TW201425183A - 具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法，其於糾偏控制系統中設置有速度適應控制單元，並且於導正用的滾輪處設置偵測速度的編碼器，以獲得該滾輪的轉動速度和薄膜的傳送速度，進而讓糾偏過程能考量到線速度變化以進行適應精確控制，能使控制精度越來越逼近目標值，省去重新設定參數的人力，因而縮短系統安裝的設定時間。

Description

具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法

    本發明係一種具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法，尤指一種設置有速度適應控制單元，涵蓋了線速度變化的範疇，因而進行適應精確控制之具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法。

    新一代的顯示器發展方向係在於「軟」之特性，因為軟性材料所製備的可撓性顯示器(flexible display)具有可塑性、重量輕、耐衝擊等優於現有硬式玻璃顯示器的優點，且其摺疊特性將可突破現有顯示器之外形、結構、與應用等限制，再配合現代越來越重視環保與輕便、傾向減少使用紙張的理想推波助瀾之下，軟性顯示器可望取代這些目前社會所習慣閱讀資訊的紙張。
    而除了取代紙張之外，可撓性顯示器還可進一步應用在尚未有顯示功能的產品上，例如罐頭、衣服或是捲曲式螢幕上，因此潛在龐大的商機。
    因此，先進國家和相關科技大廠無不同步關注軟性電子產業的發展，期望藉由此技術帶動新世代產品的蓬勃。而如何擴大可撓性顯示器的市場，就與如何大量生產、低成本連續運轉製造等製程問題息息相關。
    而軟性／撓性材料在捲對捲(Roll-to-Roll, R2R)的傳輸過程中，這些形成薄膜狀的材料很容易在滾動的過程中產生位移，因偏離而影響到其行走精度，因此是必要提出解決的辦法以提高製程良率。
    薄膜產生位移，特別是產生橫向位移時，其可能造成收捲不齊、皺摺、捲邊的狀況，或是在印刷時造成歪斜；而發生位移的原因在所多有，可能為隨機式的干擾，例如負載的突然變化、感測器受到雜訊、受到外在的溫度的變化，或是由於系統的老化、燃料與機件的損耗等等皆會引起系統參數的變化出現於系統中，將使得薄膜與滾輪接觸面產生薄膜的橫向偏移。
    另外，當薄膜牽引力不足時，會導致滾輪與薄膜之間的摩擦力降低，增加薄膜在滾輪表面產生滑動現象的可能性，當薄膜產生滑動現象時會脫離原本的路徑而產生橫向偏移。
    再者，若滾輪之間的架設不平行，則當滾輪開始轉動後，薄膜會因左右兩側擺動幅度不同而產生橫向偏移；在滾輪因組裝精確度有限，以及在傳輸時受牽引力所產生的力矩作用影響下，勢必會使薄膜產生橫向偏移。
    於現有技藝中，中華民國專利申請號097148824曾揭示了一種自動對位系統及其控制方法，此自動對位系統是由傳動機構、張力計及糾偏裝置所組成。傳動機構用以沿著傳動方向輸送薄膜；張力計用以量測薄膜所承受之張力值；而糾偏裝置則包括糾偏感知器及糾偏滾輪。當糾偏感知器偵測到薄膜之行進方向偏離傳動方向偏移角度時，會輸出調整訊號，此時糾偏滾輪就會依據調整訊號往一個調整方向移動，以將薄膜之行進方向調整至實質上平行於傳動方向。糾偏滾輪係依據張力值，決定往調整方向之移動速度。
    此種尋邊控制的方法是在於加入對張力的偵測，並依據張力值，決定往調整方向之移動速度，因而調控糾偏裝置；然而事實上，薄膜張力的改變對於糾偏裝置的影響是很小的。

