KR20230064180A

KR20230064180A - 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법

Info

Publication number: KR20230064180A
Application number: KR1020210149484A
Authority: KR
Inventors: 이종문
Original assignee: 주식회사에이엠피코리아
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-05-10

Abstract

본 발명에서는 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되어 있는 다수의 프린팅 실린더 사이를 이동하는 웹에 인쇄된 레지스터 마크 측정을 통해 레지스터 에러를 검출하는 단계, 검출된 레지스터 에러가 허용되는 값의 범위 내에 있는지 판단하는 단계, 판단 결과, 레지스터 에러가 허용 범위를 초과하면, 상기 레지스터 에러값으로부터 상기 레지스터 에러가 검출되기 직전에 위치한 선행 프린팅 실린더의 각속도 변경을 위한 제1보정값을 산출하는 단계, 상기 선행 프린팅 실린더에 인접하고 연속적으로 배치된 후행 프린팅 실린더들을 순서대로 구분하고, 상기 제1보정값에서 미리 정해진 임계치만큼 순차적으로 감산하여 상기 후행 프린팅 실린더들의 각속도 변경을 위한 제2보정값을 순서에 따라 각각 산출하는 단계, 상기 선행 프린팅 실린더의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 상기 제1보정값으로 오차 제어 신호를 전송하고, 상기 후행 프린팅 실린더들의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 각각 상기 제2보정값으로 오차 제어 신호를 전송하여 상기 레지스터 에러를 제거하는 단계로 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 개시한다.

Description

롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법{PRE-COMPENSATING METHOD OF REGISTER ERRORS OF ROLL-TO-ROLL ELECTRONIC PRINTING SYSTEM}

본 발명은 인쇄전자를 위한 롤투롤(roll-to-roll) 시스템의 레지스터 에러를 선행 보정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 각 스팬에서 검출한 레지스터 에러에 따라 인접한 프린팅 실린더의 위상을 연속적으로 미리 보정하여 미세 전자회로 구현을 위한 정밀성을 향상시킬 수 있는 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법에 관한 것이다.

인쇄전자(Printed Electronics)는 전자회로 부분만을 단단한 기판이나 얇은 필름 등에 전도성 전자잉크로 중첩 인쇄하여 다양한 전자부품 및 전자소자를 제조하는 기술로서, 최근에는 플렉서블 디스플레이, 스마트 레이블(Smart labels), 2차 전지 제조 방비 등과 같은 다양한 분야로 적용 범위가 확대되고 있다.

인쇄전자에서 유연성 전자소자의 회로패턴을 형성하는 대표적인 방법으로는 롤(Roll) 형태로 감긴 필름이나 종이, 제지, 철강, 섬유 등의 유연하고 길이 방향으로 연속적인 기판(이하, "웹(web)"이라고 통칭함)을 이송 중에 프린팅하는 롤투롤 인쇄전자 시스템(Roll-to-Roll Printed Electronics System)이 있다.

이러한 롤투롤 인쇄전자 시스템의 프린팅 기술은 기존의 전자소자 개발 공정에 비하여 공정 수 절감으로 인한 우수한 원가경쟁력을 갖는 장점과 함께 고속·대량 생산이 가능함으로써 센서(Sensor), 광전지(Photocell), RFID(Radio-Frequency Identification), 컴퓨터 메모리(Computer memory), 2차 전지 (secondary cell) 등의 산업 분야에서 빠르게 적용되고 있다.

일반적으로 롤투롤 인쇄전자 시스템에서 다수의 프린팅 유닛을 이용하거나 반복하여 중첩(register) 인쇄를 구현하는 가늠맞춤 기술은 각 프린팅 실린더(printing cylinder)에 하나의 레지스터 마크(register mark)를 배정하며, 1회전 인쇄마다 레지스터 마크를 포토셀(photocell) 또는 비전 시스템(Vision System)으로 감지하고 기준점과의 오차를 측정하여 인쇄 위치를 보정한다.

이를테면, 이상적인 상태를 상정하고 설정한 값으로 프린팅 실린더의 회전속도와 웹의 이동속도를 동기화시켜 제어함으로써 프린팅 실린더의 표면에 형성되어 있는 잉크 패턴이 올바르게 웹에 전사되도록 한다. 이상적으로는 프린팅 실린더의 반경 및 회전 각속도의 곱과 웹의 선형 이동속도가 동일하게 만들어 주면 동기화를 달성할 수 있다.

