 커지는 경우) 댄서는 상승하게 되고, 웹이 갑자기 느슨해지는 경우(즉 웹 장력이 갑자기 작아지는 경우) 댄서는 하강하게 된다. 이처럼 댄서의 상하 방향 위치가 변화하게 되면, 웹이 갑자기 당겨지거나 느슨해짐으로써 발생되는 장력의 변화가 댄서의 위치 변화에 의해 감쇄되며, 따라서 댄서 후단에 인쇄 장치가 구비되도록 하는 경우 장력 변화에 의한 인쇄 오차를 줄일 수 있다. 한국특허공개 제2016-0021495(“롤투롤 인쇄 장비의 유연 기판 이송 및 장력 제어 장치 및 방법”, 2016.02.26)에는, 열 변형에 따른 웹의 장력 변화를 댄서를 이용하여 제어함으로써 인쇄 품질을 향상시키는 기술이 개시된다.

한편 웹의 (진행 방향에 수직한) 폭 방향으로 웹이 뒤틀려서 웹의 좌우 간 장력이 일정하게 유지되지 못하는 경우도 있다. 고전적인 롤 인쇄의 경우에는 육안으로 식별할 수 없는 정도의 오차는 무시 가능하기 때문에 이러한 미세한 차이가 발생해도 큰 문제가 없으나, 전자 인쇄의 경우 최대 μm급의 정밀도를 요구하기 때문에, 이러한 오차가 제품 품질에 큰 악영향을 끼칠 우려가 있다. 도1과 같은 댄서를 구비한 경우 갑작스러운 장력 변화에의 대처가 가능하지만 상술한 바와 같이 좌우 장력이 일정하게 유지되지 못하는 경우에 대해서는 제어가 불가능하다.

한편 종래에도 좌우 장력 불균일 방지를 위하여 웹 이송 장치 중간에 별도의 사행 제어 장치를 더 구비하는 등의 기술이 도입된 바 있다. 사행 제어 장치란 웹 폭 방향으로 연장되는 원통 형태의 롤 한 쌍이 웹 진행 방향으로 일정 거리 이격되어 배치되되, 한 쌍의 롤이 웹 폭 방향 좌우로 이동함으로써 웹 폭 방향으로의 뒤틀림을 상쇄하여 틸팅을 저감하는 장치로서, 그러한 예시가 일본특허공개 제2009-269745호(“사행 제어 시스템 및 사행 제어 방법”, 2009.11.19)에 개시된다. 그러나 이러한 사행 제어 장치는 위치적 비틀림에 의해 발생된 틸팅 보정만 가능할 뿐으로, 좌우 장력 불균일은 단지 위치적 비틀림 뿐 아니라 다양한 원인에 의해 발생될 수 있는 바 역시 좌우 장력 균일화 제어를 실현하기에는 한계가 있는 실정이다.

특허문헌1: 한국특허공개 제2016-0021495호 (2016년 2월 26일 공개) 특허문헌2: 일본특허공개 제2009-269745호 (2009년 11월 19일 공개)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 롤에 걸쳐지는 웹의 장력 제어를 보다 정밀하게 수행하며 특히 웹의 좌우 장력을 효과적으로 균일화시켜 주도록 하기 위한, 웹 좌우 장력 독립 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

보다 상세하게는, 언와인더, 인쇄장치, 피더, 리와인더 등으로 이루어지는 웹 이송 장치에 능동적으로 정밀하게 동작하는 액티브댄서가 구비되도록 하되, 특히 좌우 방향의 독립적인 제어가 이루어지도록 함으로써 웹 좌우 장력 균일화를 매우 높은 정밀도로 수행할 수 있게 하는, 웹 좌우 장력 독립 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 웹 진행 방향으로 진행되는 웹의 장력을 제어하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치에 있어서, 웹 폭 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 댄서롤, 및 상기 댄서롤의 회전축 양측 끝단에 각각 구비되는 한 쌍의 댄서롤연결부를 구비한 댄서; 상기 댄서롤에서 웹 폭 방향 및 웹 진행 방향에 수직한 방향을 장력 제어 방향이라 할 때, 상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 감쇄하는 댐퍼 형태로 형성되는 감쇄이동부, 상기 감쇄이동부와 병렬로 배치되며 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동가능하게 형성되는 능동이동부를 포함하여 이루어지며, 한 쌍의 상기 댄서롤연결부에 각각 구비되어 웹 폭 방향으로 이격 배치되는 한 쌍의 댄서이동부; 상기 웹의 장력을 측정하는 측정부; 상기 웹의 폭 방향의 양 단부의 위치를 검출하는 에지 검출 센서; 상기 웹의 장력 변화에 따라 상기 댄서이동부의 장력 제어 방향으로의 이동변위를 제어하되, 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하도록 이루어지는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부가 상기 에지 검출 센서로부터 웹의 양 단부의 위치를 수신하고, 이에 기초하여 상기 댄서이동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 개시한다.

본 발명에 의하면, 웹을 이송시키는 장치에서 롤에 걸쳐지는 웹의 장력 제어를 기존보다 훨씬 정밀하게 수행할 수 있다는 큰 효과가 있다. 구체적으로 설명하자면, 본 발명에서는 웹 장력 제어에 사용되는 액티브댄서의 위치를 능동적으로 제어하되, 특히 응답속도가 매우 빠르며 미세하고 정밀한 위치 제어가 가능한 보이스코일모터(VCM)을 사용하여 액티브댄서의 위치를 조절함으로써, μm급 정밀도를 요구하는 전자 인쇄 공정에 사용되는 롤 인쇄기에서도 충분히 원하는 정밀도를 달성하는 제어를 수행할 수 있는 효과가 있는 것이다.

특히 본 발명에 의하면, 웹의 폭 방향 좌우에서의 장력 제어가 독립적으로 이루어질 수 있게 함으로써, 웹의 좌우 장력을 균일화해주는 효과가 비약적으로 뛰어나다. 종래의 리와인더 또는 언와인더의 회전 속도를 제어하여 웹 장력을 제어하는 방식이나, 단순히 댄서를 더 도입하여 웹 장력을 제어하는 방식은 좌우 장력 균일화 자체가 불가능하였고, 또한 종래의 사행 제어 장치의 경우 위치적 비틀림 즉 틸팅에 의한 좌우 장력 불균일을 보정하는 효과가 있기는 하지만 그 외의 다양한 원인에 의한 좌우 장력 불균일을 보정하지 못하는 한계가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면, 웹 장력 제어를 정밀하게 수행함과 동시에 좌우 장력 제어가 독립적으로 이루어지게 함으로써, 전체적인 웹 장력 제어 뿐만 아니라 웹 좌우 장력 균일화 역시 종래에 비해 훨씬 향상된 정밀도를 가지고 수행할 수 있게 되는 큰 효과가 있다.