    本發明之主要目的，係提供一種具速度適應之糾偏控制系統，其不採用比例積分控制器，而是透過設置速度適應控制單元，在與既有的控制器整合後，建立出有別於現有的結構。
    本發明之次要目的，係提供一種具速度適應之糾偏控制系統，其與速度適應控制單元整合的控制器係為模糊控制器。
    本發明之另一目的，係提供一種具速度適應之糾偏控制系統，其係透過設置編碼器以及傳動輪，因而取得薄膜的傳送速度。
    本發明之再一目的，係提供一種具速度適應之糾偏控制系統之運用方法，其係供應速度適應控制單元取得薄膜的傳送速度、偏離位移以及偏離位移速度，以一速度適應參數，進而透過此速度適應參數而使導正用的滾輪產生一位移角度，以修正薄膜之偏離位移。
    為了達到上述之目的，本發明揭示了一種具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法，其於結構上係包含：一滾輪組，其具有平行架設之一第一滾輪以及一第二滾輪，並藉由滾動而傳送一薄膜；以及一糾偏裝置，其係包含：一邊緣感測器，設置於該第二滾輪之一側，對齊該薄膜之一邊緣，其取得該薄膜之一偏離位移；一編碼器，設置於該第二滾輪之一側，其偵測該薄膜之一傳送速度；以及一控制器，與該第二滾輪、該邊緣感測器以及該編碼器電性連接，其具有一速度適應控制單元，該速度適應控制單元接收該偏離位移以及該傳送速度；其中，該第二滾輪受該速度適應控制單元輸出之一速度適應參數而產生位移，以修正該薄膜之該偏離位移。而於運作方法上，則是利用上述的結構，讓速度適應控制單元取得速度的變化而提供一速度適應參數，進而使控制精度逐漸逼近目標值，讓薄膜能回到正常的方向。

