KR20120119968A - 필름의 패턴의 사행 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름 패턴의 사행 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 필름 이송 설비와 패턴 형성 설비를 포함하는 패턴화된 필름의 제조 장치에 사용되는 패턴의 사행 제어 장치로서, 필름 이송 설비를 기준으로 설정된 일정한 기준 위치에서 필름 상에 마킹을 형성시키는 마킹부; 마킹부의 후방에 위치하여 필름이 이송됨에 따라 인식 영역으로 진입하는 마킹의 위치를 인식하는 인식부; 마킹부의 기준 위치와 인식부에 의해 인식된 마킹의 위치 사이의 거리 차이로 사행을 계산하는 연산부; 연산부에 의해 계산된 사행에 대응하여 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 보정하는 신호를 발생시키는 제어부; 및 제어부에 의해 발생된 보정 신호를 수신하여 패턴 형성 전에 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시키는 보정부를 포함함으로써 필름의 사행(사행 거리 및 각도)이 발생되어도 정확한 품질이 우수한 패턴화된 필름의 제조가 가능할 뿐만 아니라 패턴 형성 전에 사행 요인을 정확히 제어할 수 있는 필름 패턴의 사행 제어 장치에 관한 것이다.

Description

필름의 패턴의 사행 제어 장치 {CONTROLLING DEVICE FOR PREVENTING SNAKING OF PATTERNS OF PATTERNED FLIMS}

본 발명은 필름의 사행(蛇行, snaking)이 발생되는 경우에도 필름 상의 정확한 위치에 패턴 형성이 가능한 필름 패턴의 사행 제어 장치에 관한 것이다.

입체 영상에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서 정밀한 패턴을 가진 3D 광학 필름에 대한 수요도 증가하고 있다. 패턴화된 필름은 예컨대 일본 특허공개 제2003-337226호에 기재된 것처럼 낱장의 기재 위에 패턴을 형성시키는 방법에 의해 제조될 수도 있으나, 생산 효율 등의 측면을 고려하여 많은 경우에 원반 형태로 권취된 기재 필름을 일정 속도로 권출시키면서 그 위에 패턴을 형성시키는 방법을 사용한다.

권취된 필름을 권출시키면서 패턴화된 필름을 제조할 때 필름의 사행은 여러 가지 이유로 발생될 수 있다. 필름의 중심축 이동 등의 사행은 애초에 필름이 제대로 권취되지 않아서 발생될 수도 있으나 필름이 제대로 권취된 경우라도 권출되면서 필름의 좌우 균형이 맞지 않거나 외력에 의해 필름의 중심축이 좌우로 흐트러지게 되면서 발생될 수 있다.

어떤 이유에 의한 것이든 필름의 중심축 이동 및 사행은 도 1과 같이 정확한 폭 및 규칙성을 갖는 패턴 형성에 방해가 되고 제품의 심각한 불량을 야기한다. 도 1(a)는 패턴 형성 중 필름의 사행이 발생되더라도 패턴 형성 설비가 일관된 위치에 패턴(붉은색으로 표시)을 형성한 것을 도시한 것이고, 도 1(b)는 도 1(a)와 같이 형성된 필름 상의 패턴이 필름의 사행을 유발한 외력이 제거되어 필름이 곧게 펴졌을 때 나타내는 모양을 도시한 것이다.

또한, 특히 3D LCD용 패턴화된 필름의 경우에는 게이트 BM의 폭보다 패턴 경계의 오차가 큰 경우에는 좌안 및 우안 패턴이 LCD 패널에 정렬될 때 서로 상반되게 접합되는 문제가 발생되어 3D 영상 구현에 큰 문제가 된다.

위와 같은 필름 패턴의 사행을 방지하기 위해, 종래에는 엣지 포지션 컨트롤러(Edge Position Controller) 등의 사행 제어 장치 및 이를 이용한 사행 제어 방법을 사용하였다. 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)는 필름의 주름, 말림, 왜곡 등의 교정이나 패턴의 올바른 위치 선정 등에는 대체로 효과가 있었으나, 정밀도의 측면에서 미리미터(mm) 수준의 제어가 그 정밀도의 한계이어서 마이크로미터(㎛) 수준의 정밀한 제어가 필요한 패턴화된 필름의 제조에는 부적합하였다.

또한, 한편으로는 필름 상에 형성된 패턴 간의 간격을 상호 비교함으로써 사행 발생 여부를 인식하는 방법이 제안되기도 하였으나 이는 이미 문제가 발생된 이후의 사후적 조치에 불과하여 필름의 낭비가 줄어들지 않고 대책의 실효성이 떨어지는 한계가 있었다.

본 발명은 필름의 패턴의 사행(거리 및 각도 계측 가능)을 정밀하게 제어할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 필름 상에 패턴이 형성되기 전에 미리 패턴의 사행을 확인하여 패턴의 형성 위치를 사전에 보정할 수 있는 사행 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위의 사행 제어 장치를 사용하는, 또는 이 장치와 엣지 포지션 컨트롤러를 함께 사용하는 것을 포함하는 필름 패턴의 사행 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 필름 이송 설비와 패턴 형성 설비를 포함하는 패턴화된 필름의 제조 장치에 사용되는 패턴의 사행 제어 장치로서, 필름 이송 설비를 기준으로 설정된 일정한 기준 위치에서 필름 상에 마킹을 형성시키는 마킹부; 마킹부의 후방에 위치하여 필름이 이송됨에 따라 인식 영역으로 진입하는 마킹의 위치를 인식하는 인식부; 마킹부의 기준 위치와 인식부에 의해 인식된 마킹의 위치 사이의 거리 차이로 사행을 계산하는 연산부; 연산부에 의해 계산된 사행에 대응하여 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 보정하는 신호를 발생시키는 제어부; 및 제어부에 의해 발생된 보정 신호를 수신하여 패턴 형성 전에 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시키는 보정부를 포함하는 패턴의 사행 제어 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 위의 사행 제어 장치를 사용하는 것을 포함하는 필름 패턴의 사행 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 필름 패턴의 사행 제어 장치는 간단한 방법으로 사행 발생 여부를 확인하여 사행 거리(L) 및 사행 각도(θ)를 정밀하게 계측할 수 있고, 그에 기초하여 필름 상에 폭과 배열이 일정한 패턴을 형성할 수 있도록 패턴 형성 장비의 위치를 보정할 수 있는 신호를 송신할 수 있다.

