KR102139880B1

KR102139880B1 - 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템

Info

Publication number: KR102139880B1
Application number: KR1020190001205A
Authority: KR
Inventors: 이종수; 신기현
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2020-07-31
Also published as: KR20200085393A

Abstract

본 발명은 롤투롤 생산공정의 레지스터 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치에 있어서, 이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄하는 제 1 프린팅롤(100); 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄하는 제 2 프린팅롤(140); 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에 구비되는 레지스터 에러 블로킹롤(300); 트리거마크(130)를 인식하여 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150)를 촬영하는 카메라(170); 카메라(170)의 이미지(175)로부터 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리인 레지스터(R)를 검출하는 검출수단; 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 제어하는 제어출력(Out)을 출력하는 제어수단; 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성하는 추가출력생성부(200); 및 제어출력(Out)과 상기 추가출력생성부(200)의 추가출력에 기초하여 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)을 제어하는 모터구동부(210);가 구비된다.

Description

롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템{Register control system for a better dynamic characteristics in a roll-to-roll manufacturing process}

본 발명은 롤투롤 생산공정의 레지스터 제어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 롤투롤 인쇄 기술은 전자소자를 연속적으로 대량 생산할 수 있다는 이점을 가지고 있어 최근 인쇄전자 분야에서 크게 주목받고 있다. 롤투롤 인쇄기술을 인쇄전자에 적용시키기 위한 핵심기술 중 하나인 레지스터 제어 기술은 롤투롤 인쇄 기술의 실용화를 위해 해결되어야 하는 필수적인 기술인데, 이는 다양한 전자소자 생산을 위한 중첩 인쇄 시, 고정밀의 중첩 정밀도가 요구되기 때문이다.

레지스터(register)는 중첩 인쇄 시 인쇄된 패턴과 인쇄된 패턴에 중첩 인쇄되는 패턴간 위치관계를 의미하는 것으로, 레지스터 측정은 중첩 패턴간의 거리측정(이하, 중첩 패턴간의 거리 또는 레지스터로 칭함)을 의미한다. 그리고, 레지스터 제어란 중첩 정밀도의 제어를 의미한다. 보다 구체적으로는 유연한 소재인 웹(web)의 이송방향 레지스터(MD register), 웹 이송방향의 수직방향 레지스터(CD register)로 구분될 수 있다. 레지스터 에러(register error)는 롤의 편심, 건조구간에서의 온도 변화에 의한 웹의 팽창 및 수축 등 다양한 원인에 의해 발생되는 에러로 고정밀의 중첩 정밀도를 유지하기 위해서는 레지스터 에러를 감소시키는 것이 필수적이다.

도 6a는 종래의 롤투롤 생산공정에서 -20 ㎛만큼 프린팅롤의 회전에 의한 레지스터의 변동을 나타내는 그래프이고, 도 6b중 상부 그래프는 도 6a와 관련하여 처음 3개의 제어 입력을 나타내는 그래프이고, 하부 그래프는 상부 그래프에 대응하는 레지스터를 나타내는 그래프이며, 도 6c는 도 6a와 관련하여 연속 제어기 입력에 의한 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)를 나타내는 그래프이다.

도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 도 6a는 프린팅롤이 -20㎛ 회전한 후의 레지스터 변화를 보여주고, 초기 레지스터는 0mm이다. 웹의 이송속도는 2 m/min이며 제어주기는 14.14초이다. 인쇄 구간의 스팬 길이(L)는 1.87m이다. 도 6a에서 레지스터 변동의 천이구간은 약 285초임을 알 수 있다. 제어 속도가 천이구간보다 훨씬 빠르기 때문에 이전 입력에 의한 레지스터 변동이 안정된 상태에 도달하기 전에 다음 제어 입력이 웹에 적용된다.