    為使對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
    首先，請參考第一圖，其係為本發明之具速度適應之糾偏控制系統之側面之結構示意圖，其元件係包含了：一滾輪組1、一控制器2、一邊緣感測器3、一編碼器4以及一傳動輪41；而當中的控制器2、邊緣感測器3、編碼器4以及傳動輪41共同組成了本發明中的糾偏裝置。
    詳言之，滾輪組1包含了第一滾輪11以及第二滾輪12，兩者係呈平行架設，以透過滾動而讓跨設於第一滾輪11及第二滾輪12上之薄膜5得以被傳送，此薄膜5之厚度小於200微米；控制器2則是與第二滾輪12電性連接，其可以在薄膜5於傳送過程產生偏離位移時，透過些許調整第二滾輪12的角度而讓薄膜5回到正常的傳送方向。因此於本發明中，第二滾輪12又可被稱為導正滾輪。
    另外，本發明更包含一第三滾輪13，設置於第二滾輪12之後而用於收捲薄膜5，且其設置時係平行於該第一滾輪11。
    於本發明中，控制器2中具備了速度適應控制單元21，其可以自編碼器4取得薄膜5之傳送速度、自邊緣感測器3取得薄膜5之偏離位移以及藉由運算得到薄膜5之偏離位移速度，以產生一速度適應參數來對第二滾輪12做調整。取得速度適應參數後，可進一步藉由與一模糊控制單元整合而架構為模糊控制器，此整合可以在輸送速度改變時，免除了需要人力重新設定控制器參數的工作，而可自發性地調整第二滾輪12而修正薄膜5的偏離位移。
    邊緣感測器3設置於第二滾輪11之一側，相對於被第一滾輪11和第二滾輪12所傳送的薄膜5之邊緣，並電性連接於控制器2，邊緣感測器3用以取得薄膜5之偏離位移，並將偏離位移的數值回饋至控制器2以計算調整之量。
    編碼器4是設置於第二滾輪12之一側，並與控制器2電性連接，其偵測該第二滾輪12之轉動速度，而將該轉動速度提供於控制器2之速度適應控制單元21。其中，編碼器4包含一傳動輪41，傳動輪41與第二滾輪12相接觸，因而取得第二滾輪12之轉動速度，經過計算進而獲得該薄膜5之傳送速度。
    本發明中，此具速度適應之糾偏控制系統的運作方法則請參考第二圖，在基於前述的元件揭露之下，其包含步驟：
S1：該滾輪組之該第一滾輪與該第二滾輪傳送該薄膜，該薄膜具有一傳送速度；
S2：該邊緣感測器偵測該薄膜之該偏離位移；
S3：該速度適應控制單元取得該薄膜之該傳送速度、該偏離位移以及一偏離位移速度，產生一速度適應參數；以及
S4：使用該速度適應參數而使該第二滾輪產生位移，以修正該薄膜之該偏離位移。
    請一併參考第二圖之步驟以及第三圖所示之控制架構，本發明於步驟S1中，係為滾輪組1輸送薄膜5行進，薄膜5在此行進的過程中，會在機械方向(Machine Direction, MD)具有一傳送速度V。
    而在薄膜5的行進過程中，基於各種可能的因素而產生偏離位移Y（沿滾輪軸向），因此本發明於步驟S2中，藉由邊緣感測器3偵測到薄膜5之偏離位移Y，然後將此偏離位移Y之值傳輸回控制器2。
    在速度適應控制單元21處，其會取得三個數值做處理，分別係為：薄膜5之偏離位移Y、薄膜5在MD方向上的傳送速度V、薄膜5的目標值Sp與偏離位移之差值e的變化率(d(Sp-Y)/dt)，也就是薄膜5之偏離位移速度V_Y。速度適應控制單元21會將其整合補償後，基於歸屬函數，輸出為速度適應參數R。
    此速度適應控制單元21中，初期可將MD上的傳送速度V分為高、中、低三段速度，每一段速度都有其匹配之誤差與誤差變化率的語言變數歸屬函數圖；如第四圖所示，其中ZE1與ZE2的斜率是影響最後收斂效果最大的參數。同時本發明於此加入了速度適應控制單元21的自我適應法則，也就是當誤差e的變化量大於誤差e的均方根時，ZE1與ZE2的靈敏度增加；而當誤差e的變化量小於誤差e的均方根時，ZE1與ZE2的靈敏度就減少。
    本發明於此實施例是將速度適應控制單元21與模糊控制單元22進行整合，係利用速度適應控制單元21做較大的調整，再由模糊控制單元22做細部的修正，因此速度適應參數R就會被送進模糊控制單元22進行處理。此模糊控制單元22會先將速度適應參數R模糊化(Fuzzifierion)，然後於模糊推論機構(Fuzzy Inference Mechanism)運用模糊規則庫(Fuzzy Rule Base)所設定的運算法則，推論出一個模糊輸出量，也就是將模糊集合轉換至為明確的輸出值r作輸出，然後驅動馬達6而調整第二滾輪12，使第二滾輪12偏擺一角度，進而讓第二滾輪12上的薄膜5能夠被導正。
    本發明並不限定於採用模糊控制單元22為下達指令的控制單元，使用類似之控制單元進行細部的調整亦可。雖然單獨採用模糊控制單元22可以有效的針對匹配式干擾與非匹配式干擾(干擾發生不在控制力之方向)進行抑制，但僅有模糊控制單元22無法針對線速度變化進行反應，因此需要人力重新進行設定參數。故本發明透過使用速度適應控制單元21，涵蓋了線速度變化的範疇，進行適應精確控制，而能使薄膜位置越來越逼近目標值，能為智能型的演進並縮短系統安裝的設定時間。
    本發明於模型推導的過程則請參考第五A~C圖，其中第五A圖係為理想的薄膜偏移示意圖，其係讓透過調整第二滾輪12的角度而使薄膜產生位移。於此圖中，當薄膜5從捲出端的第一滾輪11傳送至收捲端的第三滾輪13時，藉由導正用的第二滾輪12產生的位移量，而造成收捲端薄膜5的橫向偏移，其中T為薄膜張力值，V為薄膜的傳送速度，L₁與L₂為滾輪間距，y₀與y_L分別為第一滾輪11與第二滾輪12之薄膜5橫向偏移量(透過前述之邊緣感測器3偵測薄膜5之邊緣51而取得)。θ₀、θ_L與θ_E分別為第一滾輪11、第二滾輪12與第三滾輪13位置的薄膜5邊緣51與X軸之夾角，θ_r為第二滾輪12與Y軸之夾角，c為第二滾輪12中心與第二滾輪12作用位置之距離。
    第五B圖係為簡化之模型，建立第一滾輪11和第二滾輪12之基本薄膜糾偏理論之數學模型。



其中L為第一滾輪11和第二滾輪12之間的距離。
    第五C圖係為進一步取第三滾輪13進行模型推導，其中l為薄膜5之長度。



    在薄膜於第一滾輪至第二滾輪的移動上，其所產生的偏移時間即為τ，此即為傳統糾偏過程中所疏漏的部分，因未考慮到此延遲而致使調控失效。
    本發明中的具速度適應之糾偏控制系統存在著多個優點，其能針對薄膜速度變化，將糾偏控制器參數進行適應性調整，亦即本發明係具有對應薄膜線速度變化調控參數敏感度之技術，因而能進行適應精確控制，而使控制精度越來越逼近目標值，可大幅縮短人力對系統安裝的設定時間，無疑為提供一具經濟和實用價值之具速度適應之糾偏控制系統及其運作方法。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1．．．滾輪組