본 발명은 필름 상에 패턴을 형성시키기 전에 미리 사행을 확인 및 보정할 수 있어 보다 효율적인 제품의 품질 관리를 가능하게 한다.

본 발명의 사행 제어 장치는 계산된 사행(사행 거리 및 각도)을 바탕으로 패턴 형성 장비의 위치와 함께 마킹부의 위치를 그 사행에 대응되게 보정함으로써 필름의 사행이 발생되어도 정확한 폭과 배열을 나타내는 패턴화된 필름의 제조를 가능하게 한다.

본 발명의 사행 제어 장치는 정밀한 마킹을 형성시킬 수 있는 레이저 발생기와, 마킹의 인식 수단으로 고해상도의 비전 시스템을 사용하는 경우 필름의 패턴의 사행(사행 거리 및 각도)을 마이크로미터(㎛) 단위까지 정밀하게 측정 및 제어할 수 있다.

본 발명의 사행 제어 장치는 단독으로 사용되거나 또는 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)와 함께 사용되어 패시브 방식의 입체 영상 표시 장치 등의 디스플레이용 패턴화된 필름의 제조 공정에서 필름 패턴의 사행 제어에 효과적으로 활용될 수 있다.

도 1a 및 1b는 필름의 사행에 따라 발생된 필름 상의 패턴 불량을 나타낸다.
도 2a 내지 2d는 이송되는 필름의 사행이 발생된 경우 본 발명의 사행 제어 장치의 마킹부의 위치를 그 사행에 대응되도록 보정시켜야 하는 이유를 설명한다(도면에서 붉은색 및 노란색 점은 마킹을 나타냄).
도 3은 본 발명의 마킹부가 제1 및 제2 마킹 수단으로 구성된 경우, 그 마킹 수단들에 의해 필름 상에 형성된 제1 및 제2 마킹을 나타낸다.
도 4a, 4b 및 4c는 필름이 그 이송 방향에 대해 일정 각도로 사행을 일으키는 경우 본 발명의 사행 제어 장치의 연산부가 사행 거리 및 각도를 계산하는 방법을 설명한다(도면에서 붉은색 점은 마킹을 나타냄).
도 5는 본 발명에서 필름의 이송 방향을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예의 사행 제어 장치를 나타낸다.
도 7은 본 발명에서의 사행(사행 거리 L 및 각도 θ)을 정의한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 실시예의 사행 제어 장치의 인식부 (비전시스템)에서 인식된 제1 및 제2 마킹 궤적과 그 궤적을 마킹 인식 좌표에 대해 세부 블록으로 분할한 것을 각각 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실험예에서 사용된 제1 및 제2 마킹과 노이즈의 분리 방법을 설명한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 사행 제어 장치의 연산부에서 사행 거리 및 사행 각도를 계산한 방법을 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 사행 제어 장치의 연산부에서 계산된 사행량 및 사행 각도를 고려하여 제어부에서 패턴 형성부 및 제2 마킹 수단에 대한 위치 보정 신호를 발생시킨 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실험예에 따른 사행 제어 결과를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 사행 제어 방법의 일례를 설명한다.
도 14a 및 14b는 사행 거리(L)의 계산 방법을 나타낸다.

본 발명은 필름 이송 설비와 패턴 형성 설비를 포함하는 패턴화된 필름의 제조 장치에 사용되는 패턴의 사행 제어 장치로서, 필름 이송 설비를 기준으로 설정된 일정한 기준 위치에서 필름 상에 마킹을 형성시키는 마킹부; 마킹부의 후방에 위치하여 필름이 이송됨에 따라 인식 영역으로 진입하는 마킹의 위치를 인식하는 인식부; 마킹부의 기준 위치와 인식부에 의해 인식된 마킹의 위치 사이의 거리 차이로 사행(사행 거리, 사행 각도, 또는 사행 거리 및 각도)을 계산하는 연산부; 연산부에 의해 계산된 사행에 대응하여 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 보정하는 신호를 발생시키는 제어부; 및 제어부에 의해 발생된 보정 신호를 수신하여 패턴 형성 전에 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시키는 보정부를 포함함으로써 필름의 사행(사행 거리 및 각도)이 발생되어도 품질이 우수한 패턴화된 필름의 제조가 가능할 뿐만 아니라 패턴 형성 전에 사행 요인을 정확히 제어할 수 있는 필름 패턴의 사행 제어 장치에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사행은 필름 이송 설비의 중심선과 필름 상 임의의 한 점의 이동 동선이 평행하지 않은 경우를 모두 포함한다(도 7 참고). 사행은 사행 거리(L)와 사행 각도(θ)를 측정하여 산술적으로 나타낼 수 있다. 예컨대, 권취된 필름의 중심축이 좌우로(필름의 이송 방향에 대해 수직인 방향으로) 일정 거리만큼 움직이면 그 움직인 거리가 사행 거리가 되고 사행 각도는 0°가 된다.

본 발명의 필름 패턴의 사행 제어 원리는 다음의 두 가지 기본 원칙에 기초한다.

