KR20110001931A - Continuous process roll to roll printed system for the printed electronics and operation control method of the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A roll to roll printing system for continuous processes for a printing electronics and a method of controlling the operation of the printing system are provided to ensure the safety of a system since when producing a printed electronics, the parameter changer of the system according to the change of a process condition is overcome. CONSTITUTION: A roll to roll printing system for continuous processes comprises a web(13), a driving roll, an idle roll and a central controller(100) and a motor driving unit. While the web is transferred from a unwinding roll(11) to a winding roll(12), printing is made. The driving roll and the idle roll drive and rotate the web so that the web is transferred from the unwinding roll to the winding roll. The central controller controls the operation of the motor driving unit according to the change information of a parameter. The central controller collects tension change information from a plurality of load cells, which are installed over the whole span between the unwinding roll and the winding roll. The motor driving unit establishes the torque input of the motor to drive the motor.

Description

인쇄 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템 및 그의 동작 제어 방법{Continuous Process Roll to Roll Printed System for The Printed Electronics and Operation Control Method of The Same}Continuous Process Roll to Roll Printed System for Printed Electronics and its Control Method of The Same

본 발명은 인쇄 전자소자(printed electronics)를 위한 연속공정 롤투롤(Roll to Roll: 이하, "R2R"이라 한다) 시스템 및 그의 동작 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄 전자소자 생산시 공정조건 변화에 따라 일어나는 시스템의 파라미터 변화를 극복할 수 있고 폐루프 시스템으로 입력되는 외란에도 제어 성능 기준을 충족시킬 수 있는 인쇄 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤(R2R) 인쇄 시스템 및 그의 동작 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a continuous process roll to roll system for printed electronics (hereinafter, referred to as “R2R”) system and a method for controlling the operation thereof, and more particularly, to process conditions in the production of printed electronics. A continuous process roll-to-roll (R2R) printing system for a printed electronic device capable of overcoming a parameter change of a system occurring according to a change and meeting control performance criteria in the event of a disturbance input to a closed loop system, and a method of controlling the operation thereof. will be.

기존의 인쇄 기술을 이용하여 OLED(Oragnic Light Emitting Diode), OTFT(Organic Thin Film Transistor), OSC(Organic Solar Cell), RFID(Radio Frequency Identification) 등의 전자소자(Electronic Device)를 제작하는 연구가 국내외적으로 이루어지고 있다. 인쇄 기술의 장점은 다층(Multi-layer)으로 구성된 전자 소자를 인쇄 방법으로 제작 가능하다는 것이며, 기존의 실리콘 기반의 전자 소자 제작 기술과 비교하여 간단하며 비용절감 적인 기술이라고 할 수 있다. Researches to manufacture electronic devices such as OLED (Oragnic Light Emitting Diode), OTFT (Organic Thin Film Transistor), OSC (Organic Solar Cell), RFID (Radio Frequency Identification) using existing printing technology It is done externally. The advantage of the printing technology is that it is possible to manufacture a multi-layered electronic device by a printing method, which can be said to be a simple and cost-saving technology compared to the conventional silicon-based electronic device manufacturing technology.

RFID, 솔라 셀(Solar cell) 등과 같은 전자소자를 롤투롤(R2R) 공정기반으로 전도성 금속 잉크를 사용하여 인쇄할 때, 인쇄한 패턴의 전기적 특성을 얻기 위해 고온의 건조 및 경화 공정을 실시한다. 여기서, 전자 인쇄에 사용하는 상용화된 잉크는 금속 입자나 고분자 물질을 함유한 솔벤트(Solvent) 기반의 전도성 잉크로서, 최적의 전기 전도도를 보장하기 위해 롤투롤(R2R) 공정으로 전도성 금속 잉크를 사용하여 인쇄한 후 건조(Drying) 및 경화(Curing /Annealing) 과정을 거치게 된다. When printing electronic devices such as RFID and solar cells using a conductive metal ink based on a roll-to-roll (R2R) process, a high temperature drying and curing process is performed to obtain electrical characteristics of the printed pattern. Here, the commercialized ink used for electronic printing is a solvent-based conductive ink containing metal particles or polymer materials, and using a conductive metal ink in a roll-to-roll (R2R) process to ensure optimal electrical conductivity. After printing, drying and curing / annealing are performed.

상기 롤투롤(R2R) 공정은 유연한 기판(Flexible substrate)을 사용하여 유연한 제품 생산이 가능하다는 것과 그라비아(Gravure), 옵셋(Offset), 플렉소(Flexo)와 같은 인쇄 방법들의 적용을 통하여 전자 소자의 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다.The roll-to-roll (R2R) process enables the production of flexible products using a flexible substrate and the printing of electronic devices through the application of printing methods such as gravure, offset, and flexo. The advantage is that mass production is possible.

도 1은 종래의 연속공정 롤투롤(Roll-to-Roll) 인쇄 시스템의 전체적인 공정을 개략적으로 예시한 공정 흐름도이다.1 is a process flow diagram schematically illustrating the overall process of a conventional continuous process roll-to-roll printing system.

종래의 연속공정 롤투롤(R2R) 인쇄 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 풀림 롤(unwinder; 1)에서 감김 롤(rewinder; 2)로 이송되는 웹(web: 3)과, 상기 웹(3)이 상기 풀림 롤(1)에서 상기 감김 롤(2)로 이송되도록 구동하는 구동 롤(driven roll; 4) 및 라미네이팅 구동 롤과, 상기 풀림 롤(1)과 상기 감김 롤(2) 사이의 웹(3)을 회전 지지하는 비 구동 롤(idle roll; 5)로 구성되어 있으며, 상기 웹(3)은 종 방향의 길이가 횡 방향의 길이와 비교하여 매우 긴 연속된 형태의 얇은 소재를 의미한다. A conventional continuous process roll-to-roll (R2R) printing system, as shown in FIG. 1, has a web (3) transferred from an unwinder (1) to a rewinder (2), and the web (3). Driven roll 4 and a laminating drive roll for driving from the unwinding roll 1 to the unwinding roll 2 and a web between the unwinding roll 1 and the unwinding roll 2 It consists of a non-drive roll (5) for rotationally supporting (3), wherein the web (3) refers to a thin material of a continuous form, the length of the longitudinal direction is very long compared to the length of the transverse direction. .