그런데 이와 같은 보정 방식은 고속인쇄를 지향하는 2차원 평면 이미지 인쇄에 적용할 수 있으나, 마이크로미터 단위의 층간 중첩 정밀도를 요구하는 전자소자의 롤투롤 윤전인쇄에서는 신뢰성이 낮아 3차원적 MEMS 구조나 커패시터, 트랜지스터 등으로 이루어진 마이크로 선폭을 가진 다층 구조의 미세한 전자회로 패턴을 중첩 인쇄 방식에는 적용할 수 없다.

즉, 1회전 시 1레지스터 마크를 감지하여 보정하는 방식은 두루마리 형태의 인쇄용 웹이 다수의 프린팅 유닛을 지나면서 불가피하게 받는 인압, 온도 변화, 장력 및 마찰 등 여러 가지 스트레스로 인한 수축과 팽창과 같은 변형이 일어나 인쇄 화선부의 위치와 크기의 변화가 발생하기 때문에 마이크로미터 수준에서는 상당히 미흡하여 정확한 가늠(Estimate)맞춤이 어려운 한계가 있다.

또한, 포토셀 또는 비전 시스템이 이미 변형 및 신축 현상이 일어난 상태로 인쇄가 완료된 웹의 레지스터 마크를 감지한 데이터를 근거로 정렬 오차를 보정하는 구조여서 그 효과가 제한적일 수밖에 없다.

한편, 롤투롤 인쇄전자 시스템의 프린팅 유닛에서 중첩 인쇄 시 발생하는 레지스터 에러(register errors)는 이전 프린팅 실린더에서 인쇄된 패턴과 현재 프린팅 실린더에서 인쇄하는 패턴의 상대적 위치 오차로서, 웹의 이송 방향(Machine Direction)과, 웹의 이송 방향과 수직 방향(Cross Direction)으로 발생한다.

이를 제거하기 위한 레지스터 제어(register control)는 크게 보상롤(Compensate-Roll) 제어 방식과 위상 제어 방식(sectional Phase compensate type))으로 구분된다.

보상롤 방식의 레지스터 제어는 하나의 메인 모터와 기어박스를 통하여 각 프린팅 실린더에 동력이 전달되며, 각 프린팅 실린더는 하나의 중심축으로 연결되어 동일한 속도와 위상으로 회전 운동하게 된다. 그리고 각각의 프린팅 실린더의 출구측에 광센서를 설치하여 웹에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 측정한다.

또한, 레지스터 제어기에서는 각 프린팅 실린더에서 인쇄된 레지스터 마크를 입력받아 레지스터 에러를 계산한다. 이때, 레지스터 에러는 첫 번째 인쇄 패턴과 두 번째 인쇄 패턴, 두 번째 인쇄 패턴과 세 번째 인쇄 패턴과 같이 인접한 프린팅 실린더 사이에서 계산하게 되며, 이렇게 계산된 레지스터 에러는 각 프린팅 실린더의 상대적인 위상차이를 의미하게 된다. 각 프린팅 실린더 사이에서의 위상 차이를 조정하기 위하여 컴펜세이터 롤(compensate roll)의 위치 변화를 통해 웹의 스팬 길이, 즉 장력을 변화시키는 방법을 사용한다.

위상 제어 방식은 메인 모터 하나로 기어박스를 통해 프린팅 실린더에 구동력을 전달하는 보상롤 방식과 달리 각 프린팅 실린더를 개별 전동기로 구동하여 독립적인 회전속도 및 위상 제어를 통해 레지스터 에러를 제어한다.

즉, 프린팅 실린더의 각속도 변화로 인하여 웹의 스트레인(strain)이 변하게 되고, 결과적으로 웹의 위치 변화를 가져오게 됨으로써 원하는 위치로 이송할 수 있다.

한편, 웹의 팽창 또는 수축 변형을 최소화하면서 안정되게 공급하는 것이 전자소자의 생산에 필수적인 맞춤 정밀도(registration accuracy)에 큰 영향을 미치기 때문에 프린팅 실린더 간의 속도 동기화 및 스팬(span)의 장력 제어는 매우 중요한 요소이다.