(1) 마킹부와 인식부 사이에서 필름의 사행(필름의 중심축 이동 및/또는 필름의 이송 방향의 변화)이 발생되면 마킹부에 의해 이미 형성된 마킹은 인식부에서 그 사행 방향(즉, 중심축 이동 방향 또는 그 필름의 이송 방향이 변화된 방향)으로 그 중심축 이동 거리 또는 그 이송 방향의 변화 정도만큼 이동된 것으로 인식된다.

(2) 필름 상에 마킹이 이루어지기 전에 필름의 사행(필름의 중심축 이동 및/또는 필름의 이송 방향의 변화)이 발생되면 필름을 기준으로 할 때 마킹은 원래 형성되어야 할 위치에서 그 사행 방향(즉 중심축 이동 방향 또는 그 필름의 이송 방향이 변화된 방향)의 반대 방향으로 그 중심축 이동 거리 또는 그 이송 방향의 변화 정도만큼 이동된 필름 상의 위치에 형성된다.

도 2를 참고하여 위 원칙들을 설명한다. 도 2는 마킹부가 고정된 제1 마킹부와 위치 보정이 가능한 제2 마킹부로 구성된 경우이다.

도 2a와 같이 필름의 사행이 발생되지 않은 정상 상태의 경우에는 마킹부에 의해 형성된 마킹이 인식부에서도 그대로 그 위치에 있는 것으로 인식된다.

도 2b와 같이 사행이 발생한 경우에는 마킹부에서 형성되는 마킹 부분이 필름이 사행함에 따라 점점 필름 상부 쪽으로 이동하여 형성되고, 인식부에서도 상승하는 것으로 나타난다. 그러나 마킹부 위치에서의 마킹의 형성 위치는 기계 설비 선상의 원래의 위치에 형성되지만 필름을 기준으로 사행과 반대 방향으로 이동하여 마킹되는 결과가 된다. 이를 보정하기 위하여 마킹부 및 패턴 형성부의 위치를 필름의 사행량과 동일하게 이동시킨다.

도 2c와 같이 사행을 유지하며 안정화되는 경우, 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치 보정을 수행하지 않은 상태로 형성된 마킹은 인식부에서 그 마킹이 상승 후 하강 이동한 것처럼 인식된다. 반면 필름의 사행을 보정하여 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 보정한 후에 형성된 마킹은 인식부에서 그 마킹이 필름의 사행과 동일하게 상승 후 그 추세가 유지되고 있는 것으로 인식된다.

최종적으로는, 도 2d와 같이 필름의 사행에 대응하여 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 보정하지 않으면 인식부에서는 필름의 중심축 이동에도 불구하고 중심축 이동이 원복되는 상태로 인식됨은 물론 패턴의 경계부가 겹쳐서 생성되어 패턴이 부정확한 위치에 부정확한 형태로 생성되게 된다.

위와 같은 문제점(실제로는 필름의 중심축 이동이 발생되었음에도 이를 제대로 인식하지 못하고 정상 상태로 인식하는 것)을 해결하기 위해 본 발명의 사행 제어 장치는 마킹부의 위치 및 각도와 패턴 형성 설비의 위치를 필름의 사행에 대응하여 이동시키도록 구성된다.

이하에서는 본 발명의 사행 제어 장치에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 사행 제어 장치는 필름 이송 설비와 패턴 형성 설비를 포함하는 패턴화된 필름의 제조 장치에 사용된다.

패턴화된 필름은 입체 영상을 구현하기 위한 패턴화된 리타더 등을 의미한다. 패턴 형성 설비는 필름 상에 패턴을 형성시키기 위한 설비를 의미하는 것으로서, 예컨대 노광에 의해 패턴을 형성시키는 경우에는 광원, 마스크 등을 포함하는 노광기일 수 있으며, 롤에 의해 패턴을 형성시키는 경우는 롤이 될 수 있다. 마스크 및 롤은 필름의 권출 방향에 대해 수직인 패턴축을 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 사행 제어 장치는 낱장의 필름 상에 패턴을 형성하는 경우에 대해 사용될 수도 있으나 롤 형태로 권취된 필름 원반을 연속적으로 이송시키면서 연속적으로 패턴을 형성하는 경우에 대해 사용하는 것이 보다 효과가 있다.

본 발명의 사행 제어 장치는 필름 상에 마킹을 형성시키는 마킹부를 포함한다.

마킹부의 기준 위치는 고정된 필름 이송 설비를 기준으로 설정되어 필름의 사행이 발생되더라도 일정한 위치에 마킹을 형성할 수 있도록 한다.

마킹부는 LCD 등의 디스플레이 소재로 사용되는 필름을 손상시키지 않으면서 그 필름 상에 후술하는 인식부에 의해 인식될 수 있는 마킹을 형성시킬 수 있는 것이면 특정한 것으로 한정되지 않는다. 다만, 보다 정밀한 계측 및 제어를 위해 마킹부(제1 및 제2 마킹 수단으로 구성될 경우에는 이들 모두)가 마킹 직경의 최소화시킬 수 있는 레이저 발생기인 것이 바람직하다.

마킹부는 1개 또는 2개 이상의 마킹 수단을 포함하여 구성될 수 있다.

마킹부가 1개의 마킹 수단으로 구성된 경우에는 필름의 중심축 이동 등에 의해 발생된, 필름의 이송 방향에 수직인 방향으로의 사행을 확인 및 계측할 수 있다. 이 경우에는 후술하는 방법에 따라 사행 거리(L)의 측정이 가능하며 사행 각도(θ)는 0°이다.

마킹부가 2개 이상의 마킹 수단으로 구성된 경우에는 사행의 종류의 제한없이 사행을 확인 및 계측할 수 있다. 이 경우의 사행 거리(L) 및 사행 각도(θ)를 계측하는 방법에 대해서는 후술한다.