또한 본 발명의 제어 장치 및 방법을 전자 인쇄 공정에 사용되는 롤 인쇄기에 도입함으로써 고속으로 고정밀의 제품을 생산할 수 있어, 전자 인쇄 공정으로 생산되는 전자 소자의 생산 효율을 향상하고 불량률을 낮추는 효과도 또한 있다.

도1은 댄서의 동작을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 구비한 웹 이송 장치,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 댄서이동부 제1실시예를 나타내는 도면,
도5는 댄서이동부 제1실시예에 의한 웹 장력 제어 결과를 설명하기 위한 도면,
도6은 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 댄서이동부 제2실시예를 나타내는 도면,
도7은 댄서이동부 제2실시예에 의한 웹 장력 제어 결과를 설명하기 위한 도면,
도8은 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 다양한 실시예를 나타내는 도면,
도9는 일 실시예에 따른 웹 좌우 장력 독립 제어 방법을 설명하기 위한 도면,
도10은 일 실시예에 따른 웹 좌우 장력 독립 제어의 예시적 흐름도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B)에 '회전가능하게 결합된다'는 것은 A 구성요소가 B 구성요소에 결합하되 A 구성요소가 B 구성요소에 대해 회전할 수 있도록 결합된다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)를 구비한 웹 이송 장치를 개략적으로 나타내고, 도3은 일 실시예에 따른 웹 장력 제어 장치(100)의 예시적 구성을 나타낸다. 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)(간단히 "장력 제어 장치"라고도 함)는, 언와인더, 피더, 및 리와인더를 포함하여 이루어져 웹(500)을 이송하는 웹 이송 장치에서, 사용자가 원하는 어느 위치에 구비되어도 무방하다. 한 예를 들자면, 상기 웹 이송 장치가 앞서 설명한 바와 같은 전자 인쇄에 사용되는 롤 인쇄기인 경우라면, 상기 웹 이송 장치 중간에 인쇄 장치가 구비될 수 있으며, 상기 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는 상기 인쇄 장치의 전방에 구비될 수 있다.

또한 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는 기본적으로 (도1에 도시된 바와 같은) 댄서와 유사한 형태로 이루어진다. 종래의 댄서의 경우 일반적으로 자중, 공압 등에 의하여 일정한 힘으로 웹을 눌러주도록 되어 있으며, (웹이 수평 방향으로 진행한다고 할 때) 상하 방향으로 이동가능하게 형성되기는 하되 웹의 장력 변화에 의하여 수동적으로 움직이도록 되어 있어, 능동적인 제어를 수행하지는 못하였다. 그러나 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는, 능동적으로 웹을 눌러주는 정도를 조절할 수 있도록 이루어짐으로써 웹 장력을 능동적으로 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는, 도3(A) 및 도3(B)에 도시된 바와 같이 (웹 폭 방향으로) 좌우 방향의 움직임이 독립적으로 이루어질 수 있게 함으로써, 웹이 뒤틀리거나 좌우 회전 속도, 표면 형상, 좌우 축 정렬 등이 미세하게 어긋나 좌우 장력이 불균일해지는 경우에 대한 보상도 원활하게 이루어질 수 있게 한다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는, 웹 진행 방향으로 진행되는 웹(500)의 장력을 제어하는 장치로서, 댄서(110), 댄서이동부(120), 측정부(130), 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.

댄서(110)는, 웹 폭 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 원통 형태로 형성되는 댄서롤(111), 상기 댄서롤(111)의 회전축 양측 끝단에 각각 구비되며 댄서롤(111)의 중심축에 회전가능하게 결합되어 댄서롤(111)을 지지하는 한 쌍의 댄서롤연결부(112)을 포함하여 이루어진다. 또한 상기 댄서(110)는, 웹 폭 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 원통 형태로 형성되며 상기 웹(500)이 상기 댄서롤(111)에 걸쳐지도록 안내하는 적어도 하나의 안내롤(113)을 더 포함할 수 있다. 도2)에서는 댄서(110)가 구비되지 않은 경우 및 구비된 경우의 대비를 이해가 쉽도록 보이기 위해 상기 안내롤(113)이 두 개 구비되는 것으로 도시되었으나, 이로서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 실질적으로 웹 이송 장치에서의 웹 진행 방향은 장치가 구비되는 공간의 크기 등에 따라 다양하게 바뀔 수 있으며, 따라서 안내롤(113)은 한 개만 구비되어도 되고, 또는 웹 진행 방향을 적절하게 조절하기 위해 두 개 이상이 구비될 수도 있는 등, 안내롤(113)은 웹(500)이 댄서롤(111)에 걸쳐질 수 있도록 웹 진행 방향을 바꾸어 주기만 한다면 몇 개가 구비되어도 무방하다.

한편 각각의 댄서롤연결부(112)마다 댄서이동부(120)가 하나씩 구비된다. 즉 하나의 댄서롤(111)에는, 한 쌍의 상기 댄서이동부(120)가 도3(A) 및 도3(B)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 상기 댄서롤연결부(112)에 각각 구비되어 웹 폭 방향으로 이격 배치되게 된다.

댄서이동부(120)는 감쇄이동부(121) 및 능동이동부(122)를 포함할 수 있다. 감쇄이동부(121) 및 능동이동부(122)는 도3(A)에 도시된 바와 같이 서로 병렬로 배치된다.

설명의 편의를 위해, 도3(A)에 도시된 바와 같이 댄서롤(111)에서 웹 폭 방향 및 웹 진행 방향에 수직한 방향을 장력 제어 방향이라 한다. 부가적으로 설명하자면, 도3(B)에 도시된 바와 같이 웹 이송 장치 내에서 웹의 각도는 걸쳐져 있는 롤의 위치 등에 따라 다양하게 형성된다. 이 때 웹 폭 방향은 롤의 축방향으로서 모든 롤에서 동일하게 형성되는 방향이며 웹 진행 방향은 롤에 접촉해 있는 웹의 각도에 따라 달라질 수 있다. 대략적으로 웹 진행 방향은 (단면을 기준으로 설명하자면) 롤에 접촉해 있는 웹이 이루는 원호의 정중간 지점에서의 접선 방향이 될 수 있다. 이 경우 장력 제어 방향은 상기 원호의 정중간 지점에서의 법선 방향이 된다.