상기 웹(3)은 상기 풀림 롤(1)과 상기 감김 롤(2)로 이송되면서 인쇄(printing) 또는 코팅(coating) 공정(10,20), 건조(drying) 또는 경화(curing) 공정(30), 합지(laminating) 공정(40)으로 이루어지는 생산라인을 통과하게 된다. 이러한 생산라인에서 상기 웹(3)의 이동경로는 상기 풀림 롤(1)과 상기 감김 롤(2) 사이의 구동 롤(4)과 비 구동 롤(5)의 배치에 의해 결정된다.The web 3 is transferred to the unwinding roll 1 and the unwinding roll 2 while printing or coating processes 10 and 20, drying or curing process 30. ), It passes through a production line consisting of a laminating process 40. The movement path of the web 3 in this production line is determined by the arrangement of the driving roll 4 and the non-driving roll 5 between the unwinding roll 1 and the winding roll 2.

이러한 롤투롤(R2R) 인쇄 시스템은 배치(batch) 공정과 비교하여 연속적인 재료이송이 가능하므로 높은 생산성을 달성할 수 있으며, 이런 특성으로 인해 전통적인 방적, 제지, 판유리 생산, 연속 압연, 그래픽 인쇄 등에 적용되었다.These roll-to-roll (R2R) printing systems can achieve high productivity by enabling continuous material transfer compared to the batch process, which allows traditional spinning, paper, sheet glass production, continuous rolling, and graphic printing. Applied.

최근에는 RFID(Radio Frequency Identification) 태그(tag), 태양전지(solar cell) 등의 비교적 구조가 간단한 전자소자를 대량 생산할 수 있는 방안으로 주목받고 있다. 특별히 전자소자를 인쇄방식으로 생산할 경우 인쇄 전자소자(printed electronics)라 지칭하며, 2008년 2월 美 General Electric Company에서 롤투롤 공정을 이용한 printed OLED lighting를 개발하여 인쇄전자소자의 연속공정 생산 가능성을 보였다.Recently, attention has been drawn to mass production of relatively simple electronic devices such as RFID (Radio Frequency Identification) tags and solar cells. In particular, when electronic devices are produced by the printing method, they are referred to as printed electronics. In February 2008, the US General Electric Company developed a printed OLED lighting using a roll-to-roll process, which showed the possibility of continuous process production of printed electronic devices. .

그러나, 상기 인쇄 전자소자는 열풍, UV 건조, 인쇄패턴 보호를 위한 합지(laminating) 공정 등을 거치면서 소재의 탄성계수 및 두께 등의 물성 값이 변하므로 고정 이득(gain)을 가진 제어기로는 운전장력을 일정하게 유지하는 것이 곤란하다.However, the printed electronic device is operated as a controller having a fixed gain because physical property values such as elastic modulus and thickness of the material change while undergoing a laminating process for hot air, UV drying, and printing pattern protection. It is difficult to keep the tension constant.

종래의 연속공정 롤투롤(R2R) 인쇄 시스템에서 사용되는 제어기는 도 2에 도시된 바와 같이, 비례 적분(PI) 제어기 또는 비례 미적분(PID) 제어기 등의 단일 입출력 제어기를 구동 롤마다 분산시켜 제어하는 분산제어기법을 사용하고 있다.A controller used in a conventional continuous process roll-to-roll (R2R) printing system, as shown in FIG. Distributed control technique is used.

그러나, 고정된 이득을 갖는 제어기로는 특정 공정 스팬(span) 내에서 주요한 파라미터 변화가 일어날 경우 적절한 장력제어가 어려웠다. 또한, 이때 발생한 장력 외란은 다음 스팬으로 연속적으로 전달되기 때문에 차후 공정에 악영향을 미치게 되어 전체 시스템이 불안한 문제점이 있었다.
However, controllers with fixed gains have been difficult to adequately control when major parameter changes occur within certain process spans. In addition, since the tension disturbance generated at this time is continuously transmitted to the next span, there is a problem that the overall system is unstable because it adversely affects the subsequent process.

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 인쇄 전자소자 생산시 공정조건 변화에 따라 일어나는 시스템의 파라미터 변화를 극복하여 시스템의 안전성을 보장할 수 있는 인쇄 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템 및 그의 동작 제어 방법을 제시하는 데 있다.The technical problem to be solved by the present invention to solve the above problems, continuous process roll for a printed electronic device that can ensure the safety of the system by overcoming the parameter change of the system caused by the change of the process conditions in the production of printed electronic devices A two roll printing system and its operation control method are provided.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 폐루프 시스템으로 입력되는 외란에도 제어 성능 기준을 충족시킬 수 있는 인쇄 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템 및 그의 동작 제어 방법을 제시하는 데 있다.
In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a continuous process roll-to-roll printing system and a method for controlling the operation thereof for a printed electronic device that can meet the control performance criteria in the disturbance input to the closed loop system.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 「연속공정 롤투롤 인쇄 시스템에 있어서, 풀림 롤(11)에서 감김 롤(12)로 이송되면서 인쇄되는 웹(web: 13)과; 상기 웹(13)이 상기 풀림 롤(11)에서 상기 감김 롤(12)로 이송되도록 구동 및 회전 지지하는 구동 롤(driven roll: 14) 및 비 구동 롤(idle roll)과; 상기 풀림 롤(11)과 감김 롤(12) 사이의 전 스팬(span)에 설치된 다수의 로드 셀로부터 전 스팬에 대한 파라미터의 변화 정보를 수집하여 상기 파라미터의 변화 정보에 따라 모터 구동부(M/D)의 동작을 제어하는 중앙 제어기(100); 및 상기 중앙 제어기(100)의 제어 신호와 모터에서 감지되는 각 속도 및 속도 기준치에 의해 상기 모터의 토크 입력을 설정하여 상기 모터를 구동시키는 모터 구동부(110);를 포함하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.」을 제공한다.As a means for solving the above-described technical problem, the invention described in claim 1, "In the continuous process roll-to-roll printing system, the web (web 13) printed while being transferred from the unwinding roll 11 to the winding roll 12 and; A driven roll 14 and an idle roll for driving and rotationally supporting the web 13 to be transferred from the unwinding roll 11 to the winding roll 12; Collecting parameter change information for all spans from a plurality of load cells installed in all spans between the unwinding roll 11 and the winding roll 12 and according to the change information of the motor driving unit (M / D) A central controller 100 for controlling the operation of the controller; And a motor driver 110 for setting the torque input of the motor to drive the motor based on the control signal of the central controller 100 and the respective speeds and speed reference values detected by the motors. .

청구항 2에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 파라미터의 변화 정보는: 열풍 또는 UV 건조를 포함한 열원에 의한 온도변화, 온도변화로 인한 소재의 탄성계수 변화, 코팅 또는 합지 공정 시 소재의 단면적(두께) 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.」을 제공한다.According to the invention of claim 2, “The change information of the parameter according to claim 1 is: temperature change by a heat source including hot air or UV drying, change in elastic modulus of the material due to temperature change, It provides a continuous process roll-to-roll printing system comprising a cross-sectional area (thickness) change.

