KR20110127625A - 다중 인쇄 오차 보상 방법 - Google Patents

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김충환
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김인영
조정대
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Abstract

본 발명은 다중 인쇄시 발생하는 오차를 보상하기 위한 방법으로서 다중 인쇄의 레지스터 마크의 웹 진행방향 오차를 일차 함수로 정의한 후 그 기울기에 대응되도록 롤러의 속도를 보상하여 정밀한 다중 인쇄가 가능한 다중 인쇄 오차 보상 방법에 관한 것이다.

Description

다중 인쇄 오차 보상 방법 {Error compensating method for multi printing}
본 발명은 다중 인쇄시 발생하는 오차를 보상하기 위한 방법으로서 다중 인쇄의 레지스터 마크의 웹 진행방향 오차를 일차 함수로 정의한 후 그 기울기에 대응되도록 롤러의 속도를 보상하여 정밀한 다중 인쇄가 가능한 다중 인쇄 오차 보상 방법에 관한 것이다.
최근 인쇄 방식으로 전자 소자 등을 생산하는 인쇄 전자(Printed Electronics) 분야가 큰 각광을 받고 있으며 여기에는 RFID 안테나, 폴리머 트랜지스터, 유연성 디스플레이, 솔라 셀 등의 대량 저가 생산을 포함한다. 기존의 인쇄기의 개념으로 인쇄 전자 소자를 생산하되 정밀도를 수~수십 마이크로로 높여야 전자 소자의 역할을 수행할 수 있는 제품을 생산할 수 있다. 이러한 인쇄기에 있어서 가장 중요한 기술은 정밀한 정렬 제어로, 절연성, 반도체성, 전도성 등의 기능성 잉크를 중첩 인쇄하여 트랜지스터 등의 전자소자를 제작하기 위해서는 각 잉크층의 정렬 맞춤 정밀도가 수~수십 마이크로 수준으로 확보되어야 한다.
기존의 인쇄기에서는 인간의 시각에 의존하여 오차를 판단하거나 비전 측정 시스템을 이용하여 정렬 마크의 거리차이로 오차를 판단하고, 오차의 보정은 제판 롤러의 위치 이동이나 위상 변화를 수동으로 줌으로써 이루어진다.
그러나 이러한 방식은 지속적으로 수~수십 마이크로 이내의 정렬 오차가 보장되어야 하는 정밀 인쇄기에는 적합하지 않다. 자동으로 제어를 수행하는 인쇄기에서도 획득된 레지스터 오차의 정보로부터 제판 롤러나 추가적인 보상롤의 제어를 통해 위치 맞춤을 이루지만, 오차가 점점 커지는 경우에는 매번 레지스터 제어가 수행되더라도 그 오차의 변동이 심해진다.
특히, 전자소자 인쇄의 경우 고온의 건조기를 사용하게 되어 피인쇄체의 팽창 등으로 피인쇄체의 길이 변화가 생겨 레지스터 오차가 점점 커지는 형태로 발생하는 경우가 많다.
이러한 경우를 해결하기 위하여 각 인쇄 유닛의 롤러 외경을 다르게 하여 롤러 한 회전당 길이 변화를 보상하는 경우도 있으나 이 경우 정확도가 떨어지고 공정 조건에 따라 길이 변화가 달라지기 때문에 매번 보상하기 힘든 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 다중 인쇄시의 오차를 레지스터 마크의 오차를 이용하여 산출하되 그 오차를 일차함수로 정의한 후 그 기울기만큼 롤러의 속도를 보상하여 공정 조건이 변화하는 경우라도 정확한 보상을 하여 정밀한 다중 인쇄가 가능하도록 하는 다중 인쇄 오차 보상 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 레지스터 마크의 웹 진행 방향 오차를 산출하여 인쇄의 오차를 보상하는 방법(S100)으로서, 선행 유닛에서 인쇄된 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 유닛에서 인쇄된 후행 레지스터 마크(L2)의 웹 진행 방향 오차를 일정 시간 동안 산출하는 제1단계(S110)와, 상기 오차의 동향을 일차 함수로 정의하는 제2단계(S120)와, 상기 일차 함수의 기울기에 대응되도록 제판 롤러(23)의 속도를 보상하는 제3단계(S130)를 포함하는 다중 인쇄 오차 보상 방법에 일 특징이 있다.
이때, 상기 제2단계(S120)는 최소 자승법을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 제1단계(S110)는 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 각각 구하는 제11단계(S111)와, 상기 선행 레지스터 마크(L1)의 도심(C1)과, 상기 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C2)사이의 웹 진행 방향 오차를 구하는 제12단계(S112)를 포함하되, 상기 제11단계(S111)는 위치 오차 감지 수단에 의해 상기 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 이미지를 각각 획득하는 제111단계(S111)와, 상기 획득된 상기 이미지의 각 픽셀에 대한 좌표를 구하는 제112단계(S112)와, 상기 픽셀의 좌표를 이용하여 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 구하는 제113단계(S113)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2단계(S120)는 [수학식1]에 의해 일차 함수로 정의하는 21단계(S121)와,
[수학식5]에 의해 상기 일차 함수의 미지수 a,b를 구하는 제22단계(S122)를 포함할 수 있다.
[수학식1]
Figure pat00001
단 R : 오차, yi : i번째 웹 진행방향 오차, xi : i번째 측정 시점
N : 총 측정 횟수
[수학식5]
Figure pat00002