도 6b는 레지스터 제어기(상단)와 해당 레지스터(하단)의 처음 세 제어 입력을 나타낸다. 도 6에서 목표 레지스터는 -20㎛이다. 처음에는 -20㎛의 첫 번째 제어 입력이 웹에 적용된다. 14.14초에 목표 레지스터와 실제 레지스터 간의 차이가 계산된 다음 두 번째 입력이 웹에 적용된다. 세 번째 제어 입력은 이전과 동일한 방법으로 28.28초에 적용된다. 첫 번째 제어 입력에 의한 레지스터의 변화는 제어 출력의 천이구간으로 인해 14.14 초에서 -20㎛가 아니라 -4.73㎛라는 것을 알 수 있습니다. 따라서 15.27㎛의 두 번째 입력이 웹에 적용된다. 제 2 입력에 의한 웹의 변형은 제 1 입력에 의한 잔류 변동에 축적된다. 축적된 제어 입력으로 인해 28.2 초에서 레지스터의 변동은 11.96㎛이다. 8.04㎛의 세 번째 입력이 웹에 적용된다. 세 번째 입력 및 누적된 제어 입력 이후에 레지스터 에러를 반복하여 보정하면 도 6c와 같이 약 400초의 천이구간과 진동이 생성된다.

즉, 도 6a 내지 도 6c는 연속적인 제어에서 누적되는 제어 입력으로 인해 천이구간이 길어지고, 안정화하는데 상당한 시간이 소요된다는 점을 나타낸다.

(1) 대한민국 특허등록 제 10-146685호(롤투롤 인쇄 공정에서 건조구간의 온도변화를 고려한 레지스터 모델링 장치 및 그 방법) (2) 대한민국 특허등록 제 10-1438658호(롤투롤 인쇄시 배면 오염장비를 위한 롤 클리닝 시스템) (3) 대한민국 특허등록 제 10-1447045호(롤투롤 공정 권취 최적화를 위한 하이브리드 테이퍼 장력 제어방법) (4) 대한민국 공개특허 제 10-2013-0142091호(롤투롤 인쇄 시스템의 로드셀 캘리브레이션 장치) (5) 대한민국 특허등록 제 10-1247184호(롤투롤 라미네이션 공정에서 박리현상과 리와인딩 구간에서의 슬립현상을 방지하기 위한 운전 장력 설정 방법) (6) 대한민국 특허등록 제 10-1743982호(고정밀 레지스터 제어 시스템 및 방법)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 첫번째 제어입력후 추가적인 제어입력을 가하여 신속히 목표 레지스터에 접근하고 천이구간을 짧게 유지할 수 있는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로는, 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치에 있어서, 이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄하는 제 1 프린팅롤(100); 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄하는 제 2 프린팅롤(140); 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에 구비되는 레지스터 에러 블로킹롤(300); 트리거마크(130)를 인식하여 상기 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150)를 촬영하는 카메라(170); 카메라(170)의 이미지(175)로부터 상기 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리인 레지스터(R)를 검출하는 검출수단; 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 제어하는 제어출력(Out)을 출력하는 제어수단; 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성하는 추가출력생성부(200); 및 제어출력(Out)과 추가출력생성부(200)의 추가출력에 기초하여 레지스터 에러 블로킹롤(300)을 제어하는 모터구동부(210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치가 제공된다.

또한, 레지스터 에러 블로킹롤(300)은 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에서 제 2 프린팅롤(140)에 더 가깝게 설치된다.

또한, 추가출력생성부(200)는 k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성하고,

여기서, L은 스팬거리(m), v는 롤의 회전속도이다.

또한, 추가출력생성부(200)는 2k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성한다.

또한, 추가출력생성부(200)는 4k초일 때의 레지스터 값이 추가출력(Z)으로 유지된다.

또한, 추가출력생성부(200)가 생성하는 추가출력(Z)은 펄스 함수이다.

또한, 모터구동부(210)는 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 속도를 제어한다.

또한, 제어수단은 비례제어(P), 비례미분제어(PD), 비례적분제어(PI) 및 비례미분적분제어(PID)중 하나에 의해 제어한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로써, 전술한 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치의 제어방법에 있어서, 제 1 프린팅롤(100)이 이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄하는 단계(S100); 레지스터 에러 블로킹롤(300)이 웹(20)의 이송속도를 제어하는 단계(S120); 제 2 프린팅롤(140)이 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄하는 단계(S140); 트리거센서(160)가 트리거마크(130)를 감지하면 카메라(170)가 웹(20)의 이미지(175)를 촬영하는 단계(S160); 검출수단이 이미지(175)로부터 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리, 레지스터(R)를 검출하는 단계(S180); 제어수단이 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 산출하는 단계(S200); 제어수단이 레지스터 에러를 제어하는 제어출력(Out)을 출력하는 단계(S220)와, 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 추가출력생성부(200)가 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성하는 단계(S240); 및 모터구동부(210)가 제어출력(Out)과 추가출력생성부(200)의 추가출력에 기초하여 레지스터 에러 블로킹롤(300)을 제어하는 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 추가적인 제어입력을 가하여 신속히 목표 레지스터를 달성할 수 있고, 천이구간을 짧게 유지할 수 있는 효과가 있다.