청구항 3에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어기(100)는 각 스팬에 대해 파라미터의 변화에 의한 장축변화가 검출되면 검출된 파라미터 정보를 연산하여 최적의 제어 입력벡터를 출력하고, 상기 모터 구동부(110)는 상기 중앙 제어기(100)에서 연산 된 제어 입력벡터에 따라 장력 변화를 보상하여 상기 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.」을 제공한다.According to the invention as claimed in claim 3, in accordance with claim 1, the central controller 100 calculates the detected parameter information when the long axis change due to the change of the parameter is detected for each span, and outputs an optimal control input vector. , The motor driving unit 110 provides a continuous process roll-to-roll printing system, characterized in that for controlling the driving of the motor by compensating for the tension change in accordance with the control input vector calculated by the central controller (100).

청구항 4에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어기(100)의 설계 방법은: (1) 시스템의 수학적인 모델링을 통해 기본 상태공간 모델(P)을 구성하고, (2) 상기 구성된 기본 상태공간 모델에 대한 가관측성 및 가제어성 충족 여부를 판단하고, (3) 상기 가관측성 및 가제어성이 충족된 기본 상태공간 모델에서 최소화하려는 출력(z)(성능지표)을 선정하고, (4) 입/출력 주파수 가중함수를 추가 및 튜닝하여 확장 상태공간 모델(G) 구성 및 개루프 전달함수를 유도하여 강인 제어기가 존재할 조건(가정)을 확인하고, (5) 상기 강인 제어기가 존재할 조건(가정)이 확인된 확장 상태공간 모델에 대하여 제어기 합성 및 주파수 영역에서의 루프 모양을 확인한 후 폐루프 전달함수를 유도하여 루프 모양 요구 형상이 충족되는지의 여부를 판단하고, (6) 상기 판단 결과 루프 모양 요구 형상이 충족된 함수에 대해 시간영역 응답 성능을 시뮬레이션으로 확인하고 시간영역에서 요구 성능이 충족되는지를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.」을 제공한다.According to the invention as set forth in claim 4, "The method of designing the central controller 100 according to claim 1 comprises: (1) configuring a basic state space model (P) through mathematical modeling of the system, and (2) Determining whether the observability and controllability of the constructed basic state space model are satisfied, (3) selecting an output z (performance indicator) to be minimized in the basic state space model where the observability and controllability are satisfied, and ( 4) Add and tune the input / output frequency weighting function to construct an extended state space model (G) and derive the open loop transfer function to check the condition (assuming) that the robust controller exists, and (5) the condition where the robust controller exists. After confirming the controller synthesis and loop shape in the frequency domain with respect to the (assumed) identified, it is determined whether the loop shape request shape is satisfied by deriving the closed loop transfer function, and (6) the determination. The result is a continuous process roll-to-roll printing system comprising the step of simulating a time domain response performance for a function whose loop shape requirement shape is satisfied and detecting whether the required performance is satisfied in the time domain. .

청구항 5에 기재된 발명은, 「제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어기(100)의 튜닝 방법은: (1) 폐루프 전달함수를 유도하고 입력 w에서 출력 z에 이르는 각각의 전달함수 특이 값 선도를 작성하고, (2) 시스템에서 요구하는 대역폭 분석 및 입력 w 주파수와 출력 z 주파수 대역을 각각 선정하고, (3) 각 성능별 요구 루프 모양을 선정하고, (4) 외란 입력 가중함수, 잡음 입력 가중함수, 입력 에너지 가중함수, 출력 가중함수를 각각 선정하고, (5) 전체 폐루프 전달함수 특이 값 선도를 작성하고, (6) 요구 주파수 대역응답이 0dB 미만인 경우(출력이 입력보다 작은 경우)를 찾는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.」을 제공한다.According to the invention as claimed in claim 5, the method according to claim 1, wherein the tuning method of the central controller 100 comprises: (1) deriving a closed loop transfer function and plotting each transfer function specific value diagram from the input w to the output z. (2) Bandwidth analysis and input w frequency and output z frequency band required by the system, (3) Requirement loop shape for each performance, and (4) Disturbance input weighting function and noise input weighting Select a function, an input energy weighting function, and an output weighting function, and (5) draw a singular value diagram of the total closed-loop transfer function, and (6) determine that the required frequency band response is less than 0 dB (output less than input). Continuous process roll-to-roll printing system characterized by including a search process.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 6에 기재된 발명은, 「연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법에 있어서, (a) 웹(web)이 이송되는 풀림 롤과 감김 롤 사이의 전 스팬(span)에 대한 파라미터의 변화에 의한 장력변화를 중앙 제어기에서 검출하는 단계와; (b) 상기 장력의 변화가 검출되면 상기 중앙 제어기에서 검출된 장력 변화를 연산하여 최적 제어 입력벡터를 모터 구동부로 출력하는 단계; 및 (c) 상기 모터 구동부에서 상기 중앙 제어기로부터의 제어 입력벡터와 속도 기준 값 및 모터에서 감지된 각 속도에 의해 파라미터의 변화를 보상하여 상기 모터의 구동 속도를 제어하는 단계;를 포함하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법.」을 제공한다.As a means for solving the above-described technical problem, the invention described in claim 6, "In the control method of the operation of the continuous-process roll-to-roll printing system, (a) transfer between the unwinding roll and the winding roll to which the web (web) is conveyed; Detecting at the central controller a change in tension due to a change in a parameter for a span; (b) calculating a change in tension detected by the central controller when the change in tension is detected and outputting an optimum control input vector to the motor driver; And controlling the driving speed of the motor by compensating for the change of the parameter by the control input vector and the speed reference value from the central controller and each speed detected by the motor in the motor driving unit. Operation control method of a roll-to-roll printing system. "

청구항 7에 기재된 발명은, 「제 6 항에 있어서, 상기 파라미터의 변화 정보는: 열풍 또는 UV 건조에 의한 온도변화, 온도변화로 인한 소재의 탄성계수 변화, 코팅 또는 합지 공정 시 소재의 단면적(두께) 변화에 의한 장력변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법.」을 제공한다.
According to the invention of claim 7, the change information of the parameter according to claim 6 includes: temperature change by hot air or UV drying, change in elastic modulus of the material due to temperature change, cross-sectional area of the material during coating or lamination process (thickness) ). A method for controlling the operation of a continuous process roll-to-roll printing system, comprising a change in tension due to change.