Figure pat00003
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 공정 조건에 따라 길이 변화가 달라지는 경우라도 정확한 보상이 가능하여 정밀한 다중 인쇄를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하는 장치를 도시하는 개념도이다.
도 2 및 도 3은 레지스터 마크의 이미지를 이용하여 도심을 구하는 것을 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 최소 자승법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 레지스터 마크의 웹 진행 방향 오차를 산출하여 인쇄의 오차를 보상하는 방법(S100)이다.
우선, 선행 유닛(도시되지 않음)에서 인쇄된 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 유닛(도시되지 않음)에서 인쇄된 후행 레지스터 마크(L2)의 웹 진행 방향 오차(R2)를 일정 시간 동안 산출하는 제1단계(S110)를 수행한다.
이때, 상기 일정 시간이라고 하는 것은 후술되는 바와 같이 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2) 한 쌍을 구비하는 다수개의 레지스터 마크(M)가 인쇄되고, 상기 인쇄되는 시간 동안의 레지스터 마크의 오차를 산출하는 시간을 말한다.
한편, 상기 선행 유닛과 후행 유닛을 따로이 도시하지 않았으나, 다중 인쇄를 위해 다수개의 인쇄 유닛이 필요하며 상기 인쇄 유닛 중 먼저 인쇄를 담당하는 유닛을 선행 유닛이라하고 상기 선행 유닛보다 후에 인쇄를 담당하는 유닛을 후행 유닛이라 한다.
상술한 선행 유닛 및 후행 유닛을 포함하는 다중 인쇄 유닛은 널리 알려진 내용이므로 자세한 도시와 설명은 생략한다.
한편 상술한 바와 같이, 선행 유닛과 후행 유닛를 걸쳐 다중 인쇄를 행하게 되는데, 이때 웹(1)의 오차를 측정하기 위해 각 유닛에서 레지스터 마크를 인쇄한다.
다시 말해서 도 1에 나타난 바와 같이 선행 유닛에서는 십자 형상의 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 유닛에서 인쇄된 원형 형상의 후행 레지스터 마크(L2)를 각각 인쇄한다.
이때, 상기 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2)의 중심점이 일치하면 웹 진행 방향 오차(R2)는 없는 것으로 판단할 수 있다.
그런데 인쇄 과정 중 웹(1)의 장력 변화에 따른 변형, 각 인쇄 유닛의 변형등에 의해 오차가 발생하게 된다.
이러한 오차를 상기 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2)사이의 오차에 의해 산출할 수 있으며 상술한 바와 같이 진행 방향 오차(R2)는 제판 롤러(23)의 속도를 조절하여 최소화할 수 있다.
한편, 상기 웹 진행 방향 오차(R2)는 오차 감지 수단(10)에 의해 감지할 수 있다.
이때, 상기 선행 레지스터 마크(L1)의 중심점과 후행 레지스터 마크(L2)의 중심점을 비교하며 각 중심점의 차이가 각 인쇄 유닛의 오차가 된다.
이러한 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2)를 포함하는 레지스터 마크(M) 다수개를 인쇄한 후 상기 각 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2)의 오차를 산출하면 상기 오차의 변동 추이를 알 수 있으며, 상기 변동 추이에 대응하도록 속도 보상을 가능해지며, 이에 대해서는 후술한다.
한편, 상술한 바와 같은 오차 감지 수단(10)은 널리 알려진 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 다시 말해서, 상기 오차는 웹(1)의 폭 방향 오차(R1)와 진행 방향 오차(R2)가 있다.
상기 폭 방향 오차(R1)은 제판 롤러(23)의 폭 방향 이동에 의해 제거될 수 있으나 상기 진행 방향 오차(R2)는 제판 롤러(23) 또는 블랑켓 롤러(22)의 속도 보상에 의해야 한다.
상기 속도 보상을 위해 상술한 바와 같은 진행 방향 오차(R2)를 산출한다.