2개 이상의 마킹부는 제1 마킹 수단; 및 제1 마킹 수단에서 필름의 이송 방향으로 일정 거리(d₁) 떨어진 곳에 위치하고 필름의 이송 방향의 수직 방향으로 일정 거리(d₂) 떨어진 곳에 위치하는 제2 마킹 수단을 포함하여 이루어질 수 있다(여기서 d₂는 0일 수 있음). 이와 같이 배치된 마킹부가 필름 상에 형성시킨 마킹의 모양은 예컨대 도 3과 같다.

또한, 마킹부는 마킹을 형성시키는 동안 제1 및 제2 마킹 수단 사이의 거리를 조절할 수 있는 수단을 추가로 포함할 수 있고, 경우에 따라서는 제1 마킹 수단 및 제2마킹 수단 중 어느 하나의 위치가 고정되도록 구성할 수도 있다.

마킹부가 2개 이상의 마킹 수단을 포함하는 경우에는 인식부에서의 인식 및 노이즈와의 구별 편의를 위해 경우에 따라 각 마킹 수단별로 형성된 마킹의 형태나 색상이 다르도록 구성할 수 있다.

마킹부에 의해 형성된 마킹은 필름의 사행이 발생되지 않는 경우에는 곧은 점선 형태의 궤적을 나타내고 필름의 사행이 발생되는 경우에는 사행의 정도, 필름의 이송 속도에 따라 차이가 있겠지만 예컨대 도 2b와 같은 형태의 궤적을 나타낸다. 이들 궤적은 후술하는 인식부에 의하여 인식된다.

본 발명의 사행 제어 장치는 마킹부의 후방에 위치한 인식부를 포함한다.

인식부는 마킹부의 후방(필름의 이송 방향 쪽)에 위치하여 필름이 이송됨에 따라 인식 영역(예컨대 인식부가 카메라를 포함하는 경우 이미지 촬영이 가능한 영역)으로 진입하는 마킹의 위치를 인식한다.

본 발명에서 필름의 이송 방향은 예컨대 필름이 권취된 형태인 경우에는 도 5와 같이 권취된 필름의 중심축에 수직인 방향을 의미한다. 이는 사행이 없는 경우의 필름의 기계 방향(Machine Direction)과 일치한다.

인식부는 1개 또는 2개 이상의 인식 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 및 제2 마킹은 동시에 인식될 수도 있고 각각 인식될 수도 있다.

인식부는 필름 상의 마킹을 인식하여 그 위치 좌표를 도출할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 필름 상의 마킹이 포함된 이미지를 촬영하는 카메라와 이 카메라에서 얻은 이미지를 저장하고 이 이미지로부터 촬영된 마킹의 위치 좌표를 도출하는 컴퓨터로 이루어진 것일 수 있다.

인식부로 직경이 수십 ㎛ 이하의 마킹을 인식할 수 있는 고분해능의 비전 시스템을 사용하는 경우에는 마킹부의 위치 변동을 보다 정밀하게 계측할 수 있고 보다 정밀한 사행 제어가 가능하다. 예컨대 분해능 수 ㎛ 이하인 카메라를 사용하는 것이 바람직하다.

인식부는 마킹과 주변의 노이즈를 구분하는 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 수단은 인식부가 레이저 발생기인 경우에 특히 유용하며 레이저에 의한 이물, 필름 상에 위치하는 먼지 등이 마킹으로 인식되는 것을 방지한다.

또한, 마킹 형상의 오류를 최소화 하기 위하여, 마킹 외곽 좌표를 인식하여, 그 중심점을 대표 좌표로 인식하는 것이 바람직하다.

본 발명의 사행 제어 장치는 사행을 계산하는 연산부를 포함한다.

연산부는 이미 알고 있는, 필름 이송 설비를 기준으로 설정된 마킹부의 기준 위치 데이터와, 인식부에 의해 인식된 마킹의 위치 데이터를 상호 비교하여 그 차이값을 계산함으로써 사행을 계산한다.

사행 거리(L)의 계산 방법은 도 14를 참고하여 설명한다.

도 14(a)는 마킹부가 1개의 마킹 수단으로 구성된 경우인데, 이 경우에 필름이 이송되면 1, 2, 3 및 4의 마킹이 순차적으로 형성 및 인식된다. 그러다가 필름의 중심축이 이송 방향에 대해 왼쪽으로 이동하는 사행이 발생된 경우에는 설정된 기준위치(점선으로 표시된 마킹)에서 벗어나 5의 위치에 마킹이 형성되고 인식부에 의해 그 위치에 형성된 것으로 인식된다. 이 경우에는 연산부에서 설정된 기준위치와 인식된 위치 사이의 거리 차이를 사행 거리(L)로 계산한다.

또한, 도 14(b)는 마킹부가 제1 마킹 수단과 이 제1 마킹 수단에서 필름의 이송 방향으로 일정 거리(d₁) 떨어진 곳에 위치하고 필름의 이송 방향의 수직 방향으로 일정 거리(d₂) 떨어진 곳에 위치하는 제2 마킹 수단으로 이루어진 경우이다.

이 경우에는 필름이 이송됨에 따라 1-1과 2-1, 1-2와 2-2, 1-3과 2-3 및 1-4와 2-4의 순서로 마킹이 형성되고(제1 마킹 수단에 의한 마킹은 1-A, 제2 마킹 수단에 의한 마킹은 2-B로 표시함, 여기서 A, B는 각각 1 내지 5의 자연수), 예컨대 인식부의 인식 영역이 이송 방향에 수직으로 배치된 경우, 인식부에서 1-1과 2-3이 동시에, 그 후 1-2와 2-4가 동시에 인식된다. 필름이 정상적으로 권출되다가 마킹부가 1-4 및 2-4를 마킹한 후 필름의 중심축이 이송 방향에 대해 오른쪽으로 이동하는 사행이 발생된 경우에, 도 4(a)에서 설명한 바와 같은 설정된 기준 위치에서 사행 거리(L)만큼 왼쪽으로 이동된 위치에 1-5와 2-5가 형성된다.

