KR20140089469A - 롤투롤 시스템 능동형 장력제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기에 관한 것으로서, 내부에 장착된 모터의 회전운동을 Z축 방향의 상하운동으로 변경하는 Z축 자동 스테이지와; Z축 스테이지 위 동축 상에 장착되어 스테이지 상의 Z축 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 로드셀과; 로드셀 동축 상에 장착되어 롤투롤 시스템의 웹의 이송을 안내하고 웹의 뒷면에 힘을 가하거나 해제하는 가이드롤과; 로드셀로부터 현재 장력 정보를 취득하여 Z축 자동 스테이지에 장착된 모터의 회전속도와 회전량을 제어하는 제어기; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하여, 동일 위치상에서 장력을 측정하고 제어함으로써 기존 댄서 타입의 장력제어기의 문제점이었던 측정부와 액츄에이터부의 시간 지연의 요인을 근본적으로 제거하여 장력제어 정밀도를 높일 수 있어 인쇄전자와 같은 높은 제어 정밀도를 요하는 시스템에 적합하며 간단한 구조로 인해 최소한의 설치 공간을 차지하여 롤투롤 시스템의 장비 패키지 최적화가 가능하고 기존에 설계된 시스템이나 신규 제작되는 시스템에 관계없이 장력제어가 필요한 부분에 쉽게 적용 가능한 장점이 있다.

Description

롤투롤 시스템 능동형 장력제어장치{Roll to Roll System Active Tension Controller}

본 발명은 연속공정 롤투롤 시스템에서 소재 이송 중에 발생하는 장력의 외란을 모터를 이용한 Z축 스테이지를 통하여 제어하는 것으로, 특히 Z축 스테이지 상단에 장착된 로드셀을 통하여 장력 외란을 측정하고, Z축 스테이지에 장착된 모터의 회전 속도 및 회전량을 피드백 제어하여 Z축 스테이지의 연속적인 상하 이동을 통해 웹에 가해지는 장력을 직접 조절하는 정밀 장력제어를 가능하게 하는 롤투롤 시스템에서의 능동형 장력 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

필름, 제지, 철강 섬유 등과 같이 유연하고 길이 방향으로 연속적인 소재를 의미하는 웹 소재를 이용, 가공, 인쇄 및 저장하기 위한 연속 공정 시스템은 리와인더(Rewinder), 언와인더(Unwinder), 다단의 인쇄모듈, 사행제어기, 장력제어기 및 아이들 롤 등 여러가지 요소들로 구성된다. 이러한 롤투롤 공정 시스템은 다단의 중첩 인쇄 또는 코팅 공정을 가지며 정밀한 중첩인쇄를 위하여 정밀한 레지스터 제어를 필요로 하며, 특히 전자소자 등을 인쇄하고자 하는 인쇄전자용 시스템은 기존의 직물, 철강 등의 연속공정시스템에 적용되던 장력제어장치보다 훨씬 정밀한 시스템을 필요로 한다.

기존의 연속 공정 시스템에서 장력을 제어하는 방법은 웹 상에 설치된 댄서의 변위 또는 웹의 장력을 측정하여 댄서에 장착된 액츄에이터 또는 스프링의 탄성력을 통해 장력을 제어하는 방식과, 인쇄 모듈 사이에 인피터롤과 로드셀을 추가하고 인피더롤의 마찰력 제어를 통해 장력을 직접적으로 제어하는 방식 등이 있다.

도 1은 종례 기술의 일례에 의한 것으로 댄서를 이용한 장력제어기의 설명도이다.

댄서는 공압실린더 또는 스프링에 의해 링크의 회전 중심점을 기준으로 회전운동하도록 되어 있다. 공압실린더에 공급되는 공압을 일정하게 유지하거나 설정된 스프링력에 의해 웹에 가해진 장력의 외란을 상쇄하여 이를 일정하게 하는 구조로 능동적으로 장력을 제어하기보다는 발생된 외란을 흡수하는 형태의 수동적 구조를 가진다.