웹의 변형이 없을 경우 이상적으로는 하나의 프린팅 실린더에 의한 웹의 선속도와 다른 프린팅 실린더에 의한 웹의 선속도가 동일하면, 두 프린팅 실린더 사이의 장력이 일정하게 유지되면서 웹이 슬립 없이 원활하게 공급 가능하지만 실제로는 웹의 수축으로 인한 슬립 현상이나 팽창으로 인한 늘어짐 현상이 발생하기 때문에 웹의 변형량에 따라 구간별 선속도를 달리하여 웹의 장력을 유지시켜야 한다.

그런데 종래의 레지스터 제어기(register control)는 선행(앞) 프린팅 실린더의 오차 보상을 위한 움직임이 후행(뒤) 프린팅 실린더에 직접적인 영향을 주게 되고, 즉 현 스팬의 레지스터 에러는 보상되더라도 그로 인해 다음 스팬에도 레지스터 에러가 발생하게 되며, 또 앞뒤 프린팅 실린더 사이의 장력 변화가 모든 스팬에 영향을 미치게 되어 수십 미크론 이내의 미세 회로 인쇄를 위한 정밀한 제어는 매우 어려운 한계가 있다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

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이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 보정방법이 지닌 한계 및 문제점을 해결하려는 발상으로, 선행 프린팅 실린더에 대한 오차 제거 신호를 출력할 때 후행 프린팅 실린더에도 미리 정해진 임계치로 오차 제거 신호를 출력하여 프린팅 실린더들 간의 회전속도를 순차적으로 동기화함으로써 선행 프린팅 실린더의 위상 변화에 따라 각 스팬에서 동시에 또는 연달아 발생하는 레지스터 에러를 신속하고 정확하게 보정할 수 있어 미세 전자회로 구현을 위한 정밀성을 더욱 향상시킬 수 있는 새로운 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 선행 프린팅 실린더의 레지스터 에러로 인해 연달아 발생하는 후행 프린팅 실린더의 레지스터 에러를 미리 보정할 수 있도록 하는 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 제공하는 데 있는 것이다.

또한, 선행 실린더의 움직임이 뒤에 오는 실린더에 영향을 최소한으로 하여 마치 앞의 영향이 뒤로 오지 않는 구분된 (Decoubling) 효과를 가져 정밀한 인쇄 또는 롤투롤 작업이 가능하도록 하는데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은, (A) 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되어 있는 다수의 프린팅 실린더 사이를 이동하는 웹에 인쇄된 레지스터 마크 측정을 통해 레지스터 에러를 검출하는 단계, (B) 검출된 레지스터 에러가 허용되는 값의 범위 내에 있는지 판단하는 단계, (C) 판단 결과, 레지스터 에러가 허용 범위를 초과하면, 상기 레지스터 에러값으로부터 상기 레지스터 에러가 검출되기 직전에 위치한 선행 프린팅 실린더의 각속도 변경을 위한 제1보정값을 산출하는 단계, (D) 상기 선행 프린팅 실린더에 인접하고 연속적으로 배치된 후행 프린팅 실린더들을 순서대로 구분하고, 상기 제1보정값에서 미리 정해진 임계치만큼 순차적으로 감산하여 상기 후행 프린팅 실린더들의 각속도 변경을 위한 제2보정값을 순서에 따라 각각 산출하는 단계, (E) 상기 선행 프린팅 실린더의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 상기 제1보정값으로 오차 제어 신호를 전송하고, 상기 후행 프린팅 실린더들의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 각각 상기 제2보정값으로 오차 제어 신호를 전송하여 상기 레지스터 에러를 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 제시한다.

이로써 본 발명은 선행 프린팅 실린더에 대한 오차 제거 신호를 출력할 때 후행 프린팅 실린더에도 미리 정해진 임계치로 오차 제거 신호를 출력하여 프린팅 실린더들 간의 회전속도를 순차적으로 동기화함으로써 선행 프린팅 실린더의 위상 변화에 따라 각 스팬에서 동시에 또는 연달아 발생하는 레지스터 에러를 신속하고 정확하게 보정할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)으로 상기 (A) 단계에서 상기 레지스터 에러는 웹의 장력을 측정하는 로드셀, 웹상에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 인식하는 광전식 포토셀이나 비전 시스템 중 어느 하나의 입출력 정보를 활용해 산출할 수 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 선행 프린팅 실린더에 대한 오차 제거 신호를 출력할 때 후행 프린팅 실린더에도 미리 정해진 임계치로 오차 제거 신호를 출력하여 프린팅 실린더들 간의 회전속도를 순차적으로 동기화함으로써 웹의 이송속도를 정밀하게 제어하여 선행 프린팅 실린더의 위상 변화에 따라 각 스팬에서 동시에 또는 연달아 발생하는 레지스터 에러를 신속하고 정확하게 보정할 수 있다.

