KR20230050981A

KR20230050981A - 웹 선속도 제어 시스템 및 이를 이용한 웹 선속도 제어방법

Info

Publication number: KR20230050981A
Application number: KR1020210134427A
Authority: KR
Inventors: 김재영; 김현창; 강동우; 김경록; 이택민; 박평원; 이승현
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2021-10-08
Filing date: 2021-10-08
Publication date: 2023-04-17

Abstract

웹 선속도 제어 시스템 및 이를 이용한 웹 선속도 제어방법에서, 상기 웹 선속도 제어시스템은 풀림롤에 권취된 상태로부터 감김롤로 권취되며 이송되는 웹(web)의 선속도를 제어하며, 제1 구동부 및 제2 구동부를 포함한다. 상기 제1 구동부는 상기 풀림롤을 회전 구동시킨다. 상기 제2 구동부는 상기 감김롤을 회전 구동시킨다. 이 경우, 상기 웹이 이송됨에 따라, 권취된 웹이 풀리며 반경이 감소되는 풀림롤의 반경, 또는 웹이 권취됨에 따라 반경이 증가하는 감김롤의 반경을 고려하여, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도가 제어된다.

Description

웹 선속도 제어 시스템 및 이를 이용한 웹 선속도 제어방법{CONTROL SYSTEM FOR WEB VELOCITY AND METHOD FOR CONTROLLING WEB VELOCITY USING THE SAME}

본 발명은 웹 선속도 제어시스템 및 이를 이용한 웹 선속도 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 롤투롤(roll-to-roll) 공정에서 웹이 일정한 장력을 유지하며 일정한 선속도를 유지한 상태로 연속 생산 공정을 수행할 수 있도록 제어하는 웹 선속도 제어시스템 및 이를 이용한 웹 선속도 제어방법에 관한 것이다.

롤투롤(roll-to-roll)을 이용한 연속 생산 공정에서는 웹을 일정한 속도 및 일정한 장력으로 이송시키는 것이 필요하다. 특히, 웹의 이송속도나 장력을 바탕으로 웹에 대한 인쇄 공정시 인쇄 토출 시기나 동작을 제어하게 되므로, 롤투롤 생산 공정에서의 공정의 안정성과 균일한 생산성을 유지하기 위해서는 이러한 웹의 속도와 장력을 일정하게 유지하는 것은 필수적이다.

이에 이러한 롤투롤 공정에서의 웹의 속도나 장력을 균일하게 유지하거나 제어하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-0923541호에서는 웹 핸들링 시스템의 와인딩 공정에서 테이퍼 장력제어방법에 관한 기술을 개시하고 있으며, 이를 통해 공정의 안정성과 품질 향상을 도모하고 있다.

또한, 일본국 등록특허 제5547008호에서는 웹 인쇄 시스템의 프린트 헤드의 토출 동작 시스템을 개시하고 있으며, 이를 통해 웹의 속도에 대응하는 위치에서의 잉크 토출을 제어하는 기술을 개시한다.

그러나, 롤투롤 공정에서는 웹은 풀림롤(unwinder)로부터 감김롤(rewinder)로 연속적으로 이송되는 것으로, 공정의 진행에 따라 풀림롤의 반경은 감소하며 감김롤의 반경은 증가하게 된다. 또한, 이러한 풀림롤 또는 감김롤의 반경 변화는 웹의 속도에 영향을 미치게 되는데, 현재까지 이러한 반경 변화가 웹의 속도에 미치는 영향을 고려하여 웹의 속도나 장력을 제어하는 기술은 개발되지 못하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0923541호 일본국 등록특허 제5547008호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 연속 공정의 진행에 따른 감김롤과 풀림롤의 반경 변화를 고려하여 롤투롤(roll-to-roll) 공정에서 웹이 일정한 장력을 유지하며 일정한 선속도를 유지한 상태로 연속 생산 공정을 수행하고, 한 쌍의 구동기만을 이용하여 웹의 장력과 웹의 선속도를 제어함으로써, 공정의 균일성, 안정성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 웹 선속도 제어시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 웹 선속도 제어시스템을 이용한 웹 선속도 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 웹 선속도 제어시스템은 풀림롤에 권취된 상태로부터 감김롤로 권취되며 이송되는 웹(web)의 선속도를 제어하며, 제1 구동부 및 제2 구동부를 포함한다. 상기 제1 구동부는 상기 풀림롤을 회전 구동시킨다. 상기 제2 구동부는 상기 감김롤을 회전 구동시킨다. 이 경우, 상기 웹이 이송됨에 따라, 권취된 웹이 풀리며 반경이 감소되는 풀림롤의 반경, 또는 웹이 권취됨에 따라 반경이 증가하는 감김롤의 반경을 고려하여, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도가 제어된다.