상기와 같은 종래의 기술은 고속의 정밀도를 요하지 않는 직물 생산 및 철강 기술에 관한 것이어서 고정밀도를 요하는 인쇄전자시스템에 적용하기에는 정밀도가 떨어져 적합하지 않다. 또한, 복잡한 구조로 인하여 설치 넓은 설치 공간을 요구하며 각 시스템의 구조에 맞게 장력제어장치의 기구설계를 변경해야 하므로 호환성이 떨어지는 문제점도 있다. 또한, 장력을 측정하는 측정부와 이를 제어하기 위한 액츄에이터부가 독립적으로 각각 설치되어 있어 응답 지연 등의 외란을 일으키는 요소를 내포하고 있어 제어의 불안정성을 부추기는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 특히 모터가 장착되어 위치제어가 가능한 Z축 스테이지 위에 로드셀과 가이드 롤러가 장착되어 장력제어를 수행하고자 하는 롤투롤 시스템의 구조와 관계없이 쉽게 장착 가능하고 장력의 측정과 웹에 가해지는 힘을 직접 조절하는 구동부를 일체화하여 시간 지연에 따른 외란 요소를 없애고 웹에 가해지는 장력을 직접적으로 정밀 제어함으로써 고정밀제어를 요하는 롤투롤 시스템에 적합한 능동형 장력 제어 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 내부에 장착된 모터의 회전운동을 Z축 방향의 상하운동으로 변경하는 Z축 자동 스테이지와; Z축 스테이지 위에 장착되어 스테이지 상의 Z축 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 로드셀과; 로드셀 위에 장착되어 롤투롤 시스템의 웹의 이송을 안내하고 웹의 후면에 힘을 가하거나 해제하는 가이드롤과; 로드셀로부터 현재 장력 정보를 취득하여 Z축 자동 스테이지에 장착된 모터의 회전속도와 회전량을 제어하는 제어기를; 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 한다.

바람직하게는, Z축 자동 스테이지는 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 볼스크류와; 볼스크류와 모터의 샤프트를 연결하는 커플링과; 모터의 샤프트와 평행한 방향의 볼스크류의 이송량을 Z축 방향으로 증폭하여 변환하는 기구부를; 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 자동제어가 가능한 Z축 스테이지 구조를 통해 기존에 제작되었던 장비나 신규 제작되는 장비 등의 구조와 관계없이 쉽게 능동형 장력제어기가 장착 가능하여 정밀한 인쇄를 요하는 롤투롤 시스템의 장력제어 정밀도를 높여 인쇄 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 장력을 측정하는 로드셀과 장력을 제어하는 Z축 스테이지를 동일 축 상에 배치하는 구조로 장력 측정위치와 장력을 조절하는 액츄에이터 간의 물리적 거리로 인한 작동 시간차에 의한 외란을 물리적으로 제거하여 기존의 장력제어기에 비해 제어 정밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술의 일례에 의한 것으로 댄서를 이용한 장력제어기의 설명도
도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기 구성을 보여주는 도면
도 3은 능동형 장력제어기 전개도
도 4는 도 2에 도시된 동력구동부 전개도
도 5는 본 발명의 일례에 의한 것으로 롤투롤 시스템의 장력제어기 적용도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기 구성을 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기는 Z축 스테이지를 구성하는 기구부(100)와, 기구부 내측에 장착되어 제어기의 신호에 따라 모터 회전운동을 직선운동으로 변환하는 동력전달부(200)와, Z축 스테이지 상단에 장착된 로드셀(300)과, 로드셀 상단에 장착된 가이드롤(400)과, 로드셀로부터 장력 정보를 받아 모터에 제어 신호를 인가하는 제어기로 구성된다.

기구부(100)는 링크를 2중 라보잭 타입으로 교차하고 링크(102)가 연결되는 힌지점(101)에 동력구동부를 고정하여 동력전달부의 직선운동이 상하 양단의 링크에 동시에 전달되어 기존의 라보잭 구조에 비해 2배의 이송거리를 갖는 구조이다. 링크가 연결되는 힌지가 하판(103) 또는 상판(104)에 고정되어 있지 않아 상하 동작 시 불안정한 동작을 보강하기 위하여 가이드부(105)를 기구부 측면에 설치하여 흔들림없이 상하운동을 할 수 있도록 한다.

도 4는 동력전달부를 보여준다.

동력전달부(200)는 Z축 스테이지의 상하운동에 따라 같이 움직일 수 있도록 링크의 힌지점(101)에 일측면에 볼스크류 너트(201)를 고정하도록 지지대(202)를 고정하고 반대측 힌지점에 모터(203)를 고정하도록 지지대(204)를 고정한다. 고정된 모터와 볼스크류(205)는 커플링(206)으로 연결하고 볼스크류의 처침을 방지하기 위하여 힌지점 양단에 설치된 지지대에 샤프트(207)와 리니어부시(208)를 볼스크류 양 측면에 설치한다. 볼스크류의 고정을 위해 리니어 양측 힌지 사이에 고정판(209)을 설치하여 볼스크류의 고정 및 수평을 유지하도록 한다.