따라서 프린팅 실린더의 반경 변화 등으로 인한 인쇄 오차를 간단하고 효과적으로 제거하여 미세 전자회로 구현을 위한 정밀성을 높이고 제품을 불량률을 최소화할 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템에서 웹에 인쇄된 레지스터 마크를 비전 시스템으로 촬영하여 획득한 영상 이미지를 토대로 정의하는 레지스터 에러의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시될 수 있고, 그 도면상의 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

즉, 본 명세서에서 설시(說示)하는 '포함하다' 또는 '구비하다', '가지다' 등의 용어는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.

아울러 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

이외에도 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.

그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템은 웹(W)을 공급하는 언와인더(U)와 리와인더(R) 사이에 일정한 간격을 두고 연속적으로 다수의 프린팅 유닛(10)이 배치되어 있다.

즉, 언와인더(U)와 리와인더(R) 사이에서 웹(W)은 언와인더(U)로부터 풀려나와 인쇄 작업을 위해 다수의 프린팅 유닛(10)으로 공급 및 이송되고 리와인더(R)로 다시 감긴다.

여기서 프린팅 유닛(10)은 웹(W)에 레지스터 마크를 출력하는 프린팅 실린더(11)와, 전자회로 패턴이 가공되고 프린팅 실린더(11)의 상측에서 웹(W)을 가압하는 임프레션 롤(12)과, 프린팅 실린더(11)에 동력을 전하여 구동하는 전동기(13) 및 전동기(13)에 구동 전류를 공급하는 드라이버(14)를 포함하고 있다.

이러한 프린팅 유닛(10)의 개수를 도 1에서는 3개로 상정하여 도시하였으나, 이는 규격이나 필요 등에 따라 변경할 수 있고, 그 사이에는 웹(W)의 장력을 제어하는 기능을 하는 댄서(danser)가 구비될 수 있음은 물론이다.

그리고 프린팅 유닛(10)에 의해 웹(W)상에 인쇄된 각 레지스터 마크를 인식하는 다수의 인식장치(20)가 구비되어 있다.

예를 들면, 인식장치(20)는 웹(W)의 장력을 측정하는 로드셀, 웹(W)상에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 인식하는 광전식 포토셀이나 비전 시스템 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 다수의 인식장치(20)로부터 레지스터 마크의 위치 신호를 입력받아 상호 비교하여 레지스터 에러를 검출하는 레지스터 제어기(30)가 구비되어 있다.

예를 들면, 레지스터 제어기(30)는 웹(W)의 장력을 측정하는 로드셀, 웹(W)상에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 인식하는 광전식 포토셀이나 비전 시스템 중 어느 하나의 입출력 정보를 활용해 레지스터 에러를 검출할 수 있다.

아울러 레지스터 제어기(30)로부터 전달받은 제어 신호에 따라 다수의 프린팅 유닛(10) 및 인피드 롤(51)을 개별적으로 제어하는 주제어기(40)가 구비되어 있다.

여기서 레지스터 제어기(30)는 웹(W)이 다수의 프린팅 유닛(10)이 배치되어 있는 프린팅 존(printing zone)을 통과할 때, 다수의 인식장치(20)로부터 레지스터 마크의 위치 신호들을 입력받고, 입력된 위치 신호를 상호 비교하여 레지스터 에러를 산출하고, 산출된 레지스터 에러 값을 주제어기(40)로 전송할 수 있다.

또한, 주제어기(40)는 웹(W)이 인피드 존(infeed zone)에 있는 경우 별도의 로드셀로부터 웹(W)의 장력값을 입력받고, 이를 일정하게 유지하도록 인피드 유닛(50)을 제어할 수 있다.

그리고 프린팅 유닛(10)들 중 맨 처음의 프린팅 유닛(10)에 송급되는 웹(W)의 장력을 일정하게 유지하도록 하는 인피드 유닛(50)이 장치되어 있다.