감쇄이동부(121)는 웹(500)의 장력 변화에 의하여 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 감쇄하는 댐퍼 형태로 형성되며, 보다 구체적으로는 에어 댐퍼(air damper) 또는 에어 쿠션(air cushion) 형태로 형성될 수 있다. 도면 상에서는 감쇄이동부(121)를 간략하게 블록 형태로 표시하고 감쇄이동부(121) 및 댄서롤연결부(112)가 접촉 결합되어 있는 것처럼 도시하였지만, 감쇄이동부(121)가 댄서롤연결부(112)와 직접 접촉 결합된 형태로 설치되는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 에어 댐퍼는 댐핑을 수행하고자 하는 대상에 대하여 이격 배치된 상태로 설치될 수 있으므로, 감쇄이동부(121)가 에어 댐퍼로 구현될 경우 댄서롤연결부(112)와 감쇄이동부(121)가 이격 배치된 상태로 설치될 수도 있다.

감쇄이동부(121)만 존재하는 경우, 댄서(110)는 종래의 수동적으로 작동하는 댄서와 유사하게 동작할 수 있다. 구체적으로 예를 들어 설명하자면 다음과 같다. 웹(500)의 장력이 갑자기 늘어나는 경우(즉 웹(500)이 갑자기 당겨지는 경우), 웹(500)을 누르고 있던 댄서롤(111)이 (도3을 기준으로) 장력 제어 방향의 (-)의 방향으로 밀리게 된다. 이렇게 댄서롤(111)이 장력 제어 방향의 (-)의 방향으로 밀리는 힘이 에어 댐퍼 형태로 형성되는 감쇄이동부(121)에 전달되면 반발력이 생겨나고, 이 반발력이 댄서롤(111)을 장력 제어 방향의 (+)의 방향으로 거꾸로 밀어 주게 된다. 이에 따라 상기 웹(500)이 당겨지는 충격을 완화하면서 웹(500)의 장력을 복원할 수 있게 된다. 그러나 상기 감쇄이동부(121)는 댐퍼 형태로 이루어지기 때문에 응답속도가 상당히 느려서 빠른 제어를 수행할 수가 없고, 또한 댄서롤(111)이 장력 제어 방향의 (+)의 방향으로 움직일 경우에 대하여 제어를 수행할 수 없는 단점이 있다. 이러한 점을 보완하여 더욱 정밀한 장력 제어를 수행하기 위해, 본 발명에서는 감쇄이동부(121)와 병렬로 능동이동부(122)를 배치시키도록 한다.

능동이동부(122)는, 감쇄이동부(121)와 병렬로 배치되며 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동가능하게 형성된다. 상기 능동이동부(122)의 응답속도는 상대적으로 감쇄이동부(121)의 응답속도보다 빠르도록 구성할 수 있고, 이에 따라 감쇄이동부(122)로는 보상하기 어려운 고주파의 외란도 빠른 응답에 의해 정밀하게 보상할 수 있다. 일 실시예에서 능동이동부(122)의 응답속도 범위가 기계적 시정수 0.01 ~ 0.001초에 해당하는 범위로 설정될 수 있다. 일 실시예에서 상기 능동이동부(122)는 보이스 코일 모터, 리니어 모터, 솔레노이드, 피에조 액츄에이터 중 선택되는 적어도 어느 하나의 선형 구동 장치로 구현될 수 있다.

측정부(130)는 웹(500)의 장력을 측정하는 역할을 하는 것으로서, 일반적으로 로드셀 형태로 구현될 수 있다. 이 때 본 발명의 구체적 실시 형태에 따라 측정부(130)의 구비 위치가 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 도3에서는 측정부(130)의 위치를 특정하지 않고 블록 형태로서 간략하게 도시하였다. 측정부(130)의 구체적인 구성에 대해서는 도8을 참조하여 후술하기로 한다.

제어부(150)는, 상기 웹(500)의 장력 변화에 따라 상기 댄서이동부(120)의 장력 제어 방향으로의 이동변위를 제어하도록 이루어진다. 상술한 바와 같이 상기 감쇄이동부(121)는 능동적인 구동 장치가 구비된 것이 아니라 외부의 힘에 의해서 수동적으로 작용하는 것이므로, 상기 제어부(150)는 결국 상기 능동이동부(122)를 제어하는 것이라고 할 수 있다. 이처럼 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)에서는, 감쇄이동부(121)에 의해 웹(500)의 장력 변화가 상쇄되는 힘이 인가되고 능동이동부(122)에 의해 외란에 대한 동적 댐핑이 이루어짐으로써 웹(500) 장력이 일정하게 유지되도록 제어된다. 또한 바람직한 일 실시예에서 제어부(150)가 한 쌍의 댄서이동부(120)의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하도록 구성할 수 있으며, 웹(500) 장력이 웹 폭 방향(즉 도3(B)를 기준으로 좌우 방향)으로 불균일해지는 경우, 도3(B)에 예시적으로 도시된 바와 같이 좌측/우측 댄서이동부(120)의 이동변위를 다르게 제어함으로써 이러한 좌우 장력 불균일도 정밀하게 보상할 수 있다.

이하에서 댄서이동부(120)의 구체적인 구성을 도4와 도5를 통해 보다 상세히 설명한다. 이 때 앞서 설명한 바와 같이, 측정부(130)의 구체적인 구성이나 설치 위치에 대해 도8에서 후술할 것이므로 도4에서는 도3에서와 마찬가지로 측정부(130)의 위치나 구체적 구성을 특정하지 않고 블록 형태로 표시한다.

도4는 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 제1실시예로서, 상술한 바와 같이 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)가 댄서(110), 댄서이동부(120), 측정부(130), 및 제어부(150)를 포함하고, 댄서이동부(120)가 감쇄이동부(121)와 능동이동부(122)를 포함하는 실시예이다. 도4를 기준으로 웹(500)은 상하 방향으로 진행하고 있으며, 이 경우 장력 제어 방향은 도4의 화살표로 표시된 바와 같이 도4에서 좌우 방향이 된다.