이를 위해 상기 제1단계(S110)는 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 각각 구하는 제11단계(S111)와, 상기 선행 레지스터 마크(L1)의 도심(C1)과, 상기 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C2)사이의 웹 진행 방향 오차(R2)를 구하는 제12단계(S112)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제11단계(S111)는 위치 오차 감지 수단(10)에 의해 상기 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 이미지를 각각 획득하는 제111단계(S111)와, 상기 획득된 상기 이미지의 각 픽셀에 대한 좌표를 구하는 제112단계(S112)와, 상기 픽셀의 좌표를 이용하여 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 구하는 제113단계(S113)를 포함할 수 있다.
상기 제111단계(S111)는 상술한 바와 같이 오차 감지 수단(10)을 이용할 수 있다.
이때, 상기 제112단계(S112)는 상기 획득된 이미지의 각 픽셀에 대한 좌표를 구하게 된다.
즉 도 2에 도시된 바와 같이 선행 레지스터 마크(L1)의 이미지에 대한 각 픽셀의 좌표를 특정 지점, 예를 들어 이미지의 좌상귀(O)를 기준으로 하는 좌표를 산출할 수 있다.
물론 도 3에 도시된 바와 같이 후행 레지스터 마크(L2)에 대한 각 픽셀의 좌표도 동일한 방법에 의해 산출할 수 있다.
상기 제112단계(S112)수행 후, 상기 픽셀의 좌표를 이용하여 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 구하는 제113단계(S113)를 수행한다.
상기 도심(C1,C2)을 구하는 방법은 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 방법에 의해 도심(C1,C2)을 구한 후, 상기 선행 레지스터 마크(L1)의 도심(C1)과, 상기 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C2)사이의 웹 진행 방향 오차(R2)를 구하는 제12단계(S112)를 수행하는 것이다.
이때, 상기 웹 진행 방향 오차(R2)는 상기 도심C1과 C2의 웹 진행 방향 좌표값의 차이가 될 것이다.
한편, 상기 오차를 일정 시간 동안 산출하는 제1단계(S110)에서 상기 일정 시간은 롤러의 1회전에 소요되는 시간보다 크도록 하여 정확한 오차를 산출하도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 제1단계(S110) 수행 후, 상기 오차의 동향을 일차 함수로 정의하는 제2단계(S120)를 수행한다.
상기 제2단계(S120)는 최소 자승법을 이용할 수 있다.
이는, 상기 진행 방향 오차(R2)의 절대값은 점점 선형적으로 증가하는 형태, 즉, 일차 함수 형태로 나타나는 관계로 상기 오차의 동향을 일차 함수로 정의할 수 있다.
이에 대해 도 1과 도 4를 참조하여 다시 설명한다.
도 1에서는 제1레지스터 마크(M1)과 제2레지스터 마크(M2)에 선행 레지스터 마크(L1)와, 후행 레지스터 마크(L2)가 모두 인쇄되어 있고 제3레지스터 마크(M3)에는 선행 레지스터 마크(L1) 만이 인쇄되어 있다.
이는 선행 인쇄 유닛과 후행 인쇄 유닛을 2번 통과하여 제1레지스터 마크(M1)과 제2레지스터 마크(M2)가 각각 인쇄된 후(즉, 선행 레지스터 마크(L1)과 후행 레지스터 마크(L2)가 각각 인쇄되어 있다) 선행 인쇄 유닛을 한 번 더 통과하여 제3레지스터 마크(M3)가 인쇄되되 선행 인쇄 유닛(L1)만 인쇄된 상황이며 후행 인쇄 유닛에서 인쇄 대기중인 상황이다.
이렇게 다수번 상기 선행 인쇄 유닛과 후행 인쇄 유닛을 통과하면서 각각 인쇄되는 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 레지스터 마크(L2)사이의 간격(즉, 오차)은 인쇄가 진행됨에 따라 그 오차가 증가하게 된다.
본 발명의 제2단계(S120)에서는 상기 오차의 증가 패턴 즉, 동향을 일차 함수에 따르는 것으로 정의하되 이는 최소 자승법에 의해 구하게 된다.
이를 위해 상기 제2단계(S120)는 아래의 [수학식1]에 의해 일차 함수로 정의하는 제21단계(S121)와, 아래의 [수학식2]에 의해 상기 일차 함수의 미지수 a,b를 구하는 제22단계(S122)를 포함한다.
[수학식1]
Figure pat00004
단 R : 오차, yi : i번째 웹 진행방향 오차, xi : i번째 측정 시점
N : 총 측정 횟수
최소 자승법이라고 하는 것은 도 4에 나타난 바와 같이 측정 시점(i), 즉 도 3에 나타난 바와 같이 각 레지스터 마크(M)가 인쇄되어 상기 레지스터 마크(M)의 이미지를 획득하는 시점(가로축)마다 산출되는 웹 진행 방향 오차(R2)(세로축)와 상기 일차 함수사이의 편차(차이값)을 최소화하는 방법이다.
이때, 상기 가로축에서 나타내는 측정 횟수의 총 횟수는 N회이다.
이러한 편차의 제곱합을 오차라고 하는 것이며 아래의 [수학식2]로 표현할 수 있다.
[수학식2]
Figure pat00005