이로 인해 안정적으로 고품질의 전자소자를 신속히 생산할 수 있는 특징이 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템의 개략적인 블럭도,
도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법의 흐름도,
도 3a는 본 발명의 구성요소인 RBR롤(300)에 관한 개략적인 구성도,
도 3b는 본 발명의 구성요소인 RBR롤(300)에 관한 사진,
도 3c는 도 3b중 RBR롤(300)에 관한 세부 사진,
도 3d는 도 3a 내지 도 3c에 따른 RBR롤(300)이 있는 경우와 없는 경우의 레지스터 변동을 나타내는 그래프,
도 4는 주파수 영역에서 RBR롤(300)을 설치하기 전과 후의 구간 인장 에러 외란 비율을 나타내는 그래프,
도 5는 RBR롤(300)을 설치하기 전(직사각형)과 후(원)의 레지스터 에러 변화를 나타내는 그래프,
도 6a는 종래의 롤투롤 생산공정에서 -20 ㎛만큼 프린팅롤의 회전에 의한 레지스터의 변동을 나타내는 그래프,
도 6b중 상부 그래프는 도 6a와 관련하여 처음 3개의 제어 입력을 나타내는 그래프이고, 하부 그래프는 상부 그래프에 대응하는 레지스터를 나타내는 그래프,
도 6c는 도 6a와 관련하여 연속 제어기 입력에 의한 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)를 나타내는 그래프,
도 7a는 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 사용한 추가출력을 나타내는 그래프,
도 7b는 도 7a에 대응하는 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)의 변동을 나타내는 그래프,
도 8a는 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 실제 사용한 추가출력을 나타내는 그래프,
도 8b는 도 8a에 대응하는 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)의 변동을 나타내는 그래프,
도 9a는 프린팅 구간의 길이에 따른 추가출력의 크기를 나타내는 그래프,
도 9b는 웹(20)의 이송속도에 따른 추가출력의 크기를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 사용하기 전(원형)과 후(마름모꼴)의 레지스터 에러를 나타내는 그래프이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어 시스템의 개략적인 블럭도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 롤투롤 생산장치는 유연한 웹(20)을 이송하기 위하여 제 1 프린팅롤(100)과 제 2 프린팅롤(140)이 서로 이격된채 설치된다.

레지스터 에러 블로킹롤(RBR롤, 300)은 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에 설치되며, 제 2 프린팅롤(140)에 더 가깝게 설치된다. 스팬(L) 길이는 제 2 프린팅롤(140)과 레지스터 에러 블로킹롤(300) 사이의 간격으로 1 ~ 2m 범위이고, 본 실시예에서는 L=1.87m이다.

제 1 프린팅롤(100)은 웹(20)의 하면에 제 1 레지스터 마크(120)와 트리거 마크(130)를 인쇄하고, 제 2 프린팅롤(140)은 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄한다.

트리거센서(160)는 웹(20)의 상부에 비접촉으로 설치되고, 검출신호를 카메라(170)로 전송할 수 있다.

카메라(170)는 웹(20)의 상부에 수직으로 설치되어 이송중인 웹(20)을 촬영하여 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150)가 포함된 이미지(175)를 생성한다.

검출수단은 이미지(175)로부터 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리인 레지스터(R)를 검출한다. 이때 레지스터(R)은 수평축상의 거리이거나 수직축상의 거리일 수 있다. 레지스터(R)는 픽셀 단위로 카운팅된 후 마이크로미터 단위로 환산되어 출력된다.

제어수단(180, 190)은 검출된 레지스터(R)와 사용자에 의해 입력된 목표 레지스터(R_ref) 사이의 차이를 연산하여 레지스터 에러(△R)를 연산하고, 비례미분적분제어(PID)를 통해 제어출력(Out)을 출력한다.

후술하는 추가출력생성부(RAI, 200)는 추가 출력을 생성할 수 있다.

그리고, 모터구동부(210)는 제어출력(Out)과 추가 출력을 합산하여 입력받고, 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 속도를 제어한다.