도5는 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 제1실시예에 의한 웹 장력 제어 결과를 예시적으로 도시하고 있다. 실제로 웹 이송 장치를 운용함에 있어서, 앞서 설명한 바와 같이 웹 이송 장치 자체에 어느 정도 속도와 장력을 유지하는 시스템이 구비되어 있으므로, 웹 장력은 대략적으로 일정한 값을 가지게 된다. 그러나 도5의 흐린 선(T)으로 표시된 바와 같이 자잘한 외란 형태의 장력 변화가 발생하는데, 종래의 웹 이송 장치에 내장된 시스템으로는 이러한 고주파의 빠른 변화에 대처할 수 없었다. 이러한 외란은 실질적으로 변위 자체가 크지는 않지만 그만큼 인쇄 품질의 정밀도를 저하시키며, 특히 전자 인쇄 공정과 같이 μm급의 고정밀도를 요구하는 공정의 경우 치명적인 문제가 될 수 있다. 그러나 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는, 능동이동부(122)가 빠른 응답속도를 가지는 보이스 코일 모터 등과 같은 장치로 구현됨으로써, 변위가 작고 고주파인 외란에 대한 보상이 가장 효과적으로 이루어질 수 있다. 즉 이상적으로는, 도5의 흐린 선(T)으로 표시된 바와 같은 장력 변화를 보상하여 도5의 진한 선(T')으로 표시된 바와 같이 장력을 일정한 값으로 유지할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 보이스 코일 모터 등과 같은 형태로 구현되는 능동이동부(122)는 응답속도가 매우 빨라 외란 형태의 장력 변화에 빠르게 응답하여 대처할 수 있기는 하지만, 이동가능범위와 힘이 다소 작다는 약점이 있다. 본 발명의 제1실시예에서는, 능동이동부(122)에 병렬로 감쇄이동부(121)를 구비하여, 큰 범위의 (웹 장력 변화에 따른 댄서의) 변위는 감쇄이동부(121)에서 완화하고, 외란 수준의 작은 범위의 변위는 능동이동부(122)에서 능동적으로 제어하여 보상하도록 함으로써 이러한 문제를 해결하고 있다.

그러나 감쇄이동부(121)는 앞서 설명한 바와 같이 수동적으로 작동한다는 한계가 있으며, 실제 장비를 운용하는 과정에서 큰 범위의 변위를 능동적으로 발생시켜야만 보상이 가능한 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에 대처하기 위해 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)는 웹(500)의 장력 변화에 의하여 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 능동적으로 더 감쇄하도록, 능동적인 제어가 가능하면서 동시에 능동이동부(122)보다 더 큰 범위로 이동가능한 대량이동부(123)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이처럼 대량이동부(123)가 더 구비된 제2실시예가 도6에 도시되어 있다.

대량이동부(123)는, 도6에 도시된 바와 같이, 장력 제어 방향을 따라 능동이동부(122)의 이동가능범위 이상으로 능동적으로 이동가능하게 이루어지며, 일 실시예에서 능동이동부(122)와 병렬로 배치되고 감쇄이동부(121)와 직렬로 연결될 수 있다. 대량이동부(123)의 이동가능범위가 능동이동부(122)의 이동가능범위에 비해 10 ~ 100배 범위로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는, 대량이동부(123)는 서보 모터, 공압 실린더, 유압 실린더 중 선택되는 적어도 어느 하나의 선형 구동 장치로 구현될 수 있다. 즉 대량이동부(123)는 능동이동부(122)보다 응답속도가 느린 대신 이동가능범위 및 힘이 크게 형성됨으로써, 감쇄이동부(121)와 유사하게 (능동이동부(122)에 비해 상대적으로) 큰 범위의 변위를 보상하되, 감쇄이동부(121)가 수동적으로 보상 작용을 수행하는 것과는 달리 능동적으로 보상 작용을 수행할 수 있도록 이루어지는 것이다.

도7은 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 제2실시예에 의한 웹 장력 제어 결과를 도시하고 있다. 도7에, 웹 장력 변화(T)가 외란(흐린 선)이 포함된 사인파 형태(점선)로 나타나는 예시가 도시되어 있다. 이 때 점선으로 표시된 큰 범위의 변위는 대량이동부(123)의 이동가능 범위 내에 있는 것으로, 응답속도가 느리지만 이동가능 범위가 큰 대량이동부(123)가 원활하게 보상할 수 있다. 또한 흐린 선으로 표시된 작은 범위의 변위는 능동이동부(122)의 이동가능 범위 내에 있는 것으로, 이동가능 범위는 작지만 응답속도가 빠른 능동이동부(122)가 원활하게 보상할 수 있다. 결과적으로 이상적으로는, 도7의 흐린 선으로 표시된 바와 같이 외란이 포함된 사인파 형태의 장력 변화(T)가 능동이동부/대량이동부의 동시 동작으로 원활하게 보상하여, 도7의 진한 선(T')으로 표시된 바와 같이 장력을 일정한 값으로 유지할 수 있다.

앞서, 상기 제어부(150)가 웹 장력 변화를 감지하고 이를 이용하여 상기 능동이동부(122) 또는 상기 대량이동부(123)의 이동변위를 능동적으로 제어하여 웹 장력이 일정하게 유지되도록 제어한다고 설명하였다. 상기 제어부(150)가 웹 장력 변화를 감지하기 위한 구체적인 방법은 여러 가지가 있을 수 있는데, 그 중 한 가지는 적절한 자리에 위치한 로드셀을 이용하여 웹 장력에 의하여 발생되는 힘을 측정하는 것이다. 이 때 웹 장력을 효과적으로 측정할 수 있는 적절한 로드셀의 구비 위치는 다양하게 선택될 수 있으며, 도 8, 9, 10을 통해 상기 측정부(130)를 구성하는 로드셀의 다양한 구비 위치 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다. 한편 도 8, 9, 10에서는 상기 측정부(130)의 여러 실시예가 어떻게 달라지는지를 설명하기 위한 것인바 상기 측정부(130) 이외의 구성은 도 4와 같은 상기 댄서이동부(120) 제1실시예 구성으로 도시하였으나, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 이하 설명될 상기 측정부(130)의 제1, 2, 3실시예는 물론 상기 댄서이동부(120) 제1, 2실시예 모두에 적용 가능함은 당연하다.

이제 도8을 참조하여 측정부(130)의 다양한 실시예를 설명하기로 한다. 도8에서, 측정부(130)가 제1 내지 제3 로드셀(131,132,133) 중 하나로 구현될 수 있다.