본 발명에 따르면, 인쇄 소재의 탄성계수, 두께변화 등의 주요 파라미터 변화에 대해 제어기가 장착된 폐루프 시스템의 안정성을 보장할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that can ensure the stability of the closed loop system equipped with a controller with respect to the major parameter changes such as elastic modulus, thickness change of the printing material.

또한, 폐루프 시스템으로 입력되는 외란의 주파수 범위보다 넓은 대역폭에서 시스템을 안정시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can stabilize the system in a wider bandwidth than the frequency range of the disturbance input to the closed loop system.

또한, 연속 공정 중 공정 특성상 탄성계수 또는 소재의 두께 변화가 일어나는 3개 이상의 스팬을 갖는 멀티스팬 롤투롤 시스템에서 탄성계수, 두께변화에도 일정 제어성능을 보장할 수 있는 중앙 제어기를 제공할 수 있다.
In addition, in a multi-span roll-to-roll system having three or more spans in which the elastic modulus or the thickness change of the material occurs due to the process characteristics during the continuous process, it is possible to provide a central controller capable of guaranteeing constant control performance even in the elastic modulus and thickness change.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 연속공정 롤투롤(R2R) 인쇄 시스템의 전체적인 공정을 개략적으로 예시한 공정 흐름도
도 2는 종래의 비례 적분(PI) 제어기에 의해 구동 롤마다 분산 제어되는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 일부 공정을 예시한 개략도
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템을 개략적으로 나타낸 개략도 및 구성도
도 5는 도 4에 도시된 중앙 제어기의 작동 로직 흐름도
도 6은 도 4에 도시된 중앙 제어기의 설계 흐름도
도 7은 도 4에 도시된 중앙 제어기의 튜닝 흐름도1 is a process flow diagram schematically illustrating the overall process of a conventional continuous process roll-to-roll (R2R) printing system.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating some processes of a continuous process roll-to-roll printing system distributedly controlled for each driving roll by a conventional proportional integration (PI) controller;
3 and 4 is a schematic view and a schematic view showing a continuous process roll-to-roll printing system according to a preferred embodiment of the present invention
5 is an operational logic flow diagram of the central controller shown in FIG.
6 is a design flow diagram of the central controller shown in FIG.
7 is a tuning flowchart of the central controller shown in FIG.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

연속공정 Continuous process 롤투롤Roll to Roll 인쇄 시스템의 실시 예 Embodiment of the printing system

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이다. 여기서, 도면부호 11은 풀림 롤(unwinder), 도면부호 12는 감김 롤(rewinder), 도면부호 13은 웹(web), 도면부호 14는 구동 롤(driven roll), 도면부호 100은 중앙 제어기를 나타낸다.Figure 3 is a schematic diagram schematically showing a continuous process roll-to-roll printing system according to a preferred embodiment of the present invention. Here, reference numeral 11 denotes an unwinder, reference numeral 12 denotes a rewinder, reference numeral 13 denotes a web, reference numeral 14 denotes a driven roll, reference numeral 100 denotes a central controller. .

본 발명에 의한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 전 스팬(span)의 장력 변화 정보를 수집하여 각 공정별로 최적화된 장력제어 입력을 생성할 수 있는 중앙 제어기(100)를 구현하였다.Continuous process roll-to-roll printing system according to the present invention, as shown in Figure 3, by collecting the tension change information of the entire span (span) by the central controller 100 that can generate the tension control input optimized for each process Implemented.

상기 중앙 제어기(100)는 인쇄소재의 탄성계수, 두께변화 등의 주요 파라미터 변화에 대해 제어성능 기준을 충족시킬 수 있어야 하며, 시스템에서 발생 가능한 외란의 주파수 범위보다 넓은 범위에서 발생하는 외란에 대해서도 시스템의 안정성을 보장할 수 있어야 한다. 또한, 제어 성능 기준 역시 기존의 고정 이득 제어기로는 달성하기 곤란하므로 H∞ 강인 제어기법을 사용하였다.The central controller 100 should be able to meet the control performance criteria for the major parameter changes, such as elastic modulus, thickness change, etc. of the printed material, and also for the disturbance occurring in a wider range than the frequency range of the disturbance that may occur in the system. It should be able to guarantee the stability. In addition, the control performance criterion is also difficult to achieve with the conventional fixed gain controller, so the H ∞ robust control method is used.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.Figure 4 is a schematic view showing a continuous process roll-to-roll printing system according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명에 의한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이, 풀림 롤(11)에서 감김 롤(12)로 이송되면서 인쇄되는 웹(web: 13)과, 상기 웹(13)이 상기 풀림 롤(11)에서 상기 감김 롤(12)로 이송되도록 구동 및 회전 지지하는 구동 롤(driven roll: 14) 및 비 구동 롤(idle roll)과, 상기 풀림 롤(11)과 감김 롤(12) 사이의 전 스팬(span)에 설치된 다수의 로드 셀(L/C)로부터 전 스팬에 대한 파라미터의 변화 정보를 수집하여 상기 파라미터의 변화 정보에 따라 모터 구동부(M/D)의 동작을 제어하는 중앙 제어기(100)와, 상기 중앙 제어기(100)의 제어 신호와 모터에서 감지되는 각 속도 및 속도 기준치에 의해 상기 모터의 토크 입력을 설정하여 상기 모터를 구동시키는 모터 구동부(110)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 파라미터의 변화 정보는 열풍 또는 UV 건조에 의한 온도변화, 온도변화로 인한 소재의 탄성계수 변화, 코팅 또는 합지 공정 시 소재의 단면적(두께) 변화를 포함한다.Continuous process roll-to-roll printing system according to the present invention is a web (web 13) is printed while being transferred from the unwinding roll 11 to the winding roll 12, as shown in Figure 4, the web 13 is Driven rolls 14 and non-driven rolls that are driven and rotated to be transported from the unwinding roll 11 to the winding roll 12, and the unwinding roll 11 and the winding roll 12. Central to control the operation of the motor driving unit (M / D) according to the change information of the parameters by collecting the change information of the parameters of all the span from a plurality of load cells (L / C) installed in all spans between And a motor driver 110 for setting the torque input of the motor according to the control signal of the central controller 100 and the respective speeds and speed reference values detected by the motor to drive the motor. . Here, the change information of the parameter includes a temperature change by hot air or UV drying, a change in elastic modulus of the material due to the temperature change, and a change in the cross-sectional area (thickness) of the material during the coating or laminating process.