이때 오차의 증가 패턴을 일차함수로 정의하므로 표현할 수 있고 이를 상기 [수학식2]에 대입하면 [수학식1]이 도출된다.
이때, 상기 오차의 제곱을 최소화하기 위해 상기 [수학식1]에서 a,b에 대한 편미분값이 [수학식3] 및 [수학식4]에 나타난 바와 같이 0이 되면 된다.
[수학식3]
Figure pat00006

[수학식4]
Figure pat00007
상기 [수학식3] 및 [수학식4]를 만족하는 a,b를 구하면 아래의 [수학식5]가 된다.
[수학식5]
Figure pat00008

Figure pat00009

상술한 [수학식5]에 의해 미지수 a,b를 구하면 상기 일차함수를 완전히 정의할 수 있다.
상기 완전히 정의된 일차함수의 기울기에 대응되도록 제판 롤러(23)의 속도를 보상하는 제3단계(S130)를 수행하면 상기 오차를 보상할 수 있다.
다시 말해서 각 측정 횟수(i)마다 상기 일차함수에 의해 오차를 예측할 수 있으므로 상기 제판 롤러(23)의 속도를 조절하면 상술한 오차를 보상할 수 있다.
이를 다르게 표현하면 오차는 상기 일차함수에서 정의된 기울기에 따라 증가하므로 상기 제판 롤러(23)의 속도 역시 상기 기울기에 따라 증가시키면 상기 오차를 충분히 보상할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 오차를 최소화하여 정밀한 다중 인쇄를 수행할 수 있다.
10 : 위치 오차 감지 수단 L1 : 선행 레지스터 마크
L2 : 후행 레지스터 마크 R2 : 진행 방향 오차

Claims (4)

  1. 레지스터 마크의 웹 진행 방향 오차를 산출하여 인쇄의 오차를 보상하는 방법(S100)으로서,
    선행 유닛에서 인쇄된 선행 레지스터 마크(L1)와 후행 유닛에서 인쇄된 후행 레지스터 마크(L2)의 웹 진행 방향 오차를 일정 시간 동안 산출하는 제1단계(S110)와,
    상기 오차의 동향을 일차 함수로 정의하는 제2단계(S120)와,
    상기 일차 함수의 기울기에 대응되도록 제판 롤러(23)의 속도를 보상하는 제3단계(S130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 인쇄 오차 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계(S120)는 최소 자승법을 이용하는 것을 특징으로 하는 다중 인쇄 오차 보상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계(S110)는 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 각각 구하는 제11단계(S111)와, 상기 선행 레지스터 마크(L1)의 도심(C1)과, 상기 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C2)사이의 웹 진행 방향 오차를 구하는 제12단계(S112)를 포함하되,
    상기 제11단계(S111)는 위치 오차 감지 수단에 의해 상기 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 이미지를 각각 획득하는 제111단계(S111)와, 상기 획득된 상기 이미지의 각 픽셀에 대한 좌표를 구하는 제112단계(S112)와, 상기 픽셀의 좌표를 이용하여 선행 레지스터 마크(L1) 및 후행 레지스터 마크(L2)의 도심(C1,C2)을 구하는 제113단계(S113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 인쇄 오차 보상 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2단계(S120)는 [수학식1]에 의해 일차 함수로 정의하는 제21단계(S121)와,
    [수학식5]에 의해 상기 일차 함수의 미지수 a,b를 구하는 제22단계(S122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 인쇄 오차 보상 방법.
    [수학식1]
    Figure pat00010

    단 R : 오차, yi : i번째 웹 진행방향 오차, xi : i번째 측정 시점
    N : 총 측정 횟수

    [수학식5]
    Figure pat00011


    Figure pat00012

KR1020110047516A 2010-05-19 2011-05-19 다중 인쇄 오차 보상 방법 KR20110127625A (ko)

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