예를 들어, 일 실시예에서 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 측정부(130)가 제1 로드셀(131)로 구현될 수 있다. 이 경우 제2 및 제3 로드셀(132,133)은 생략될 수 있다. 상기 댄서이동부(120)에서와 유사하게 방향을 정의하자면, 안내롤(113)에서 웹 폭 방향에 수직하고 상기 안내롤연결부(114)의 연장 방향에 나란한 방향을 장력 측정 방향이라 한다. 상기 댄서롤(111) 및 상기 안내롤(113)의 배치 상태 또는 상기 안내롤연결부(114) 연장 방향에 따라 장력 제어 방향과 장력 측정 방향은 일치할 수도 있고 약간 다르게 형성될 수도 있다. 이상적으로는, 상기 댄서롤(111) 및 상기 댄서롤(111)에 인접 배치된 상기 안내롤(113)이 장력 제어 방향으로 이격 배치되어, 웹(500)이 댄서롤(111)-안내롤(113) 또는 안내롤(113)-댄서롤(111)을 순차적으로 지나가면서 웹 진행 방향이 180도 바뀜으로써, 장력 제어 방향 및 장력 측정 방향이 일치되도록 형성되는 것이 바람직하나, 장치 구성 공간의 제한 등 여러 이유에 의하여 장력 제어 방향과 장력 측정 방향은 약간 다르게 형성될 수 있다. 그러나 측정의 정확성을 향상하기 위해서, 댄서롤(111)-안내롤(113) 또는 안내롤(113)-댄서롤(111)을 순차적으로 지나가면서 웹 진행 방향이 정확히 180도는 아니더라도 180도에 근접하게 바뀌도록 상기 댄서롤(111) 및 상기 안내롤(113)을 배치하는 것이 바람직하다. 도8의 예시에서는, 이상적인 경우로서 장력 제어 방향과 장력 측정 방향이 모두 좌우 방향으로서 서로 일치하는 것으로 도시되었다.

한편 도8의 예시에서는, 상기 댄서롤(111) 후방에 상기 안내롤(113) 하나가 구비되어 있는 것으로 도시되었으나, 댄서롤(111) 전방에 안내롤(113) 하나가 구비될 수도 있고, 또는 (도3의 예시에서와 같이) 댄서롤(111)의 전방 및 후방에 안내롤(113) 두 개가 구비될 수도 있다. 안내롤(113)이 두 개 이상 구비될 경우에는, 댄서롤(111)에 인접 배치된 안내롤들 중 적절한 것을 선택하여 제1 로드셀(131)이 배치되도록 하면 된다.

상기 제1 로드셀(131)은, 웹(500)의 장력 변화에 의하여 안내롤(113)이 장력 측정 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 측정하는 역할을 한다. 또한 한 쌍의 제1 로드셀(131)이, 한 쌍의 안내롤연결부(114)에 각각 구비되어 웹 폭 방향으로 이격 배치된다. 이에 따라 제1 로드셀(131)은 웹 폭 방향으로 좌우 방향에서 상기 웹(500)의 장력 변화를 독립적으로 측정할 수 있다. 이와 같이 측정된 웹(500)의 장력 변화 값은 상기 제어부(150)에 전달되어 능동이동부(122) 또는 대량이동부(123)를 피드백 제어하는 데에 사용된다. 즉 제어부(150)는 한 쌍의 제1 로드셀(131)에 의하여 측정된 각각의 힘을 사용하여 한 쌍의 댄서이동부(120)의 각각의 이동변위를 독립적으로 피드백 제어하게 된다.

또 다른 예로서, 본 발명의 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 측정부(130)가 제2 로드셀(132)로 구현될 수 있다. 이 경우 제1 및 제3 로드셀(131,133)은 생략될 수 있다. 이 실시예에서 제2 로드셀(132)은, 웹(500)의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 측정하는 역할을 하는 것으로서, 한 쌍의 제2 로드셀(132)이 한 쌍의 댄서롤연결부(112) 상에 각각 구비된다. 이 때 제어부(150)는 한 쌍의 제2 로드셀(132)에 의하여 측정된 각각의 힘을 사용하여 한 쌍의 댄서이동부(120)의 각각의 이동변위를 독립적으로 피드백 제어하게 된다.

앞서 측정부(130)가 제1 로드셀(131)로 구현된 실시예에서는 측정부(130)가 댄서(110) 및 댄서이동부(120)와 별도의 구성으로 되어 있을 뿐만 아니라, 댄서롤(110)이 장력 제어 방향으로 전진 또는 후진하더라도 댄서롤(111) 및 안내롤(113)에 걸쳐진 웹(500)의 각도가 크게 변화하지 않도록 형성된다. 한편 측정부(130)가 제2 로드셀(132)로 구현되는 실시예의 경우 안내롤(113)의 개수나 배치 위치 등에 따라 댄서(110)가 전진 또는 후진할 때 댄서롤(111)에 걸쳐진 웹(500)의 각도가 상대적으로 크게 변화할 가능성이 있다. 실질적으로 웹(500)에 걸리는 장력은 웹 진행 방향과 나란하게 형성되며, 웹(500)이 댄서롤(111)에 걸쳐진 지점을 중심으로 웹 진행 방향을 따라 위쪽/아래쪽으로 형성되게 된다. 이 때 제2 로드셀(132)에 걸리는 힘은, 상술한 바와 같이 웹 진행 방향을 따라 위쪽/아래쪽으로 형성된 장력의 장력 제어 방향 성분들의 합으로 나타나게 된다. 이 때 상술한 바와 같이 댄서롤(111)에 걸쳐진 웹(500)의 각도가 변화할 경우, 웹(500)에 걸리는 장력 자체는 변화가 없다 하더라도 (각도 변화에 의해) 장력 제어 방향 성분들의 합 값이 달라질 수 있어, 오차가 발생할 우려가 있다.

예를 들어 도6과 같이, 능동이동부(122)만으로는 처리할 수 없을 만큼 큰 이동변위가 발생하여 대량이동부(123)의 능동 제어가 필요한 경우라면, 제2 로드셀(132)로 장력 변화를 측정할 경우 이러한 오차가 제어에 영향을 끼칠 우려가 있다. 이러한 경우에는 측정부(130)를 제1 로드셀(131)로 구성하는 것이 바람직하다. 그러나 예를 들어 도5와 같이, 능동이동부(122)만으로도 처리 가능할 정도의 작은 이동변위만 발생하는 경우에는 제2 로드셀(132)로 장력 변화를 측정하여도 큰 오차가 발생하지 않으며 제어에도 큰 영향이 없다. 또한 제2 로드셀(132)로 측정부(130)를 구성할 경우 장치 기본 구성에 내장 부품을 추가하는 정도이기 때문에 제1 로드셀(131)로 측정부(130)를 구성하는 것에 비해 장치 구성상의 편의성 및 경제성이 좀더 높다는 장점이 있다. 따라서 이동변위가 그다지 크게 발생하지 않는 경우라면 제2 로드셀(132)로 측정부(130)를 구성하는 것이 바람직할 수 있다.