상기 중앙 제어기(100)는 인쇄 시스템의 전 스팬에 설치된 다수 개의 로드 셀(L/C)로부터 전 스팬의 장력(T1-T3) 변화에 대한 감지 정보(S2)를 수집하여 모터 구동부(M/D)로 출력되는 속도 입력(S1)을 제어한다. The central controller 100 collects the sensing information S2 of the change of the tension T 1 -T 3 of all the spans from the plurality of load cells L / C installed in all the spans of the printing system, and then outputs the motor M. / D) to control the speed input (S1) output.

상기 모터 구동부(M/D: 110)는 모터에서 감지되는 각속도(S3)와 상기 중앙 제어기(100)에서 출력되는 속도입력(S1) 및 속도 기준치(MSDref)을 이용하여 모터의 토크 입력(S4)을 설정하여 상기 모터의 구동을 제어한다.The motor driving unit (M / D) 110 inputs the torque of the motor (S4) using the angular velocity S3 detected by the motor, the speed input S1 and the speed reference value MSDref output from the central controller 100. Set to control the driving of the motor.

도 5는 도 4에 도시된 중앙 제어기(100)의 작동 로직 흐름도이다.5 is an operational logic flow diagram of the central controller 100 shown in FIG.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 중앙 제어기(100)에서 전 스팬의 장력(T1-T3)을 측정하여 각 스팬의 장력이 기준 장력 이상으로 변화하는지를 검출한다(단계 S101 및 S103). 이때, 각 스팬의 장력이 기준 장력 이상으로 변화되는 것이 검출되면(단계 S101의 "Y"), 상기 중앙 제어기(100)에서 검출된 파라미터(장력)를 연산하여 최적 제어 벡터[V0,V2,V3]T를 상기 모터 구동부(M/D; 110)로 출력한다(단계 S105).4 and 5, the central controller 100 measures the tension (T 1 -T 3 ) of all the spans and detects whether the tension of each span changes beyond the reference tension (steps S101 and S103). ). At this time, if it is detected that the tension of each span is changed to the reference tension or more (" Y " in step S101), the parameter (tension) detected by the central controller 100 is calculated to calculate the optimum control vector [V 0 , V 2]. , V 3 ] T is outputted to the motor driver M / D 110 (step S105).

그 다음, 상기 모터 구동부(110)에서 상기 중앙 제어기(100)로부터 입력된 제어 벡터를 추종하여 장력 변화를 보상한다(단계 S109).Next, the motor driver 110 compensates for the tension change by following the control vector input from the central controller 100 (step S109).

그 후, 시스템 정지신호가 입력되면(단계 S111의 "Y") 시스템의 동작을 정지시키고, 시스템 정지신호가 입력되지 않으면(단계 S111의 "N") 처음 단계(S101)로 돌아가서 상기의 과정을 반복 수행한다.
After that, when the system stop signal is input (" Y " in step S111), the operation of the system is stopped, and when the system stop signal is not input (" N " in step S111), the process returns to the first step S101 and the process is repeated. Repeat it.

중앙 제어기(100)의 설계 방법Design method of the central controller 100

도 6은 도 4에 도시된 중앙 제어기(100)의 설계 흐름도이다.6 is a design flow diagram of the central controller 100 shown in FIG.

도 6을 참조하면, 시스템의 수학적인 모델링을 통해 기본 상태공간 모델을 구성한다(단계 S201 내지 S203).Referring to FIG. 6, a basic state space model is configured through mathematical modeling of the system (steps S201 to S203).

그 다음, 상기 구성된 기본 상태공간 모델에 대한 가관측성 및 가제어성 충족여부를 판단하여(단계 S205), 상기 가관측성 및 가제어성이 충족되면(단계 S205의 "Y") 상기 가관측성 및 가제어성이 충족된 기본 상태공간 모델에 대해서 폐루프 시스템을 구성하고(단계 S207), 상기 가관측성 및 가제어성이 충족되지 않으면(단계 S205의 "N") 처음 단계(S201)로 돌아간다.Then, it is determined whether the observability and controllability of the configured basic state space model are satisfied (step S205), and if the observability and controllability are satisfied (“Y” in step S205), the observability and controllability are determined. A closed loop system is constructed for the satisfied basic state space model (step S207), and if the observability and controllability are not satisfied ("N" in step S205), the process returns to the first step S201.

상기 단계 S207에서 폐루프 시스템을 구성한 후 최소화하려는 폐루프 출력(z)(성능지표)을 선정하고(단계 S209) 입/출력 주파수 가중함수를 추가하거나 또는 튜닝하여(단계 S211) 확장 상태공간 모델을 구성한다(단계 S213). After constructing the closed loop system in step S207, the closed loop output (z) (performance indicator) to be minimized is selected (step S209), and the input / output frequency weighting function is added or tuned (step S211) to construct the extended state space model. (Step S213).

그 다음, 제어기가 존재할 조건(가정)이 확인되면(단계 S215의 "Y"), 상기 강인 제어기가 존재할 조건(가정)이 확인된 확장 상태공간 모델에 대하여 제어기 합성(synthesis) 및 루프 모양을 확인하고 폐루프 전달함수를 유도하여 루프 모양 요구 형상이 충족되는지의 여부를 판단한다(단계 S217 내지 S219). 만약, 제어기가 존재할 조건(가정)이 확인되지 않으면(단계 S215의 "N"), 상기 단계 S207로 돌아가서 상기의 과정을 반복 수행한다.Then, when the condition (assuming) that the controller is present is confirmed ("Y" in step S215), the controller synthesis and the loop shape are confirmed with respect to the extended state space model in which the condition (assuming) that the robust controller is present is identified. Then, the closed loop transfer function is derived to determine whether the loop shape request shape is satisfied (steps S217 to S219). If the condition (assuming) that the controller is present is not confirmed (" N " in step S215), the flow returns to step S207 to repeat the above process.

상기 단계 S219에서 루프 모양 요구 형상이 충족되면(단계 S219의 "Y"), 루프 모양 요구 형상이 충족된 함수에 대해 시간영역 응답 성능을 시뮬레이션으로 확인하고(단계 S221), 상기 루프 모양 요구 형상이 충족되지 않으면(단계 S219의 "N") 상기 단계 S211로 돌아가서 상기의 과정을 반복 수행한다.If the loop shape request shape is satisfied in step S219 (" Y " in step S219), the time domain response performance is confirmed by simulation for the function in which the loop shape request shape is satisfied (step S221), and the loop shape request shape is determined. If not satisfied (" N " in step S219), the process returns to step S211 to be repeated.