여기서 인피드 유닛(50)은 웹(W)을 이송하는 인피드 롤(51)과, 이 인피드 롤(51)의 상측에서 웹(W)을 가압하는 임프레션 롤(52)과, 인피드 롤(51)에 동력을 전하여 구동하는 전동기(53) 및 전동기(53)에 구동 전류를 공급하는 드라이버(54)를 포함하고 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 프린팅 유닛(10)들 중 선행 프린팅 유닛(10)의 프린팅 실린더(11)에는 웹(W)에 제1레지스터 마크(M1)를 그 이송 방향으로 일정한 간격을 두고 인쇄하기 위한 레지스터 마크 패턴이 음각되어 있다.

그리고 선행 프린팅 유닛(10)과 일정한 간격을 두고 배치되어 있는 후행 프린팅 유닛(10)의 프린팅 실린더(11)에는 웹(W)에 제1레지스터 마크(M1)와 서로 다른 제2레지스터 마크(M2)를 그 이송 방향으로 일정한 간격을 두고 인쇄하기 위한 레지스터 마크 패턴 음각되어 있다.

여기서 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2)는 중첩 인쇄 시 각 인쇄 중간의 위치 오차를 측정하기 위한 기준으로서 사용하는 마크로, 그 형상 또는 모양은 엑스(×), 다이아몬드(◇), 원(○), 크로스(＋) 등과 같이 다양하게 형성될 수 있다.

그리고 인식장치(20)는 웹(W)에 인쇄된 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2)를 촬영하여 영상 이미지를 획득하기 위해 이미지 프로세싱에 필요한 모든 입출력 기능을 수행한다.

여기서 인식장치(20)로는 동일한 마크를 촬영할 수 있는 에어리어 스캔(Area scan) 카메라 타입을 채용하는 것이 바람직하며, 이외에도 CCD, CMOS 등과 같은 이미지 센서를 사용하는 카메라 또는 라인 스캔(Line scan) 카메라를 채용할 수도 있다.

또한, 인식장치(20)는 웹(W)에 인쇄된 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2)를 감지하는 트리거 센서나 레지스터 제어기(30) 등으로부터 작동 신호를 입력받아 촬영 동작을 수행하고, 촬영된 영상자료는 레지스터 제어기(30)로 보내도록 프로그램될 수 있다.

그리고 레지스터 제어기(30)는 인식장치(20)에서 획득된 영상 이미지에서 제1레지스터 마크(M1)의 중심과, 이 제1레지스터 마크(M1)와 인접한 제2레지스터 마크(M2)의 중심으로부터 웹(W)의 이송 방향과, 그 웹(W)의 이송 방향과 수직 방향으로의 중심간 거리를 측정하여 연속적으로 레지스터 에러를 산출한다.

여기서 프린팅 실린더(11)와 임프레션 롤(12)의 선속도 차이를 발생시켜 오차의 기울기를 보상하고, 프린팅 실린더(11)를 구동하는 전동기(13)에 펄스 신호를 보냄으로써 인위적으로 위상을 이동시키거나 상대변위를 발생시켜 정렬 오차를 감소시킬 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 다수의 프린팅 유닛(10)은 웹(W)에 서로 다른 모양의 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2)를 웹(W)의 이송 방향으로 일정한 간격을 두고 인쇄하는데, 그 웹(W)에 인쇄된 레지스터 마크는 인식장치(20)를 통해 영상 이미지 형태로 획득할 수 있다.

이때, 순차적이고 연속적인 영상 이미지 획득은 서로 인접하고 서로 다른 모양을 가지는 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2)가 하나의 화면에 포함되도록 하여 획득한다.

다음으로, 레지스터 제어기(30)는 영상처리 알고리즘을 통해 서로 다른 모양의 제1레지스터 마크(M1)와 제2레지스터 마크(M2) 중심과 그 중심간 거리, 즉 제1레지스터 마크(M1)의 중심과, 이 제1레지스터 마크(M1)와 인접한 제2레지스터 마크(M2)의 중심으로부터 웹(W)의 이송 방향(MD)과, 웹(W)의 이송 방향과 수직 방향(CD)으로의 중심간 거리를 측정하여 연속적으로 레지스터 에러를 검출한다(S101).