레지스터 에러 블로킹롤(RBR)

제어 대상이 본질적으로 강체인 로봇 매니퓰레이터와 달리, 웹(필름)은 프린팅롤의 예기치 않은 위상 변화로 인해 변형될 수 있다. 하부 스팬의 변형은 천이구간과 함께 상부 스팬으로 전달된다. 롤투롤 제조 시스템의 특성 때문에, 모터구동부(210)의 제어 출력은 시상수 τ (=L/v)로 웹(20)에 적용된다. 시상수를 감소시키고 인쇄구간에서 인장 에러의 누적을 막기 위해 RBR(Register Error Blocking Roll)이 제안된다.

도 3a는 본 발명의 구성요소인 RBR롤(300)에 관한 개략적인 구성도이다. RBR롤(300)은 강철 구동롤과 고무 닙롤로 구성된다. 고무 닙롤은 강철 롤로 대체될 수 있다. 그러나, 표면 조도가 낮고 탄성률이 높기 때문에 강철 롤을 닙롤로 사용하면 종동식 롤과 닙롤 사이의 마찰력이 웹에 가해지는 장력보다 작아 슬립이 발생할 수 있다. RBR롤(300)은 제 2 프린팅롤(140)에 최대한 가깝게 위치하는 것이 바람직하다. RBR롤(300)이 제 2 프린팅롤(140)에 가까울수록 제 2 프린팅롤(140)의 응답 속도는 빨라지고 제 2 프린팅롤(140)과 RBR롤(300) 사이의 인장 오차는 줄어든다. 예를 들어, 제 1 프린팅롤(100)과 RBR롤(300)사이의 거리는 11.79m이고, RBR롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리는 1.87m이다.

제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 및 RBR롤(300)은 동일한 회전속도(v)로 회전한다. 그리고, RBR롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이에는 장력을 검출하기 위한 로드셀이 구비된다.

도 3b는 본 발명의 구성요소인 RBR롤(300)에 관한 사진이고, 도 3c는 도 3b중 RBR롤(300)에 관한 세부 사진이다.

도 3d는 도 3a 내지 도 3c에 따른 RBR롤(300)이 있는 경우와 없는 경우의 레지스터 변동을 나타내는 그래프이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 이송속도는 2m/min이고 설정 장력은 2Kgf이다. RBR롤(300)을 설치하기 전에 인쇄구간의 길이는 약 13.66m로 설정됐다. RBR롤(300)을 설치한 후 스팬 길이(L)는 1.87m로 크게 감소했다. 도 3d에서 천이구간은 RBR롤(300) 설치전 약 2100 초였으나 RBR롤(300)을 설치한 후 시상수가 409.8에서 56.1(1/s)로 감소하기 때문에 천이구간이 2100초의 1/7로 크게 줄어든다.

RBR롤(300)을 설치하기 전과 후에 인쇄구간에서의 인장 에러를 측정하여 RBR롤(300)이 인장 에러 누적을 막는 효과를 있음을 명확하게 관찰하였다. 동작 조건은 도 3과 동일하다. 인장은 로드셀에 의해 측정된다.

도 4는 주파수 영역에서 RBR롤(300)을 설치하기 전과 후의 인쇄구간 인장 에러 외란 비율을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 원이 있는 파란색 선과 다이아몬드가 있는 빨간색 선은 각각 RBR롤(300 설치 전후의 인장 에러 교란 비율을 나타낸다. 최대 외란비가 RBR롤(300)에 의해 0.0263Kgf에서 0.0175Kgf로 감소됨을 알 수 있다. 이는 RBR롤(300)이 인쇄구간에서 인장 에러의 축적을 차단할 수 있음을 나타낸다.

도 5는 RBR롤(300)을 설치하기 전(직사각형)과 후(원)의 레지스터 에러 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5의 측정 시간은 1,800초이다. RBR롤(300)을 설치하면 레지스터 에러의 범위가 줄어든다는 것을 알 수 있다. [표 1]은 RBR롤(300) 설치 전후의 레지스터 제어 정확도를 나타낸다.