상기 단계 S221에서 시간영역 응답 성능을 시뮬레이션으로 확인한 후 시간영역에서 요구 성능이 충족되는지를 판단하여(단계 S223), 요구 성능이 충족되면(단계 S223의 "Y") 설계를 종료하고, 요구 성능이 충족되지 않으면(단계 S223의 "N") 상기 단계 S211로 돌아가서 상기의 과정을 반복 수행한다.
In step S221, after confirming the time domain response performance by simulation, it is determined whether the required performance is satisfied in the time domain (step S223), and when the required performance is satisfied ("Y" in step S223), the design is terminated, If not satisfied (" N " in step S223), the process returns to step S211 to be repeated.

중앙 제어기(100)의 튜닝 방법Tuning method of the central controller 100

도 7은 도 4에 도시된 중앙 제어기(100)의 튜닝 흐름도이다.FIG. 7 is a tuning flowchart of the central controller 100 shown in FIG. 4.

도 7을 참조하면, 폐루프 전달함수를 유도하고 입력 w에서 출력 z에 이르는 각각의 전달함수 특이값 선로를 작성한다(단계 S301 내지 S303).Referring to Fig. 7, a closed loop transfer function is derived and each transfer function singular value line from the input w to the output z is created (steps S301 to S303).

그 다음, 시스템에서 요구하는 대역폭 분석 및 입력 w 주파수와 출력 z 주파수 대역을 각각 선정한다(단계 S305).Then, the bandwidth analysis required by the system and the input w frequency and the output z frequency bands are respectively selected (step S305).

그 다음, 각 성능별 요구 루프 모양을 선정한다(단계 S307).Next, the required loop shape for each performance is selected (step S307).

그 다음, 외란 입력 가중함수를 선정한다(단계 S309). 여기서, 상기 외란 입력 가중함수는 1차 로우패스필터 추가, 외란 대역폭에 해당하는 시정수의 선정, 직류 이득 증/감 등을 포함한다.Next, the disturbance input weighting function is selected (step S309). Here, the disturbance input weighting function includes adding a first low pass filter, selecting a time constant corresponding to the disturbance bandwidth, and increasing / decreasing a DC gain.

그 다음, 노이즈 입력 가중함수를 선정한다(단계 S311). 여기서, 상기 노이즈 입력 가중함수는 하이패스필터 추가, 잡음 주파수 대역 선정 등을 포함한다.Next, a noise input weighting function is selected (step S311). Here, the noise input weighting function includes adding a high pass filter, selecting a noise frequency band, and the like.

그 다음, 입력 에너지 가중함수를 선정한다(단계 S313). 여기서, 상기 입력 에너지 가중함수는 제어에너지 감소를 위한 스칼라값을 선정 등을 포함한다.Next, an input energy weighting function is selected (step S313). Here, the input energy weighting function includes selecting a scalar value for reducing the control energy.

그 다음, 출력 가중함수를 선정한다(단계 S315). 여기서, 상기 출력 가중함수는 1차 로우패스필터 추가, 출력 대역폭 선정, 출력을 감소시키기 위한 직류 이득 증/감 등을 포함한다.Next, an output weighting function is selected (step S315). Here, the output weighting function includes adding a first low pass filter, selecting an output bandwidth, and increasing or decreasing a DC gain to reduce the output.

그 다음, 전체 폐루프 전달함수 특이값 선로를 작성(단계 S317)한 후, 요구 주파수 대역응답이 0dB 미만(출력이 입력보다 작은 경우)인지를 판단한다(단계 S319). 이때, 상기 요구 주파수 대역응답이 0dB 미만이면(단계 S319의 "Y") 튜닝을 종료하고, 상기 요구 주파수 대역응답이 0dB 미만이 아니면(단계 S319의 "N") 상기 단계 S309로 돌아가서 상기의 과정을 반복 수행한다. Next, after creating the entire closed loop transfer function singular value line (step S317), it is determined whether the required frequency band response is less than 0 dB (when the output is smaller than the input) (step S319). At this time, if the requested frequency band response is less than 0 dB (" Y " in step S319), then tuning is terminated, and if the required frequency band response is not less than 0 dB (" N " in step S319), the process returns to step S309 and the above process is performed. Repeat this.

이와 같은 설계 및 튜닝 로직은 다중 입출력 시스템에 대한 상태공간 모델을 유도하여 그 모델로부터 제어기 설계를 위한 성능지표를 설계함과 동시에 확장된 상태공간 모델을 유도하여 제어기 생성에 활용할 수 있게 된다. 이 과정에서 생성되는 확장 상태공간 모델은 튜닝을 위한 주파수 가중함수를 포함하며, 주파수 영역에서의 루프 쉐이핑(loop shaping)을 통해 제어기의 대역폭을 결정한다. 튜닝 된 제어기는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 파라미터 변화, 외란 주파수 변화에 대한 시간 영역에서의 응답성능을 확인할 수 있으며, 성능을 충족시키지 못하는 경우 주파수 가중함수를 조절하여 제어기의 응답성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 설계 조건이 충족된 제어기는 실제 연속공정 시스템에 이식하여 파라미터 변화에 대해 강인한 폐루프 시스템을 구축할 수 있게 된다.Such design and tuning logic can derive a state-space model for multiple I / O systems, design performance indicators for the controller design from the model, and at the same time derive an extended state-space model and utilize it to generate the controller. The extended state space model generated in this process includes a frequency weighting function for tuning and determines the bandwidth of the controller through loop shaping in the frequency domain. The tuned controller can check the response performance in the time domain for parameter change and disturbance frequency change through computer simulation, and improve the controller's response performance by adjusting the frequency weighting function. In addition, controllers that meet the design conditions can be implanted into actual continuous process systems to build a closed-loop system that is robust against parameter changes.

기존의 롤투롤 인쇄 시스템에서 인쇄전자소자(printed electronics)를 생산하는 경우, 코팅공정, 인쇄공정, 건조공정, 합지(laminating)공정 등 다수의 공정이 통합된 생산라인을 거쳐 웹(web)이 이송되는 과정에서 소재의 물리적 특성이 바뀜에 따라 시스템 파라미터 변화가 발생하였다. 이러한 파라미터의 변화에 대해서 본 발명에서는 도 6 및 도 7과 같이 강인한 특성으로 설계 및 튜닝 되어 일정 제어 성능을 보이는 중앙 제어기를 통해 파라미터 변화를 제어할 수 있다.In the case of producing printed electronics in the existing roll-to-roll printing system, the web is transferred through a production line in which many processes such as coating process, printing process, drying process and laminating process are integrated. As the physical properties of the material changed, system parameter changes occurred. In the present invention, the parameter change can be controlled through a central controller that is designed and tuned with robust characteristics as shown in FIGS. 6 and 7 to show constant control performance.