연산부는 인식부에 의해 인식된 1-3과 2-5 사이의 거리를 계산한 후 설정된 제1 및 제2 마킹 수단 사이의 거리(d₂)와의 차이를 계산하여 사행 거리(L)를 계산한다. 본 사례에서는 d-x가 양수이면 필름 이송 방향에 대해 수직인 오른쪽으로 사행이 발생된 것이고, d-x가 음수인 경우에는 필름 이송 방향에 대해 수직인 왼쪽으로 사행이 발생된 것임을 확인할 수 있다.

사행 각도(θ)의 계산 방법은 도 4를 참고하여 설명한다.

연산부가 사행 각도를 계산할 수 있기 위해서는 마킹 수단이 2개 이상이어야 한다. 마킹부가 도 14b와 같이 제1 마킹 수단과 이 제1 마킹 수단에서 필름의 이송 방향으로 일정 거리(d₁) 떨어진 곳에 위치하고 필름의 이송 방향의 수직 방향으로 일정 거리(d₂) 떨어진 곳에 위치하는 제2 마킹 수단으로 이루어진 경우에는 사행 거리(L) 계산시 사용되었던 마킹 수단의 기준 위치와 실제 마킹 위치 사이의 거리 차이 데이터에 위의 d₁ 및 d₂ 거리 데이터를 함께 계산에 포함시키면 사행 각도(θ)를 계산할 수 있다.

도 4(a)는 필름이 일정 각도의 사행이 없이 정상적으로 진행하는 경우를 나타낸다. 이 경우, 제1 마킹 수단과 제2 마킹 수단의 마킹들 사이의 거리는 필름 진행 방향의 수직으로 설정된 설비 거리(d₂)와 동일하게 인식된다. 사행 각도(θ)는 필름 이송 방향으로의 설비 거리(d₁)를 알고 있으므로 다음 수학식 1과 같이 연산된다.

[수학식 1]

θ = atan[(d₂-d₂)/d₁] = 0°

도 4(b)는 필름의 진행 방향으로 좌측 각도의 사행이 있는 경우를 나타낸다. 선행하여 마킹이 되는 제1 마킹은 필름의 좌측 사행 각도(θ)와 동일하게 이동하여 제2 마킹 위치까지 이동한다. 이때 제1 마킹 위치는 필름의 이동에 따라 제2 마킹 위치와의 거리가 근접하게 된다. 인식부에서는 제1 마킹과 제2 마킹 사이의 거리를 인식하게 되며 사행 각도(θ)는 후술하는 다음 수학식 2와 같이 연산된다. 수학식 2에 기재된 α는 기구적으로 설정된 레이저들 사이의 거리(또는 사행이 없을 경우에 위 레이저들에 의해 필름 상에 형성된 마킹들 사이의 거리)인 ▲가 사행에 의해 변화된 값을 나타내는데, 도 4(b)에서는 사행에 의해 마킹들 사이의 거리가 ▲에 비해 가까워졌으므로 도 4(b) 및 수학식 2에서는 이를 -α로 나타내었다.

[수학식 2]

θ = atan[(d₂-d₂-α)/d₁] = atan[(-α)/d₁] = -▲°

도 4(c)는 필름의 진행 방향으로 우측 각도 사행이 있는 경우를 나타낸다. 선행하여 마킹이 되는 제1 마킹은 필름의 우측 사행 각도(θ)와 동일하게 이동하여 제2 마킹 위치까지 이동한다. 이때 제1 마킹 위치는 필름의 이동에 따라 제2 마킹 위치와의 거리가 멀어지게 된다. 인식부에서는 제1 마킹과 제2 마킹 사이의 거리를 인식하게 되며 연산부에서는 다음 수학식 3과 같이 사행 각도(θ)를 계산한다. 수학식 3에 기재된 α는 수학식 2에서와 같이 기구적으로 설정된 레이저들 사이의 거리(또는 사행이 없을 경우에 위 레이저들에 의해 필름 상에 형성된 마킹들 사이의 거리)인 ▲가 사행에 의해 변화된 값을 나타내는데, 도 4(c)에서는 사행에 의해 마킹들 사이의 거리가 ▲에 비해 멀어졌으므로 도 4(c) 및 수학식 3에서는 이를 +α로 나타내었다.

[수학식 3]

θ = atan[(d₂-d₂+α)/d₁] = atan[(+α)/d₁] = +▲°

제1 및 제2 마킹 수단은 패턴 형성 설비의 패턴 마스크(또는 패턴 롤)에 수직인 일직선 상에 위치하게 하는 것이 바람직하다.

위와 같이 연산된 사행 각도를 패턴 형성 설비에 보내어 그 위치를 보정한다. 이와 동시에, 마킹 수단들 사이의 기준 거리로 정한 d₂값을 일정하게 유지하기 위하여 마킹부 중 제1 마킹 수단(선행 마킹 수단)을 진행 방향에 수직하도록 α 변위만큼 보정한다.

연산부는 필름의 사행(사행 거리, 사행 각도 또는 사행 거리 및 각도)을 일정 주기별로 합산하는 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 후술하는 제어부는 사행의 합이 설정된 임계값을 넘는 경우에만 패턴 형성 설비 및 마킹부의 위치 보정 신호를 발생시키도록 설계될 수 있다.

본 발명의 사행 제어 장치는 적어도 마킹부 및 패턴 형성 설비에 대한 위치 보정 신호를 발생시키는 제어부를 포함한다. 제어부는 연산부에 의해 계산된 사행에 대응하여 마킹부, 패턴 형성 설비 등을 이동시키기 위한 신호를 발생시킨다.