또 다른 예로서, 웹 좌우 장력 독립 제어 장치의 측정부(130)가 제3 로드셀(133)로 구현될 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 로드셀(131,132)은 생략될 수 있다. 제3 로드셀(133)은 제2 로드셀(132)과 유사하게 웹(500)의 장력 변화에 의하여 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 측정하는 역할을 한다. 다만 제2 로드셀(132)이 댄서롤이동부(112) 상에 구비되는 반면 제3 로드셀(133)은 댄서롤연결부(112)와 감쇄이동부(121) 사이 및 댄서롤연결부(112)와 능동이동부(122) 사이에 각각 개재된다. 즉 하나의 댄서롤연결부(112)에 대하여 제3 로드셀(133)이 두 개가 구비되며, 따라서 두 쌍의 제3 로드셀(133)이 한 쌍의 댄서롤연결부(112)에 각각 구비된다. 이 때 제어부(150)는 두 쌍의 제3 로드셀(133)에 의하여 측정된 각각의 힘을 사용하여 한 쌍의 댄서이동부(120)의 각각의 이동변위를 독립적으로 피드백 제어하게 된다.

이와 같이 제3 로드셀(133)이 감쇄이동부(121) 및 능동이동부(122) 각각에 따로 구비되게 하는 이유에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 만일 측정부(130)가 제2 로드셀(132)로 구현될 경우 감쇄이동부(121) 및 능동이동부(122)가 병렬 배치되기 때문에, 각각에 걸리는 힘은 실제로는 분산되게 된다. 특히 감쇄이동부(121)가 앞서 설명한 바와 같이 에어 댐퍼 형태로 구현되는 경우, 평상시에는 감쇄이동부(121)와 댄서롤연결부(112)가 접촉되어 있지 않으며, 이 때에는 감쇄이동부(122) 쪽으로는 힘이 걸리지 않으며, 댄서롤(111)이 장력 제어 방향의 (-)의 방향으로 어느 정도 이동하여야 힘이 걸리게 된다. 이처럼 감쇄이동부(121) 및 능동이동부(122)에 걸리는 힘이 이상적으로 균등하게 배분되지 않을 수 있으므로, 이러한 점을 고려할 때 한 쌍의 제3 로드셀(133)을 사용하여 감쇄이동부(121)와 능동이동부(122)에 걸리는 힘을 각각 따로 측정하는 것이 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 이루어지는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)를 사용하여 웹(500) 장력을 제어하는 예시적 방법을 설명하면 다음과 같다.

최초에는, 상기 웹(500)이 이송되면서 웹(500)의 기준 장력이 설정되게 된다. 웹 이송 장치가 정상적으로 작동된다면 웹(500)의 장력은 일정한 값으로 유지될 것이며, 이러한 상태에서 어느 정도의 시간 동안 측정된 장력 값을 평균하는 등과 같은 방식으로 기준 장력이 적절하게 결정될 수 있다.

이처럼 상기 웹(500) 이송이 진행되는 과정에서, 웹(500)의 장력이 상기 기준 장력을 벗어나면, 웹(500)의 장력 변화에 의하여 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동된다.

앞서 설명한 바와 같이, 이처럼 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동되면, 감쇄이동부(121)에 의해 댄서롤(111)이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘이 수동적으로 감쇄된다. 감쇄이동부(121)는 상대적으로 큰 이동변위에 대한 보상을 수행하게 된다.

이 단계에서, 예컨대 웹 좌우 장력 독립 제어 장치(100)에 대량이동부(123)가 구비되어 있을 경우, 상술한 바와 같이 감쇄이동부(121)의 동작만으로 충분히 보상이 이루어지지 못하는 경우에 대해서 대량이동부(123)가 이동변위를 더 보상할 수 있다. 즉, 제어부(150)에 의해, 웹 폭 방향 양측 한 쌍의 대량이동부(123)가 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동되도록 제어되되, 웹(500)의 장력이 웹(500)의 기준 장력에 외란 범위 내로 근접한 장력이 되도록 한 쌍의 대량이동부(123)가 이동된다. 이 때 한 쌍의 대량이동부(123)는 각각 동일한 이동변위로 이동될 수 있다.

이러한 보상이 수행됨과 동시에, 감쇄이동부(121)와 병렬 연결되어 있는 능동이동부(122)가 동작하게 된다. 즉 제어부(150)에 의해, 웹 폭 방향 양측의 한 쌍의 능동이동부(122)가 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동되도록 독립적으로 제어되어 외란에 대한 동적 댐핑이 이루어진다.

상술한 바와 같이 감쇄이동부(121) 또는 대량이동부(123)는 상대적으로 큰 범위에서 이동하게 되며, 이 때 웹 폭 방향으로 좌우 양측이 동일하게 이동한다. 이 때 웹 좌우 장력 간에 미세한 불균일이 발생하는 경우, 능동이동부(122)는 웹 폭 방향으로 좌우 양측이 각각 독립적으로 이동하면서 이동변위를 보상하므로, 능동이동부(122)의 제어 동작에 의해 자연스럽게 웹 좌우 장력 불균일이 보상되게 된다.

이 때 제어부(150)는, 웹 폭 방향 좌측 및 우측 중 선택되는 어느 하나의 능동이동부(122)의 이동변위가 다른 하나의 능동이동부(122)의 이동변위와 동일해지도록 제어할 수 있다. 또는 제어부(150)는, 웹 폭 방향 좌측 및 우측 각각의 능동이동부(122)의 이동변위가 한 쌍의 능동이동부(122)의 이동변위의 평균값과 동일해지도록 제어할 수 있다. 어떤 방식으로 제어하든 능동이동부(122)에 의하여 웹 폭 방향 양측이 최종적으로 동일한 위치를 추종하도록 제어되므로 사용자의 편의성에 따라 적절한 제어 방식을 선택할 수 있다.

한편 상술한 장력 제어 방법에서의 웹(500)의 기준 장력을 설정하는 단계에 대해 도9와 도10을 참조하여 더 구체적으로 설명하기로 한다.