레지스터 에러	±5㎛	±10㎛	±20㎛	±30㎛
RBR 설치전(%)	34.9	53.5	79.1	92.0
RBR 설치후(%)	41.7	66.2	92.1	97.8

RBR롤(300) 설치시 ±30㎛ 이하의 데이터가 92.0%에서 97.8%로 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 ±5, ±10 및 ±20 ㎛ 이하의 데이터는 각각 6.3%, 12.2% 및 13.0% 증가한다. 이는 RBR롤(300)이 레지스터 에러를 줄이는데 유효한 역할을 하고 있음을 나타낸다.

추가출력생성부(RAI)

본 발명에서는 모터구동부(210)의 반응을 크게 높이기 위해 응답 가속 입력(Response Acceleration Input, RAI)이 새롭게 제안된다. 먼저 도 7a는 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 사용한 추가출력(추가출력생성부의 출력이면서, 모터구동부의 입력을 의미)을 나타내는 그래프이고, 도 7b는 도 7a에 대응하는 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 7b에서 목표 레지스터(R_ref)는 -20㎛이다. 추가출력생성부(RAI, 200)는 도 7a와 같은 펄스 함수에 가까운 제어 입력으로 레지스터의 변화를 이끌어낸다. 이는 도 7a와 같이 일정한 간격으로 추가출력(모터구동부의 추가 제어입력)을 통해 이루어진다. 도 7a에서 모터구동부(210)의 첫 번째 입력은 0초에서 -20㎛이다. 1초 후에 추가출력을 적용하면 첫 번째 출력의 천이구간을 고려하여 레지스터를 2㎛에서 20㎛로 만든다. 레지스터는 제어 입력의 누적으로 인해 -20㎛ 미만이다. 레지스터의 동작을 고려하면 세 번째 제어 입력이 적용되어 3초 후에 레지스터가 -20㎛이 된다. 레지스터의 값이 목표 레지스터를 따르지 않으면 추가출력(추가 제어입력)을 적용할 수 있다.

두번째 입력의 크기를 결정하기 위해서는 제어 입력에 의한 레지스터의 변화가 얻어져야 한다. 모터구동부(210)의 초기 입력이 0초에서 Z이면, 1초에 해당 레지스터는 [수학식 1]과 같이 얻을 수 있다. 단, 웹(20)의 변형이 인쇄 범위 전체에 걸쳐 균일하다는 것을 고려한다.

여기서, t는 시간, Z는 제어기의 입력, v는 롤의 회전속도, L은 스팬 거리(m)이다.

그리고, 다음 스팬(L)으로 전송될 1초에서의 잔류 변형은 [수학식 2]와 같다.

2초에서의 레지스터 변동은 [수학식 1]과 [수학식 2]를 사용하여 [수학식 3]에서 구할 수 있다.

n초에서의 레지스터 변동은 다음과 같이 첫 번째 입력을 사용하여 얻을 수 있고, 이때, (n-1)초의 인쇄 범위에서의 잔류 변형 및 이전 레지스터 변동을 고려한다.

1초에서 모터구동부(210)의 추가 입력은 Z_at=1에 의해 얻어질 수 있고, 이는 다음의 [수학식 5]를 만족한다.

[수학식 5]로부터 Z_at=1은 다음과 같이 [수학식 6]으로 구해진다.

2초에서 모터구동부(210)의 추가 입력은 Z_at=2로 구할 수 있는데, 이는 다음의 [수학식 7]을 만족한다.

[수학식 7]로부터 Z_at=2는 다음과 같이 [수학식 8]로 구해진다.

그리고, [수학식 6]과 [수학식 8]은 [수학식 9]와 [수학식 10]과 같이 각각 일반화할 수 있다.

[수학식 9]와 [수학식 10]을 사용하여, [수학식 7]은 다음과 같이 [수학식 11]로 나타낼 수 있다.

첫 번째 입력과 두 개의 추가 입력에 의한 레지스터는 다음과 같이 [수학식 12]로 계산될 수 있다.

[수학식 12]는 [수학식 11]을 사용하여 다음과 같이 [수학식 13]으로 표현될 수 있다.

[수학식 4] 내지 [수학식 13]은 첫 번째 입력을 적용한 후 첫 번째 입력과 두 개의 추가 입력에 의한 레지스터가 추가출력(Z)으로 유지된다는 것을 보여준다.