상기 생산 라인에서 발생하는 파라미터의 변화는 열풍, 또는 UV 건조구간에서의 온도변화(건조기 내부 온도 증가), 온도변화로 인한 소재 탄성계수 변화(온도 증가시 탄성계수 감소, 소성 증가), 코팅 또는 합지 공정 시 소재 단면적 증가(두께 증가) 등이 될 수 있다. 이렇게 특성이 바뀐 소재는 동일한 게인(gain)을 가진 기존의 장력 제어기로는 일정한 장력제어가 어려우므로 시스템의 특성 변화에도 강인한 특성을 보이는 본 발명에 의한 중앙 제어기에 의한 제어가 필요하게 된다.Changes in the parameters occurring in the production line may be caused by changes in temperature in the hot air or UV drying zones (increasing the internal temperature of the dryer), changes in the elastic modulus of the material due to temperature changes (reduced modulus when the temperature increases, increased plasticity), coating or lamination. This can be an increase in the cross-sectional area of the material (increase in thickness). The material whose characteristics are changed is controlled by the central controller according to the present invention, which exhibits robust characteristics even in the characteristic change of the system because it is difficult to control the constant tension with the existing tension controller having the same gain.

따라서 본 발명에 의해 설계 및 튜닝 된 중앙 제어기는 롤투롤 시스템의 파라미터(탄성계수, 두께)가 변하는 조건에서도 일정한 장력제어 성능을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 제어 대상은 연속 공정 중 공정 특성상 탄성계수 또는 소재의 두께 변화가 일어나는 3개 이상의 스팬을 갖는 멀티 스팬 롤투롤 시스템이며, 제어목표는 탄성계수, 두께변화에도 일정 제어성능을 보장할 수 있는 제어기이다.Therefore, the central controller designed and tuned by the present invention can maintain a constant tension control performance even under the condition that the parameters (elastic coefficient, thickness) of the roll-to-roll system change. That is, the control target of the present invention is a multi-span roll-to-roll system having three or more spans in which the elastic modulus or the thickness change of the material occurs due to the process characteristics during the continuous process, and the control goal is to guarantee a constant control performance even in the elastic modulus and thickness change. It can be a controller.

또한, 본 발명은 다변수 중앙 제어기법(multivaribale centralized control)을 사용하며, 이는 단수의 입/출력을 가지는 제어기를 분산시켜 제어하는 분산제어기법에 비해 시스템의 모든 측정 정보를 중앙 제어기에서 연산하여 제어벡터를 출력할 수 있게 하므로 시스템의 모든 구동 롤에 동시에 최적 제어입력을 생성할 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명은 가중함수를 이용하여 제어기의 대역폭을 튜닝할 수 있게 되므로, 설계된 대역폭 이내의 외란에 대해 강건성을 보장할 수 있다.In addition, the present invention uses a multivaribale centralized control method, which calculates and controls all the measurement information of the system in the central controller as compared to the distributed control method in which a controller having a single input / output is distributed and controlled. The ability to output the vector allows the optimum control input to be generated simultaneously on all drive rolls of the system. Moreover, the present invention can tune the bandwidth of the controller using weighting functions, thereby ensuring robustness against disturbances within the designed bandwidth.

끝으로, 본 발명은 제어기 설계 로직이 제어기의 설계변수 설정, 튜닝과정을 포함하는 전반적 제어기 설계 순서도를 제공할 수 있다.Finally, the present invention may provide an overall controller design flow chart in which the controller design logic includes the process of setting and tuning design variables of the controller.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 인쇄 전자소자를 위한 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템 및 그의 동작 제어 방법은 인쇄 전자소자 생산시 공정조건 변화에 따라 일어나는 시스템의 파라미터 변화를 극복하여 시스템의 안전성을 보장할 수 있으며, 폐루프 시스템으로 입력되는 외란에도 제어 성능 기준을 충족시킬 수 있음으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
The continuous process roll-to-roll printing system for the printed electronic device and the operation control method thereof according to the present invention configured as described above can guarantee the safety of the system by overcoming the parameter change of the system caused by the process condition change in the production of the printed electronic device. In addition, it is possible to solve the technical problem of the present invention by satisfying the control performance criteria even in the disturbance input to the closed loop system.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed to solve the technical problem, and those skilled in the art to which the present invention pertains (man skilled in the art) various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. It will be possible to, and such modifications, changes, etc. will be considered to be within the scope of the following claims.

11 : 풀림 롤(unwinder) 12 : 감김 롤(rewinder)
13 : 웹(web) 14 : 구동 롤(driven roll)
100 : 중앙 제어기 110 : 모터 구동부11 unwinder 12 winder rewinder
13: web 14: driven roll
100: central controller 110: motor drive unit

Claims (7)