일반적으로 웹 이송 장치에 의해 이송되는 웹은 이송 장치를 구성하는 각종 롤의 중심선을 따라 이송되는 것이 바람직하다. 그러나 웹 이송 장치의 실제 동작시 웹이 롤의 중심을 벗어나 사행(蛇行)하는 상황이 자주 발생한다. 도9는 댄서롤(111)에 감긴 웹(500)이 사행하고 있는 상태를 개략적으로 도시하였다. 도면에서 웹(500)의 중심선(Cw)이 댄서롤(111)의 중심선(Cr)에서 소정 거리(δ) 오른쪽으로 이격된 상태로 웹(500)이 이송된다고 가정한다. 또한 이 때 도6 또는 도8에 도시한 것처럼 웹(500)이 댄서롤(111)을 180도 감싼 후 이송되는 것으로 가정한다. 그 이유는 웹(500)이 댄서롤(111)을 180도 감싼 후 이송방향을 바꾸어 이송되어오던 방향으로 되돌아가도록 구성할 경우 댄서롤(111)이 움직이더라도 댄서롤(111)을 감싸는 웹(500)의 각도가 변하지 않으므로 웹(500)에 가해지는 장력에 의한 힘의 합성방향이 변화하지 않기 때문이다.

웹(500)의 중심선(Cw)과 댄서롤의 중심선(Cr)이 일치할 경우 댄서롤(111)의 양단의 로드셀(도시 생략)에는 각각 전체 웹 장력의 1/2씩 걸리게 된다. 예컨대 웹의 장력을 T라 하고 양쪽 로드셀에서 각각 측정되는 장력을 T1, T2라고 하면, T1 = T2 = 1/2*T 이다.

그러나 도9에 도시한 것처럼 웹(500)의 중심선(Cw)과 댄서롤의 중심선(Cr)이 일치하지 않는 경우, 모든 장력이 웹(500) 표면에 균일하게 작용한다고 가정할 때, 웹(500)에 작용하는 장력에 의한 토크는 웹의 중심선(Cw)에 작용한다고 가정할 수 있다. 즉, T=T1+T2라는 장력이 댄서롤 중심선(Cr)에서 δ만큼 이격된 웹 중심선(Cw)에 작용한다.

양쪽 로드셀(120) 사이의 거리를 L, 댄서롤(111) 중심선(Cr)에서 양쪽 로드셀(120)까지의 거리를 각각 L/2라 하면 이 경우 우측 로드셀과 좌측 로드셀을 각각 기준으로 계산했을 때의 토크 밸런스는 아래 수식1 및 수식2와 같다.

우측 로드셀 기준:

--- 수식1

좌측 로드셀 기준:

--- 수식2

상기 수식1과 수식2에서 L 및 T는 이미 알고 있거나 측정을 통해 알 수 있는 값이다. 즉 양쪽 로드셀(120) 사이의 거리(L)는 기지의 값이고, 웹(500)의 장력(T)은 기설정된 기준 장력일 수 있고 또는 소정 시간 동안 웹의 장력을 측정하고 평균한 값으로 획득될 수 있다.

따라서 수식1과 수식2는 댄서롤 중심선(Cr)으로부터 웹(500)의 이격 거리(δ)의 함수(f1(δ), f2(δ))로 표현될 수 있다. 이격 거리(δ)는 예를 들어 에지 검출 센서(160)로부터 측정될 수 있다. 에지 검출 센서(160)는 웹(500)의 에지, 즉 폭 방향의 양 끝단의 위치를 측정하는 센서이며, 예컨대 초음파 센서나 적외선 센서로 구현될 수 있다.

그러므로 만일 웹(500)이 댄서롤(111)의 중심선(Cr)에서 δ만큼 이격되어 기준 장력(T)으로 이송되고 있을 때 댄서롤(111)의 양쪽 로드셀에는 상기 수식1과 수식2에 의해 각각 산출되는 장력(T1,T2)이 걸리는 것이 정상이며, 따라서 제어부(150)는 이 장력을 각각 좌측 로드셀과 우측 로드셀에 걸리는 기준 장력으로 설정한 후, 실제로 각 로드셀이 측정하는 웹의 장력을 이 기준 장력과 비교하여 각기 독립적으로 장력 제어 동작을 수행할 수 있다.

상기와 같은 제어 동작을 도10의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다. 도10을 참조하면, 단계(S10)에서 제어부(150)가 웹(500)의 장력(T)을 획득한다. 이 장력(T)은 댄서롤(111)에 전체적으로 가해지는 웹(500)의 장력을 의미할 수 있다. 일 실시예에서 장력(T)은 미리 설정된 값일 수도 있고, 대안적으로, 예컨대 소정 시간 동안 웹(500)의 장력을 측정하고 평균한 값으로 획득할 수도 있다.

제어부(150)는 단계(S20)에서 웹(500)의 변위를 검출한다. 예를 들어 에지 검출 센서(160)가 웹(500)이 댄서롤의 중심선(Cr)으로부터 떨어진 이격 거리(δ)를 측정하고 이 측정값을 제어부(150)로 전달한다.

한편 일 실시예에서 웹 장력(T) 획득 단계(S10)와 웹 변위 검출 단계(S20)가 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있으며, 예컨대 웹 변위 검출 단계(S20)를 먼저 수행한 후 장력(T) 획득 단계(S10)를 수행할 수도 있다.

다음으로, 제어부(150)는 웹의 장력(T)과 변위(δ)에 기초하여 댄서롤(111) 양단에 걸리는 기준 장력(T1,T2)을 산출한다(S30). 즉 상술한 수식1과 수식2를 이용하여 장력(T1,T2)을 각각 산출하며, 이 산출된 장력(T1,T2)이, 현재의 장력(T)과 변위(δ) 하에서 댄서롤 양단에서 측정되어야 하는 정상적인 장력 값이므로 기준 장력이 된다.

롤 양단의 기준 장력(T1,T2)를 산출한 후 제어부(150)는 이 기준 장력에 기초하여 댄서롤 양단의 댄서이동부(120)를 독립적으로 제어하여 웹(500)에 대한 독립적인 장력 제어 동작을 수행할 수 있다.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 웹 좌우 장력 독립 제어 장치
110: 댄서
111: 댄서롤 112: 댄서롤연결부
113: 안내롤 114: 안내롤연결부
120: 댄서이동부 121: 감쇄이동부
122: 능동이동부 123: 대량이동부
130: 측정부 131: 안내롤로드셀
132: 댄서롤로드셀 133: 이동부로드셀
150: 제어부 160: 에지 검출 센서
500: 웹

Claims (13)