제어부는 사행이 발생될 때마다 사행(사행 거리, 사행 각도 또는 사행 거리 및 각도)에 대응되는 위치 보정 신호를 발생시킬 수도 있고, 일정한 주기마다 한 번씩 그 사행의 합에 대응되는 위치 보정 신호를 발생시킬 수도 있으며, 그 사행의 합이 설정된 임계값을 넘는 경우에만 그 사행의 합에 대응되는 위치 보정 신호를 발생시킬 수도 있다.

예컨대 제어부는 사행 거리의 합이 20 ㎛를 넘는 경우 그 만큼 패턴 형성 설비 및 마킹부에 대한 위치 보정 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 예컨대 제어부는 사행 각도의 합이 0.5°를 넘는 경우 그 만큼 패턴 형성 설비에 각도 보정 신호를 발생시킬 수 있다.

제어부는 필요에 따라 인식부, 필름의 커팅 수단 등 필름의 사행에 따라 재정렬시킬 필요가 있는 구성들에 대한 위치 보정 신호를 추가로 발생시킬 수 있다.

제어부는 마킹부에 대한 위치 보정 신호를 송신할 때 그 중 일부에 대한 위치 보정 신호만을 송신할 수 있다. 예컨대 마킹부가 제1 및 제2 마킹 수단으로 이루어진 경우 제1 마킹 수단, 제2 마킹 수단 또는 제1 및 제2 마킹 수단의 위치를 보정하기 위한 신호를 송신할 수 있다. 또한, 제2 마킹 수단을 고정식으로 운영하고 제1 마킹 수단을 이동식으로 운영하는 경우 제1 마킹 수단의 위치 보정 신호만을 송신할 수 있다.

본 발명의 패턴 사행 제어 장치는 상기 제어부에 의해 발생된 보정 신호를 수신하여 패턴 형성 전에 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시키는 보정부를 포함한다.

보정 신호는 마킹부 및 패턴 형성 설비를 일정 거리만큼 이동시키기 위한 것일 수도 있고, 마킹부 및 패턴 형성 설비를 일정 각도만큼 틀어주기 위한 것일 수도 있으며, 마킹부 및 패턴 형성 설비를 일정 거리 및 각도만큼 이동시키기 위한 것일 수도 있다.

따라서 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시킨다는 것은 마킹부 및 패턴 형성 설비를 일정 거리만큼 이동시키거나, 일정 각도만큼 틀어주거나 일정 거리 및 각도만큼 이동시키는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 마킹부의 위치를 패턴 형성부의 위치와 함께 보정함으로써 필름의 사행이 발생된 후 다시 정상 상태가 되었을 때 본 발명의 사행 제어 장치가 정상 상태로 인식할 수 있게 되고, 패턴 형성시 패턴 경계부의 일부가 중복하여 형성되어 패턴이 일정하지 못하게 되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

본 발명에서는 패턴 형성 전에 미리 패턴 형성 설비의 위치를 보정할 수 있다.

본 발명의 사행 제어 장치는 보정부에 의해 패턴 형성 설비 및 마킹부의 위치가 보정된 후 그 보정된 위치를 패턴 형성 설비 및 마킹부의 위치에 대한 기준값으로 재설정하는 초기화부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 사행 제어 장치에서 수행되는 사행 제어 방법은 예컨대 필름의 권출 방향에 대해 전, 후방의 일정 위치에 설치된 제1 및 제2 마킹 수단으로 필름 상에 주기적으로 제1 및 제2 마킹을 형성시키고, 제1 및 제2 마킹을 인식하여 제1 및 제2 마킹 사이의 거리를 주기적으로 측정하고, 제1 및 제2 마킹 사이의 거리와 설정된 제1 및 제2 마킹 수단 사이의 거리로 필름의 중심 이동 거리와 권출 각도를 각 주기마다 계산하여 합산하고, 필름의 사행이 발생되어 합산된 필름의 사행값이 설정된 임계치를 넘는 경우 합산된 사행값만큼 필름 상에 패턴을 형성시키는 패턴 형성 설비의 위치와 제1 및 제2 마킹 수단의 위치 중 적어도 하나에 대한 위치 보정 신호를 발생시키며, 위치 보정 신호를 수신하여 패턴 형성부의 위치 및 제1 마킹 수단과 제2 마킹 수단의 위치 중 적어도 하나의 위치를 보정하는 순서로 수행될 수 있다.

본 발명의 사행 제어 방법은 보정 신호에 따라 마킹부 및 패턴 형성 설비를 일정 거리만큼 이동시키거나, 일정 각도만큼 틀어주거나 일정 거리 및 각도만큼 이동시키는 것을 포함한다.

본 발명의 사행 제어 방법은 바람직하게 도 13과 같을 수 있다.

본 발명의 패턴 사행 제어 장치는 단독으로 사용하여도 필름의 사행 제어에 효과적이지만 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)와 함께 사용되는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

실시예

본 발명에 따른 사행 제어 장치를 도 6과 같이 설계하였다.

도 6에서 마킹부는 제1 및 제2 마킹 수단으로 이루어지도록 하고 그 제1 및 제2 마킹 수단으로 폭 15±3 ㎛의 선형 레이저 발생기를 사용하였다. 이들 레이저 발생기들은 권취된 필름의 우측 근방에 필름의 이송 방향에 대해 100 mm(즉, d₁=100 mm), 그 수직 방향으로 2 mm(즉, d₂=2 mm) 떨어져 설치되어 사행 각도가 0.1°변화되면 d₂가 177㎛ [100*Tan(0.1) ㎛] 씩 늘어나거나 줄어들도록 하였다.