연속공정 롤투롤 인쇄 시스템에 있어서,
풀림 롤(11)에서 감김 롤(12)로 이송되면서 인쇄되는 웹(web: 13)과;
상기 웹(13)이 상기 풀림 롤(11)에서 상기 감김 롤(12)로 이송되도록 구동 및 회전 지지하는 구동 롤(driven roll: 14) 및 비 구동 롤(idle roll)과;
상기 풀림 롤(11)과 감김 롤(12) 사이의 전 스팬(span)에 설치된 다수의 로드 셀로부터 전 스팬에 대한 파라미터 변화에 의한 장력 변화를 수집하여 상기 파라미터의 변화 정보에 따라 모터 구동부(M/D)의 동작을 제어하는 중앙 제어기(100); 및
상기 중앙 제어기(100)의 제어 신호와 모터에서 감지되는 각 속도 및 속도 기준치에 의해 상기 모터의 토크 입력을 설정하여 상기 모터를 구동시키는 모터 구동부(110);를 포함하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.
In a continuous process roll-to-roll printing system,
A web 13 printed while being transferred from the unwinding roll 11 to the winding roll 12;
A driven roll 14 and an idle roll for driving and rotationally supporting the web 13 to be transferred from the unwinding roll 11 to the winding roll 12;
The motor drive unit M is collected according to the change information of the parameters by collecting the tension change due to the parameter change for all spans from a plurality of load cells installed in all spans between the unwinding roll 11 and the winding roll 12. / D) a central controller 100 for controlling the operation of; And
And a motor driving unit (110) for driving the motor by setting a torque input of the motor based on a control signal of the central controller (100) and each speed and speed reference value detected by the motor.
제 1 항에 있어서, 상기 파라미터의 변화 정보는:
열풍 또는 UV 건조를 포함한 열원에 의한 온도변화, 온도변화로 인한 소재의 탄성계수 변화, 코팅 또는 합지 공정 시 소재의 단면적(두께) 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.
The method of claim 1, wherein the change information of the parameter is:
A continuous process roll-to-roll printing system comprising a change in temperature caused by a heat source including hot air or UV drying, a change in elastic modulus of the material due to temperature change, and a change in the cross-sectional area (thickness) of the material during the coating or lamination process.
제 1 항에 있어서,
상기 중앙 제어기(100)는 각 스팬에 대해 파라미터의 변화에 의한 장력 변화가 검출되면 검출된 파라미터 정보를 연산하여 최적의 제어 입력벡터를 출력하고,
상기 모터 구동부(110)는 상기 중앙 제어기(100)에서 연산 된 제어 입력벡터에 따라 장력 변화를 보상하여 상기 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.
The method of claim 1,
The central controller 100 calculates the detected parameter information and outputs the optimum control input vector when the tension change due to the parameter change is detected for each span.
The motor driving unit 110 is a continuous process roll-to-roll printing system, characterized in that for controlling the driving of the motor by compensating for the tension change in accordance with the control input vector calculated by the central controller (100).
제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어기(100)의 설계 방법은:
(1) 시스템의 수학적인 모델링을 통해 기본 상태공간 모델(P)을 구성하고,
(2) 상기 구성된 기본 상태공간 모델에 대한 가관측성 및 가제어성 충족 여부를 판단하고,
(3) 상기 가관측성 및 가제어성이 충족된 기본 상태공간 모델에서 최소화하려는 출력(z)(성능지표)을 선정하고,
(4) 입/출력 주파수 가중함수를 추가 및 튜닝하여 확장 상태공간 모델(G) 구성 및 개루프 전달함수를 유도하여 강인 제어기가 존재할 조건(가정)을 확인하고,
(5) 상기 강인 제어기가 존재할 조건(가정)이 확인된 확장 상태공간 모델에 대하여 제어기 합성 및 주파수 영역에서의 루프 모양을 확인한 후 폐루프 전달함수를 유도하여 루프 모양 요구 형상이 충족되는지의 여부를 판단하고,
(6) 상기 판단 결과 루프 모양 요구 형상이 충족된 함수에 대해 시간영역 응답 성능을 시뮬레이션으로 확인하고 시간영역에서 요구 성능이 충족되는지를 검출하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.
The method of claim 1, wherein the design method of the central controller 100 is:
(1) construct a basic state-space model (P) through mathematical modeling of the system,
(2) determine whether the observation and controllability of the basic state space model is satisfied;
(3) select the output z (performance indicator) to be minimized in the basic state space model where the observability and controllability are satisfied;
(4) add and tune input / output frequency weighting function to construct extended state-space model (G) and derive open-loop transfer function to check the condition (assuming) that robust controller exists.
(5) After confirming the controller shape and loop shape in the frequency domain with respect to the extended state space model in which the condition (the assumption) for which the robust controller is present, confirms whether the loop shape requirement shape is satisfied by deriving a closed loop transfer function. Judge,
(6) a continuous process roll-to-roll printing system comprising the step of verifying the time domain response performance by simulation and detecting whether the required performance is satisfied in the time domain with respect to the function in which the loop shape request shape is satisfied as a result of the determination. .
제 1 항에 있어서, 상기 중앙 제어기(100)의 튜닝 방법은:
(1) 폐루프 전달함수를 유도하고 입력 w에서 출력 z에 이르는 각각의 전달함수 특이 값 선도를 작성하고,
(2) 시스템에서 요구하는 대역폭 분석 및 입력 w 주파수와 출력 z 주파수 대역을 각각 선정하고,
(3) 각 성능별 요구 루프 모양을 선정하고,
(4) 외란 입력 가중함수, 잡음 입력 가중함수, 입력 에너지 가중함수, 출력 가중함수를 각각 선정하고,
(5) 전체 폐루프 전달함수 특이 값 선도를 작성하고,
(6) 요구 주파수 대역응답이 0dB 미만인 경우(출력이 입력보다 작은 경우)를 찾는 과정을 포함한 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템.
The method of claim 1, wherein the tuning method of the central controller 100 is:
(1) derive the closed-loop transfer function and draw each transfer function singular value plot from input w to output z,
(2) Bandwidth analysis and input w frequency and output z frequency bands required by the system, respectively,
(3) Select the required loop shape for each performance,
(4) Select the disturbance input weighting function, the noise input weighting function, the input energy weighting function, and the output weighting function, respectively.
(5) draw the full closed-loop transfer function singular value diagram,
(6) A continuous process roll-to-roll printing system comprising the step of finding a case where the required frequency band response is less than 0 dB (output is smaller than the input).
연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법에 있어서,
(a) 웹(web)이 이송되는 풀림 롤과 감김 롤 사이의 전 스팬(span)에 대한 파라미터의 변화에 의한 장력 변화를 중앙 제어기에서 검출하는 단계와;
(b) 상기 장력의 변화가 검출되면 상기 중앙 제어기에서 검출된 장력 변화를 연산하여 최적 제어 입력벡터를 모터 구동부로 출력하는 단계; 및
(c) 상기 모터 구동부에서 상기 중앙 제어기로부터의 제어 입력벡터와 속도 기준 값 및 모터에서 감지된 각 속도에 의해 파라미터의 변화를 보상하여 상기 모터의 구동 속도를 제어하는 단계;
를 포함하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법.
In the operation control method of the continuous process roll-to-roll printing system,
(a) detecting a tension change at the central controller due to a change in a parameter for the entire span between the unwinding roll and the winding roll to which the web is conveyed;
(b) calculating a change in tension detected by the central controller when the change in tension is detected and outputting an optimum control input vector to the motor driver; And
(c) controlling the driving speed of the motor by compensating for the change of the parameter by the control input vector and the speed reference value from the central controller and each speed detected by the motor in the motor driver;
Operation control method of a continuous process roll-to-roll printing system comprising a.
제 6 항에 있어서, 상기 파라미터의 변화 정보는:
열풍 또는 UV 건조에 의한 온도변화, 온도변화로 인한 소재의 탄성계수 변화, 코팅 또는 합지 공정 시 소재의 단면적(두께) 변화에 의한 장력 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속공정 롤투롤 인쇄 시스템의 동작 제어 방법.The method of claim 6, wherein the change information of the parameter is:
Operation of a continuous process roll-to-roll printing system comprising temperature changes due to hot air or UV drying, changes in elastic modulus of the material due to temperature changes, and tension changes due to changes in the cross-sectional area (thickness) of the material during coating or lamination processes Control method.
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