1. 웹 진행 방향으로 진행되는 웹의 장력을 제어하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치에 있어서,
   웹 폭 방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 회전가능하게 형성되는 댄서롤 및 상기 댄서롤의 회전축 양측 끝단에 각각 구비되는 한 쌍의 댄서롤연결부를 구비한 댄서;
   상기 댄서롤에서 웹 폭 방향 및 웹 진행 방향에 수직한 방향을 장력 제어 방향이라 할 때, 상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 감쇄하는 댐퍼 형태로 형성되는 감쇄이동부, 상기 감쇄이동부와 병렬로 배치되며 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동가능하게 형성되는 능동이동부를 포함하여 이루어지며, 한 쌍의 상기 댄서롤연결부에 각각 구비되어 웹 폭 방향으로 이격 배치되는 한 쌍의 댄서이동부;
   상기 웹의 장력을 측정하는 측정부;
   상기 웹의 폭 방향의 양 단부의 위치를 검출하는 에지 검출 센서;
   상기 웹의 장력 변화에 따라 상기 댄서이동부의 장력 제어 방향으로의 이동변위를 제어하되, 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하도록 이루어지는 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부가, 상기 에지 검출 센서로부터 수신한 웹의 양 단부의 위치 및 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력(T1,T2)에 기초하여 상기 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부가, 기설정된 또는 기획득한 웹의 장력(T)과 웹의 폭의 길이 및 상기 에지 검출 센서로부터 수신한 웹의 양 단부의 위치에 기초하여, 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력(T1,T2)을 산출하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 웹 좌우 장력 독립 제어 장치는,
   상기 능동이동부의 응답속도 범위가 기계적 시정수 0.01 ~ 0.001초에 해당하는 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 웹 좌우 장력 독립 제어 장치는,
   상기 감쇄이동부에 의해 상기 웹의 장력 변화가 상쇄되는 힘이 인가되고,
   상기 능동이동부에 의해 외란에 대한 동적 댐핑이 이루어져 상기 웹 장력이 일정하게 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 능동이동부는,
   보이스 코일 모터, 리니어 모터, 솔레노이드, 피에조 액츄에이터 중 선택되는 적어도 어느 하나의 선형 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 웹 좌우 장력 독립 제어 장치는,
   상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 능동적으로 더 감쇄하도록,
   장력 제어 방향을 따라 상기 능동이동부의 이동가능범위 이상으로 능동적으로 이동가능하게 이루어지며, 상기 능동이동부와 병렬로 배치되고 상기 감쇄이동부와 직렬로 연결되는 대량이동부; 를 더 포함하여 이루어지며,
   상기 대량이동부의 이동가능범위가 상기 능동이동부의 이동가능범위에 비해 10 ~ 100배 범위로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 대량이동부는,
   서보 모터, 공압 실린더, 유압 실린더 중 선택되는 적어도 어느 하나의 선형 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 측정부는,
   상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 측정하되, 한 쌍의 상기 댄서롤연결부 상에 각각 구비되는 한 쌍의 로드셀을 더 포함하여 이루어지며,
   상기 제어부는 한 쌍의 상기 로드셀에 의하여 측정된 각각의 힘을 사용하여 한 쌍의 상기 댄서이동부의 각각의 이동변위를 독립적으로 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 측정부는,
   상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘을 측정하되, 상기 댄서롤연결부와 상기 감쇄이동부 사이 및 상기 댄서롤연결부와 상기 능동이동부 사이에 각각 개재되도록, 한 쌍의 상기 댄서롤연결부에 각각 구비되는 두 쌍의 로드셀을 더 포함하여 이루어지며,
   상기 제어부는 두 쌍의 상기 로드셀에 의하여 측정된 각각의 힘을 사용하여 한 쌍의 상기 댄서이동부의 각각의 이동변위를 독립적으로 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 장치.
10. 제1항에 의한 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 이용한 웹 좌우 장력 독립 제어 방법에 있어서,
    상기 웹이 이송되면서 상기 웹의 기준 장력이 설정되는 단계;
    상기 웹의 장력이 상기 기준 장력을 벗어나면, 상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동되는 단계;
    상기 감쇄이동부에 의해 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘이 수동적으로 감쇄되는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 웹 폭 방향 양측 한 쌍의 상기 능동이동부가 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동되도록 독립적으로 제어되어 외란에 대한 동적 댐핑을 수행하는 단계;를 포함하며,
    상기 동적 댐핑을 수행하는 단계에서, 상기 제어부가, 상기 에지 검출 센서로부터 수신한 웹의 양 단부의 위치 및 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력에 기초하여 상기 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 웹의 기준 장력을 설정하는 단계가,
    상기 댄서롤에 전체적으로 가해지는 웹의 장력을 획득하는 단계;
    상기 에지 검출 센서로부터 웹의 양 단부의 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 웹의 장력과 상기 웹의 양 단부의 위치에 기초하여, 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력(T1,T2)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 방법.
12. 제 6 항에 의한 웹 좌우 장력 독립 제어 장치를 이용한 웹 좌우 장력 독립 제어 방법에 있어서,
    상기 웹이 이송되면서 상기 웹의 기준 장력이 설정되는 단계;
    상기 웹의 장력이 상기 기준 장력을 벗어나면, 상기 웹의 장력 변화에 의하여 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동되는 단계;
    상기 감쇄이동부에 의해 상기 댄서롤이 장력 제어 방향으로 이동됨에 따라 발생하는 힘이 수동적으로 감쇄되는 단계;
    상기 제어부에 의해, 웹 폭 방향 양측 한 쌍의 상기 대량이동부가 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동되도록 제어되되, 상기 웹의 장력이 상기 웹의 기준 장력에 외란 범위 내로 근접한 장력이 되도록 한 쌍의 상기 대량이동부가 동일한 이동변위로 이동되는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 웹 폭 방향 양측 한 쌍의 상기 능동이동부가 장력 제어 방향을 따라 능동적으로 이동되도록 독립적으로 제어되어 외란에 대한 동적 댐핑을 수행하는 단계;를 포함하며,
    상기 동적 댐핑을 수행하는 단계에서, 상기 제어부가, 상기 에지 검출 센서로부터 수신한 웹의 양 단부의 위치 및 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력에 기초하여 상기 한 쌍의 상기 댄서이동부의 이동변위를 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 웹의 기준 장력을 설정하는 단계가,
    상기 댄서롤에 전체적으로 가해지는 웹의 장력을 획득하는 단계;
    상기 에지 검출 센서로부터 웹의 양 단부의 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 웹의 장력과 상기 웹의 양 단부의 위치에 기초하여, 상기 한 쌍의 댄서이동부의 각각에 가해지는 기준 장력(T1,T2)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 좌우 장력 독립 제어 방법.

Images