인식부는 3.0㎛의 분해능을 갖는 카메라와 이 카메라가 인식한 이미지로부터 위치 좌표를 도출할 수 있는 컴퓨터로 구성하였고 카메라는 제1 및 제2 마킹 수단 중 후방에 위치한 제2 마킹 수단에서 750 mm 떨어진 곳에 배치하였다.

인식부의 후방에는 필름에 패턴을 형성하기 위한 노광기와 마스크를 배치하였고, 마스크의 정렬을 확인하기 위해 마스크의 노광축과 수직을 이루는 고정 마크를 마스크 양쪽에 설치하였고 이 고정 마크를 인식하기 위한 카메라를 마스크 상부에 설치하였다. 이 고정 마크는 카메라에서 45 mm 떨어진 곳에 위치하도록 하였다.

또한, 연산부는 설정된 d₁ 및 d₂와 인식부에 의해 인식된 제1 및 제2 마킹 사이의 거리로 필름의 사행량(L) 및 사행 각도(θ)를 도출할 수 있도록 프로그래밍하였다.

제어부는 위 연산부에 의해 도출된 사행 데이터(L, θ)를 고려하여 20 mm 마다 한번 씩 패턴 형성부 및 마킹부에 위치 보정 신호를 송출하도록 설계하였다.

실험예

1. 필름의 사행 발생 확인

라인 속도가 각각 3 m/분 및 5 m/분인 경우에 대해 필름에 걸리는 장력을 130 N, 200 N 및 250 N으로 변화시키면서 필름의 사행 발생 여부를 확인하였다. 또한, 엣지 포지션 컨트롤러(EPC) 조건에 따라 사행 발생 여부를 확인하였다.

그 결과 다음 표 1과 같이 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)를 사용하는지 여부와 무관하게 모든 공정 조건에 대해 상당한 사행이 발생됨을 알 수 있었다.

라인속도 (m/분)	장력 (N)	EPC	사행각도(deg)	단위 구간 내 최대중심이동(um)
				1	10	100	1000
3	130	on	+/- 0.06	5	17	48	64
		off	+/- 0.06	6	17	68	125
	200	on	+/- 0.06	5	11	49	58
		off	+/- 0.06	3	9	39	52
	250	on	+/- 0.05	3	11	19	33
		off	+/- 0.06	13	20	48	72
5	130	on	+/- 0.10	13	28	55	95
		off	+/- 0.15	16	64	123	182
	200	on	+/- 0.13	12	35	68	101
		off	+/- 0.15	71	71	75	87
	250	on	+/- 0.13	51	59	61	78
		off	+/- 0.15	45	48	92	105

2. 본 발명의 사행 제어 장치에 의한 사행 제어

위의 공정 조건 중 라인속도 5 m/분, 장력 250 N, EPC off인 경우에 대하여 실시예의 사행 제어 장치의 조건 하에서 마킹부 및 패턴 형성부에 대한 보정 신호 송출을 위한 사행량의 임계값을 10 ㎛로 설정하여 다음과 같이 사행 제어 시뮬레이션을 수행하였다.

먼저, 인식부에서 인식된 도 8a의 제1 및 제2 마킹과 주변의 노이즈 결과 데이터에서 다음과 같은 방법으로 노이즈를 제거하고 제1 및 제2 마킹 궤적을 분리하였다. 구체적으로는, 전체 데이터를 도 8b와 같이 마킹 인식 좌표 별로 세부 블록 영역으로 분할하여 2차원 블록 매트릭스를 형성하고, 매트릭스 상태에서 연결된 블록을 하나의 덩어리로 분할하여 그 덩어리가 설정된 값인 3000㎛ 보다 작으면 노이즈로 분류하여 제1 및 제2 마킹 데이터에서 제외시켰고, 각 궤적들의 주요 연결 곡선을 탐색하여 상부는 제1 마킹 궤적으로, 하부는 제2 마킹 궤적으로 구분하였다(도 9 참고).

위에서 전체 블록 집합 F, 각 개별 블록들을 S1, S2, … Sn이라고 할 때 이들은 다음 수학식 4를 만족하도록 하였다.

[수학식 4]

연산부에서는 위와 같은 제1 및 제2 마킹에 대한 데이터를 바탕으로 도 10과 같이 중심 사행량(L) 및 사행 각도(θ)를 계산하였다.

사행 각도(θ)는 도 11에 표시된 것처럼 각 구간별로 다음 수학식 5를 이용하여 산출하였다. 수학식 5와 같이 제1 마킹과 제2 마킹 사이의 거리 d를 측정한 후 tan(d)로 각도를 얻었다[수학식 5에서 Laser 기구적 거리(진행방향)는 100mm, Laser 기구적 거리(폭)은 2mm].

[수학식 5]

중심 사행량(L)은 도 11에 표시된 것처럼 각 구간별로 산출하되, 제2 마킹의 좌표들만으로 다음 수학식 6을 이용하여 산출하였다. 수학식 6은 각 구간의 제 2마킹의 폭 방향 좌표 x_n개에 대한 계산 수식이다.

[수학식 6]

사행량 L = Median (x₁, x₂, …, x_n)

사행량이 설정된 10 ㎛를 넘는 구간의 경우에는 제어부에 의해 기준 위치 대비 사행된 양만큼 설비에 대한 보정 신호를 송신하였고, 기준 위치는 변경된 새로운 위치 값을 기준으로 결정되었다. 도 11의 노란색으로 표시된 부분 보정 신호를 송신한 경우이다.

위와 같은 방법으로 얻어진 본 발명의 실험예에 따른 사행 제어 결과는 도 12와 같았다.