Z축 스테이지의 상하 운동량을 제한하기 위하여 스테이지의 상하 운동량을 확인할 수 있는 타겟(301)과 Z축 스테이지의 시작점과 하한점을 인지하기 위한 원점센서(302)와 상한점을 인지하기 위한 상사점 리밋센서(303)가 모터 고정 지지대(204)의 하부에 브라켓(304) 상단에 고정한다.

도 4는 본 발명의 일례에 의한 것으로 롤투롤 시스템에 적용한 능동형 장력제어기 적용도를 나타낸다.

장력을 제어하고자 하는 구간에 본 발명에 의한 능동형 장력제어기(1)를 설치하고 전후단에 웹(2) 상의 장력 측정을 위한 지지점 역할을 하는 아이들롤러(3)를 배치한다. 웹 이송에 따라 인가된 장력은 장력제어기의 상단 가이드롤러의 수직방향으로 힘이 가해지게 되고 이를 가이드롤 하단에 인가된 로드셀에서 검출한다.

검출한 신호는 외부에 연결된 장력제어기에 전달되고 제어하고자 하는 기준장력값과 편차를 기준으로 모터의 회전속도와 회전량을 결정하여 구동 신호를 모터에 인가한다. 기준 장력보다 검출된 장력이 클 경우 Z축 스테이지를 하강하도록 모터를 구동하여 가이드롤 위를 지나고 있는 웹을 느슨하게 하여 장력을 줄이고, 기준 장력보다 검출된 장력이 작을 경우 Z축 스테이지를 상승시켜 스테이지 최상단에 설치된 가이드롤을 웹의 수직방향으로 밀어올려 웹을 팽팽하게 하여 장력이 커지도록 한다. 웹의 장력을 측정하는 로드셀과 웹과 직접 접촉하여 힘을 가감하는 가이롤이 동일 위치에 설치되어 있어 기존의 장력제어시스템의 문제점이었던 측정 장력값과 액츄에이터 동작 간의 시간 지연에 따른 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기에 관한 것으로서, 내부에 장착된 모터의 회전운동을 Z축 방향의 상하운동으로 변경하는 Z축 자동 스테이지와; Z축 스테이지 위 동축 상에 장착되어 스테이지 상의 Z축 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 로드셀과; 로드셀 동축 상에 장착되어 롤투롤 시스템의 웹의 이송을 안내하고 웹의 뒷면에 힘을 가하거나 해제하는 가이드롤과; 로드셀로부터 현재 장력 정보를 취득하여 Z축 자동 스테이지에 장착된 모터의 회전속도와 회전량을 제어하는 제어기; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하여, 동일 위치상에서 장력을 측정하고 제어함으로써 기존 댄서 타입의 장력제어기의 문제점이었던 측정부와 액츄에이터부의 시간 지연의 요인을 근본적으로 제거하여 장력제어 정밀도를 높일 수 있어 인쇄전자와 같은 높은 제어 정밀도를 요하는 시스템에 적합하며 간단한 구조로 인해 최소한의 설치 공간을 차지하여 롤투롤 시스템의 장비 패키지 최적화가 가능하고 기존에 설계된 시스템이나 신규 제작되는 시스템에 관계없이 장력제어가 필요한 부분에 쉽게 적용 가능한 장점이 있다.

Claims (2)

1. 롤투롤 시스템 장력제어기에 있어서,
   내부에 장착된 모터의 회전운동을 Z축 방향의 상하운동으로 변경하는 Z축 자동 스테이지와; Z축 스테이지 위 동축 상에 장착되어 스테이지 상의 Z축 방향으로 가해지는 힘을 측정하는 로드셀과; 로드셀 동축 상에 장착되어 롤투롤 시스템의 웹의 이송을 안내하고 웹의 뒷면에 힘을 가하거나 해제하는 가이드롤과; 로드셀로부터 현재 장력 정보를 취득하여 Z축 자동 스테이지에 장착된 모터의 회전속도와 회전량을 제어하는 제어기를; 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기.
2. 1항에 있어서,
   2중 링크 라보잭 타입 Z축 스테이지와;
   링크 사이에 결합된 볼스크류와;
   볼스크류상의 일측에 결합되어 볼스크류를 회전시키는 모터와;
   볼스크류상에 결합된 볼스크류너트를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 롤투롤 시스템 능동형 장력제어기

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