이 과정에서 레지스터 제어기(30)는 웹(W)의 장력을 측정하는 로드셀, 웹(W)상에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 인식하는 광전식 포토셀이나 비전 시스템 중 어느 하나의 입출력 정보를 활용해 레지스터 에러를 검출할 수도 있다.

이후, 주제어기(40)는 레지스터 제어기(30)로부터 전달받은 레지스터 에러가 허용되는 값의 범위 내에 있는지 판단한다(S103).

판단 결과, 레지스터 에러가 허용 범위를 초과하면, 그 레지스터 에러값으로부터 레지스터 에러가 검출되기 직전에 위치한 선행 프린팅 실린더(11)의 각속도 변경을 위한 제1보정값을 산출한다(S105).

이후, 제1보정값에서 미리 정해진 임계치만큼 순차적으로 감산하여 후행 프린팅 실린더(11)들의 각속도 변경을 위한 제2보정값을 순서에 따라 각각 산출한다(S107). 이때, 선행 프린팅 실린더(11)에 인접하고 연속적으로 배치된 후행 프린팅 실린더(11)들을 순서대로 구분한다.

이어서 선행 프린팅 실린더(11)의 구동축에 동력을 제공하는 전동기(13)에 제1보정값으로 오차 제어 신호를 전송하고(S109), 이와 동시에 후행 프린팅 실린더(11)들의 구동축에 동력을 제공하는 전동기(13)에 각각 제2보정값으로 오차 제어 신호를 전송하여 레지스터 에러를 제거한다(S111).

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법은 하나의 선행 프린팅 실린더(11)에 대한 오차 제거 신호를 출력할 때 그보다 다음에 인접하는 후행 프린팅 실린더(11)에도 미리 정해진 임계치로 오차 제거 신호를 출력함으로써 레지스터 에러만큼 선행 또는 후행 프린팅 실린더(11)의 회전속도와 위치, 웹(W)의 이송속도를 정밀하게 제어하여 동기화 및 중첩 인쇄의 정밀도를 높일 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

10: 프린팅 유닛(printing unit) 11: 프린팅 실린더(printing cylinder)
12: 임프레션 롤(impression roll) 20: 인식장치
30: 레지스터 제어기 40: 주제어기
41: 드라이버(driver) 42: 전동기(motor)
50: 인피드 유닛 51: 인피드 롤(infeed roll)
52: 임프레션 롤 M1: 제1레지스터 마크
M2: 제2레지스터 마크 W: 웹(web)

Claims

다음의 각 단계로 이루어지는 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법.
(A) 일정한 간격을 두고 연속적으로 배치되어 있는 다수의 프린팅 실린더 사이를 이동하는 웹에 인쇄된 레지스터 마크 측정을 통해 레지스터 에러를 검출하는 단계
(B) 검출된 레지스터 에러가 허용되는 값의 범위 내에 있는지 판단하는 단계
(C) 판단 결과, 레지스터 에러가 허용 범위를 초과하면, 상기 레지스터 에러값으로부터 상기 레지스터 에러가 검출되기 직전에 위치한 선행 프린팅 실린더의 각속도 변경을 위한 제1보정값을 산출하는 단계
(D) 상기 선행 프린팅 실린더에 인접하고 연속적으로 배치된 후행 프린팅 실린더들을 순서대로 구분하고, 상기 제1보정값에서 미리 정해진 임계치만큼 순차적으로 감산하여 상기 후행 프린팅 실린더들의 각속도 변경을 위한 제2보정값을 순서에 따라 각각 산출하는 단계
(E) 상기 선행 프린팅 실린더의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 상기 제1보정값으로 오차 제어 신호를 전송하고, 상기 후행 프린팅 실린더들의 구동축에 동력을 제공하는 전동기에 각각 상기 제2보정값으로 오차 제어 신호를 전송하여 상기 레지스터 에러를 제거하는 단계
제1항에 있어서,
상기 (A) 단계에서 상기 레지스터 에러는,
웹의 장력을 측정하는 로드셀, 웹상에 인쇄된 레지스터 마크의 위치를 인식하는 광전식 포토셀이나 비전 시스템 중 어느 하나의 입출력 정보를 활용해 산출하는, 롤투롤 인쇄전자 시스템의 레지스터 에러 선행 보정방법.