Claims (23)

1. 필름 이송 설비와 패턴 형성 설비를 포함하는 패턴화된 필름의 제조 장치에 사용되는 패턴의 사행 제어 장치로서,
   상기 필름 이송 설비를 기준으로 설정된 일정한 기준 위치에서 상기 필름 상에 마킹을 형성시키는 마킹부;
   상기 마킹부의 후방에 위치하여 필름이 이송됨에 따라 인식 영역으로 진입하는 상기 마킹의 위치를 인식하는 인식부;
   상기 마킹부의 기준 위치와 상기 인식부에 의해 인식된 마킹의 위치 사이의 거리 차이로 사행을 계산하는 연산부;
   상기 연산부에 의해 계산된 사행에 대응하여 상기 마킹부 및 상기 패턴 형성 설비의 위치를 보정하는 신호를 발생시키는 제어부; 및
   상기 제어부에 의해 발생된 보정 신호를 수신하여 패턴 형성 전에 상기 마킹부 및 상기 패턴 형성 설비의 위치를 정렬시키는 보정부
   를 포함하는 패턴의 사행 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 마킹부는 상기 필름 상에 주기적으로 마킹을 형성시키는 하나의 마킹 수단으로 이루어진 것인 사행 제어 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 연산부는 상기 하나의 마킹 수단의 기준 위치와 마킹의 위치 사이의 거리 차이로 권취된 필름의 중심축 좌우 이동에 의한 사행(필름의 이송 방향에 대해 수직인 방향으로 일정 거리(L)만큼 필름의 중심축이 이동됨)을 계산하는 것인 사행 제어 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는 상기 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 필름의 이송 방향에 대해 수직인 방향으로 사행 거리(L)만큼 이동시키는 보정 신호를 발생시키는 것인 사행 제어 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 마킹부는 제1 마킹 수단; 및
   상기 제1 마킹 수단에서 필름의 이송 방향으로 일정 거리(d₁) 떨어진 곳에 위치하고 필름의 이송 방향의 수직 방향으로 일정 거리(d₂) 떨어진 곳에 위치하는 제2 마킹 수단
   을 포함하여 이루어진 것인 사행 제어 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 마킹부는 마킹을 형성시키는 동안 상기 제1 및 제2 마킹 수단 사이의 거리를 조절할 수 있는 수단을 추가로 포함하는 것인 사행 제어 장치.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 마킹부는 상기 제1 마킹 수단 및 제2 마킹 수단 중 어느 하나의 위치가 고정되도록 구성된 것인 사행 제어 장치.
   
8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 상기 연산부는 상기 제1 마킹 수단 및 제2 마킹 수단 중 어느 하나의 기준 위치와 그에 의한 마킹의 위치 사이의 거리 차이와, d₁ 및 d₂로 사행 거리(L) 및 각도(θ)를 계산하는 것인 사행 제어 장치.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 제어부는 상기 마킹부 및 패턴 형성 설비의 위치를 상기 사행 거리(L) 및 각도(θ)만큼 이동시키는 보정 신호를 발생시키는 것인 사행 제어 장치.
   
10. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 인식부는 상기 필름 상의 마킹이 포함된 이미지를 주기적으로 촬영하는 카메라와 상기 카메라에서 얻은 이미지를 주기적으로 저장하고 상기 이미지로부터 상기 마킹의 위치 좌표를 도출하는 장치를 포함하여 이루어진 것인 사행 제어 장치.
    
11. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 인식부는 상기 마킹부에 의한 마킹들과 주변의 노이즈를 구분하는 수단을 추가로 포함하는 것인 사행 제어 장치.
    
12. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 연산부는 상기 사행을 주기적으로 합산하는 수단을 추가로 포함하는 것인 사행 제어 장치.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 사행은 사행 거리(L), 사행 각도(θ) 또는 사행 거리(L) 및 각도(θ)인 사행 제어 장치.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 제어부는 상기 연산부에 의해 합산된 사행 거리(L)가 설정된 임계값을 넘는 경우, 상기 연산부에 의해 합산된 사행 각도(θ)가 설정된 임계값을 넘는 경우, 또는 상기 연산부에 의해 합산된 사행 거리(L) 및 각도(θ)가 설정된 임계값을 넘는 경우에만 보정 신호를 발생시키는 것인 사행 제어 장치.
    
15. 청구항 5에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 마킹 수단 중 어느 하나에 대한 보정 신호만을 발생시키는 것인 사행 제어 장치.
    
16. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 패턴 형성 설비는 상기 필름의 이송 방향에 대해 수직으로 배치된 마스크 또는 롤을 포함하는 것인 사행 제어 장치.
    
17. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 보정부에 의해 상기 패턴 형성 설비 및 상기 마킹부의 위치가 보정된 후 그 보정된 위치를 상기 패턴 형성 설비 및 상기 마킹부의 위치에 대한 기준값으로 재설정하는 초기화부를 추가로 포함하는 사행 제어 장치.
    
18. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 마킹부는 수십 ㎛ 직경의 마킹을 형성시킬 수 있는 레이저 발생 장치이고 상기 인식부는 수 ㎛의 인식 성능을 가진 고해상도 비전 시스템인 사행 제어 장치.
    
19. 청구항 18에 있어서, 상기 고해상도 비전 시스템은 마킹 형태의 오류에 의한 오차를 줄이기 위해 마킹의 직경의 중심을 대표 좌표로 인식하는 것인 사행 제어 장치.
    
20. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 제어부는 상기 필름의 커팅 수단의 위치 보정 신호를 추가로 발생시키는 것인 사행 제어 장치.
    
21. 청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 인식부는 상기 패턴 형성 설비의 전방에 위치하여 상기 필름 상에 패턴이 형성되기 전에 사행을 미리 인식하는 것인 사행 제어 장치.
    
22. 청구항 1 또는 5의 사행 제어 장치를 사용하는 것을 포함하는 필름 패턴의 사행 제어 방법.
    
23. 청구항 22에 있어서, 상기 사행 제어 장치와 함께 엣지 포지션 컨트롤러(EPC)를 사용하는 것을 포함하는 사행 제어 방법.
    

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