도 8a는 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 실제 사용한 추가출력을 나타내는 그래프이고, 도 8b는 도 8a에 대응하는 레지스터(목표 레지스터 : -20 ㎛)의 변동을 나타내는 그래프이다. 목표 레지스터는 -20 ㎛이고 샘플링 및 제어 간격은 14.14초이다. 도 8b에서, 천이구간은 추가출력생성부(RAI, 200)에 의해 약 400초에서 1초로 크게 감소함을 알 수 있다.

도 8a 및 도 8b에서 추가입력(-0.0011mm 및 0.0011mm)은 첫 번째 입력 (-0.00002mm)보다 훨씬 크다. [수학식 9]와 [수학식 10]을 사용하여, 2초 및 3초의 추가 제어 입력은 첫 번째 입력보다 54.12 및 -54.12 배 더 크다는 것을 알 수 있다. 따라서, RAI 적용시 허용 추가 입력 범위를 고려하여 최대 입력 범위가 설정되어야 한다.

실시예의 동작

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법의 흐름도이다.

먼저, 제 1 프린팅롤(100)이 이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄한다(S100).

그 다음, 레지스터 에러 블로킹롤(300)이 웹(20)의 이송속도를 제어한다(S120).

그 다음, 제 2 프린팅롤(140)이 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄한다(S140).

그 다음, 트리거센서(160)가 트리거마크(130)를 감지하면 카메라(170)가 웹(20)의 이미지(175)를 촬영한다(S160).

그 다음, 검출수단이 이미지(175)로부터 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리, 즉 레지스터(R)를 검출한다(S180).

그 다음, 제어수단(180, 190)이 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 산출한다(S200).

그 다음, 제어수단(180, 190)이 레지스터 에러를 PID제어하는 제어출력(Out)을 출력한다(S220).

이 때, 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 추가출력생성부(200)가 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성한다(S240). 추가출력(255)은 전술한 [수학식 4] 내지 [수학식 13]을 사용하여 산출한다.

그 다음, 제어출력(Out)과 추가출력(255)은 서로 합산되어 모터구동부(210)에 입력된다.

모터구동부(210)는 합산되어 입력되는 제어 입력에 기초하여 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도를 제어한다(S250).

도 9a는 프린팅 구간의 길이에 따른 추가출력의 크기를 나타내는 그래프이고, 도 9b는 웹(20)의 이송속도에 따른 추가출력의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에서 첫 번째 입력의 크기는 80㎛이다. 도 9a에서 웹 속도가 2m/min이고, 도 9b에서 인쇄구간의 스팬 길이(L)는 1.87m이다. 스팬 길이(L)를 줄이고 웹 속도를 증가시킴으로써 추가 제어 출력의 크기를 줄일 수 있음을 알 수 있다. 스팬 길이(L)가 1m에서 15m로 증가함에 따라 추가 제어 입력의 크기가 2.2mm에서 36mm로 증가한다. 크기가 너무 크면 제어 입력이 웹에 완전히 적용되는 데 걸리는 시간이 추가 제어 입력이 적용되는 간격보다 클 수 있다. 또한 추가 제어 입력으로 인한 장력 변화는 웹의 허용응력(웹의 인장 응력의 6.67%)을 초과할 수 있다. 이러한 결과로부터 스팬 길이(L)를 줄이고 웹 속도를 증가시킴으로써 추가 제어 입력의 크기를 줄일 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 본 발명의 발명자가 개발한 RBR롤(300)을 사용함으로써 추가출력생성부(RAI, 200)의 허용 보상값이 더 짧은 스팬 길이(L)와 더 높은 웹 속도에 대해 더 클 수 있고 허용 가능한 보상값이 크게 증가할 수 있음을 시사한다.

도 10은 본 발명에 따른 추가출력생성부(RAI, 200)를 사용하기 전(원형)과 후(마름모꼴)의 레지스터 에러를 나타내는 그래프이다. 그리고, [표 2]는 추가출력생성부(RAI, 200)의 인가 전후의 레지스터 제어 정확도를 나타낸다. ±5, ±10 및 ±20㎛ 이하의 데이터는 각각 13%, 10% 및 2.3% 증가했다. 특히, 데이터의 80%와 98%가 각각 ±10 ㎛와 ±20 ㎛로 제어됨으로써 모터구동부(210)가 대량 생산 수준에서 성능이 향상되었음을 나타낸다.