11．．．第一滾輪

12．．．第二滾輪

13．．．第三滾輪

2．．．控制器

21．．．速度適應控制單元

22．．．模糊控制單元

3．．．邊緣感測器

4．．．編碼器

41．．．傳動輪

5．．．薄膜

51．．．邊緣

6．．．馬達

Y、y₀、y_L．．．偏離位移

V．．．傳送速度

V_Y．．．偏離位移速度

Sp．．．目標值

e．．．差值

R．．．速度適應參數

r．．．輸出值

T．．．薄膜張力值

L、L₁、L₂．．．滾輪間距

θ₀、θ_L、θ_E、θ_r．．．夾角

c．．．距離

l．．．薄膜長度

S1．．．步驟1

S2．．．步驟2

S3．．．步驟3

S4．．．步驟4

第一圖：其係為本發明之側面結構示意圖；
第二圖：其係為本發明之運作方法之步驟流程圖；
第三圖：其係為本發明之控制架構圖；
第四圖：其係為本發明中之速度適應控制單元之歸屬函數圖；
第五A圖：其係為理想之薄膜偏移示意圖；
第五B圖：其係為第一滾輪與第二滾輪之推導模型；以及
第五C圖：其係為第三滾輪之推導模型。

12．．．第二滾輪

2．．．控制器

21．．．速度適應控制單元

22．．．模糊控制單元

3．．．邊緣感測器

6．．．馬達

V．．．傳送速度

V_Y．．．偏離位移速度

Y．．．偏離位移

Sp．．．目標值

e．．．差值

R．．．速度適應參數

r．．．輸出值

Claims (11)

1. 一種具速度適應之糾偏控制系統，其係包含：
   一滾輪組，其具有平行架設之一第一滾輪以及一第二滾輪，並藉由滾動而傳送一薄膜；以及
   一糾偏裝置，其係包含：
   一邊緣感測器，設置於該第二滾輪之一側，相對該薄膜之一邊緣，其取得該薄膜之一偏離位移；
   一編碼器，設置於該第二滾輪之一側，其偵測該薄膜之一傳送速度；以及
   一控制器，與該第二滾輪、該邊緣感測器以及該編碼器電性連接，其具有一速度適應控制單元，該速度適應控制單元接收該偏離位移以及該傳送速度；
   其中，該第二滾輪受該速度適應控制單元輸出之一速度適應參數而產生位移，以修正該薄膜之該偏離位移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之糾偏控制系統，其中該控制器更包含一模糊控制單元，其接收該速度適應控制單元輸出之速度適應參數而進一步運算為一輸出值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之糾偏控制系統，其中該編碼器包含一傳動輪，該傳動輪係與該第二滾輪相接觸，取得該第二滾輪之轉動速度，而獲得該薄膜之該傳送速度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之糾偏控制系統，其中該控制器更與一馬達相連接，以調整該第二滾輪而偏擺一角度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之糾偏控制系統，其中該薄膜之厚度小於200微米。
6. 如申請專利範圍第1項所述之糾偏控制系統，其中該滾輪組更包含一第三滾輪，設置於該第二滾輪之後而收捲該薄膜，且其係平行於該第一滾輪。
7. 一種具速度適應之糾偏控制系統之運作方法，其步驟係包含：
   一滾輪組之一第一滾輪與一第二滾輪傳送一薄膜，該薄膜具有一傳送速度；
   一邊緣感測器偵測該薄膜之一偏離位移；
   一速度適應控制單元取得該薄膜之該傳送速度、該偏離位移以及一偏離位移速度，產生一速度適應參數；以及
   使用該速度適應參數而使該第二滾輪產生位移，以修正該薄膜之該偏離位移。
8. 如申請專利範圍第7項所述之糾偏控制系統之運作方法，其中該傳送速度係由該編碼器之一傳動輪與該第二滾輪相接觸而取得。
9. 如申請專利範圍第7項所述之糾偏控制系統之運作方法，其中該速度適應參數更傳送至一模糊控制單元，該模糊控制單元經由模糊推論處理而取得一輸出值。
10. 如申請專利範圍第9項所述之糾偏控制系統之運作方法，其中該輸出值驅動一馬達而使該第二滾輪偏擺一角度。
11. 如申請專利範圍第7項所述之糾偏控制系統之運作方法，其中該速度適應控制單元係使用歸屬函數而輸出該速度適應參數。