레지스터 에러	±5㎛	±10㎛	±20㎛	±30㎛
RAI 인가전(%)	45.3	71.9	96.1	100
RAI 인가후(%)	58.3	81.9	98.4	100

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

20 : 웹,
100 : 제 1 프린팅롤,
120 : 제 1 레지스터 마크,
130 : 트리거 마크,
140 : 제 2 프린팅롤,
150 : 제 2 레지스터 마크,
160 : 트리거 센서,
170 : 카메라,
175 : 이미지,
180, 190 : 제어수단,
200 : 추가출력생성부(RAI),
210 : 모터구동부,
255 : 추가출력,
300 : RBR롤,
R : 제 1, 2 레지스터 마크 사이의 거리,
R_ref : 사용자 설정값,
△R : 레지스터 에러,
Out : 출력신호,
Out_R : RAI 출력신호.

Claims

롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치에 있어서,
이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄하는 제 1 프린팅롤(100);
상기 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄하는 제 2 프린팅롤(140);
상기 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에 구비되는 레지스터 에러 블로킹롤(300);
상기 트리거마크(130)를 인식하여 상기 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150)를 촬영하는 카메라(170);
상기 카메라(170)의 이미지(175)로부터 상기 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리인 레지스터(R)를 검출하는 검출수단;
상기 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 제어하는 제어출력(Out)을 출력하는 제어수단;
상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 상기 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성하는 추가출력생성부(200); 및
상기 제어출력(Out)과 상기 추가출력생성부(200)의 추가출력에 기초하여 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)을 제어하는 모터구동부(210);를 포함하고,
상기 추가출력생성부(200)는 k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성하고,

여기서, L은 스팬거리(m), v는 롤의 회전속도인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)은 상기 제 1, 2 프린팅롤(100, 140) 사이에서 상기 제 2 프린팅롤(140)에 더 가깝게 설치되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)는 2k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성하고,

여기서, L은 스팬거리(m), v는 롤의 회전속도인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 4 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)는 4k초일 때의 레지스터 값이 추가출력(Z)으로 유지되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)가 생성하는 추가출력(Z)은 펄스 함수인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 모터구동부(210)는 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어수단은 비례제어(P), 비례미분제어(PD), 비례적분제어(PI) 및 비례미분적분제어(PID)중 하나에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어장치의 제어방법에 있어서,
제 1 프린팅롤(100)이 이송중인 웹(20)에 트리거마크(130)와 제 1 레지스터 마크(120)를 인쇄하는 단계(S100);
레지스터 에러 블로킹롤(300)이 상기 웹(20)의 이송속도를 제어하는 단계(S120);
제 2 프린팅롤(140)이 상기 웹(20)에 제 2 레지스터 마크(150)를 인쇄하는 단계(S140);
트리거센서(160)가 상기 트리거마크(130)를 감지하면 카메라(170)가 상기 웹(20)의 이미지(175)를 촬영하는 단계(S160);
검출수단이 상기 이미지(175)로부터 상기 제 1, 2 레지스터 마크(120, 150) 사이의 거리, 레지스터(R)를 검출하는 단계(S180);
제어수단이 상기 레지스터(R) 및 사용자에 의해 설정된 거리(R_ref)에 기초하여 레지스터 에러를 산출하는 단계(S200);
상기 제어수단이 상기 레지스터 에러를 제어하는 제어출력(Out)을 출력하는 단계(S220)와, 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)과 상기 제 2 프린팅롤(140) 사이의 거리(L), 및 추가출력생성부(200)가 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 회전속도(v)에 기초하여 추가출력(255)을 생성하는 단계(S240); 및
모터구동부(210)가 상기 제어출력(Out)과 상기 추가출력생성부(200)의 추가출력에 기초하여 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)을 제어하는 단계(S250);를 포함하고,
상기 추가출력생성부(200)는 k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성하고,

여기서, L은 스팬거리(m), v는 롤의 회전속도인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)는 2k초일 때의 추가출력(Z)을 다음 식에 의해 생성하고,

여기서, L은 스팬거리(m), v는 롤의 회전속도인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)는 4k초일 때의 레지스터 값이 추가출력(Z)으로 유지되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 추가출력생성부(200)가 생성하는 추가출력(Z)은 펄스 함수인 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 모터구동부(210)는 상기 레지스터 에러 블로킹롤(300)의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 생산공정에서 동특성 개선을 위한 레지스터 제어방법.