일 실시예에서, 상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 어느 하나의 회전 속도는, 상기 웹의 선속도를 일정하게 유지하도록 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 다른 하나의 회전 속도는, 상기 웹의 장력을 일정하게 유지하도록 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 풀림롤과 상기 감김롤의 사이에서, 상기 웹의 장력을 측정하는 제1 센서부, 및 상기 풀림롤과 상기 감김롤의 사이에서, 상기 웹의 선속도를 측정하는 제2 센서부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 구동부에 구동 신호를 제공하는 제1 구동제어부, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하는 제2 구동제어부, 및 상기 제1 및 제2 센서부들로부터 측정된 정보를 제공받는 정보 획득부를 포함하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 구동제어부는, 상기 정보 획득부에서 획득되는 상기 웹의 장력 정보를 바탕으로, 상기 제1 구동부에 구동 신호를 제공하여, 상기 풀림롤의 회전을 통해 상기 웹의 장력을 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 구동제어부는, 상기 정보 획득부에서 획득되는 상기 웹의 선속도 정보를 바탕으로, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하여, 상기 감김롤의 회전을 통해 상기 웹의 선속도를 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어유닛은, 상기 웹의 이송에 따라 가변되는 상기 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 연산하는 연산부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 연산부는, 상기 웹이 권취된 풀림롤의 초기 반경, 상기 웹이 권취되는 감김롤의 초기 반경, 및 상기 웹이 이송된 시간을 바탕으로, 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 연산할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 구동제어부는, 상기 연산부에서 연산된 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 바탕으로, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하여 상기 감김롤의 회전속도를 제어할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 웹 선속도 제어방법은 풀림롤에 권취된 상태로부터 감김롤로 권취되며 이송되는 웹(web)의 선속도를 제어한다. 상기 풀림롤을 회전 구동시켜, 상기 웹을 기 설정된 장력으로 구동시킨다. 상기 감김롤을 회전 구동시켜, 상기 웹을 기 설정된 선속도로 구동시킨다. 상기 웹이 이송됨에 따라, 권취된 웹이 풀리며 반경이 감소되는 풀림롤의 반경, 또는 웹이 권취됨에 따라 반경이 증가하는 감김롤의 반경을 고려하여, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도를 제어한다. 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도가 제어되며 상기 웹이 이송된다.

일 실시예에서, 상기 웹이 이송되는 단계에서, 상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 어느 하나의 회전 속도는 상기 웹의 선속도를 일정하게 유지하도록 제어되고, 상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 다른 하나의 회전 속도는, 상기 웹의 장력을 일정하게 유지하도록 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도를 제어하는 단계는, 상기 웹이 권취된 풀림롤의 초기 반경, 및 상기 웹이 권취되는 감김롤의 초기반경에 대한 정보를 획득하는 단계, 상기 웹의 이송 시간에 따른 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 가변되는 감김롤의 반경을 연산하는 단계, 및 상기 연산된 가변되는 풀림롤의 반경 또는 가변되는 감김롤의 반경을 바탕으로, 회전속도에 대한 제어신호를 생성하여 상기 감김롤을 구동하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 감김롤을 구동하는 단계에서, 상기 가변되는 감김롤의 반경을 바탕으로 생성된 제어신호로 상기 감김롤의 회전속도를 제어하고, 상기 가변되는 풀림롤의 반경을 바탕으로 생성된 제어신호는, 상기 감김롤의 회전속도 제어에서 피드포워드(feedforward) 신호로 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 웹을 기 설정된 장력으로 구동시키는 단계에서, 상기 풀림롤의 회전 구동을 위한 구동신호는 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공되고, 상기 웹을 기 설정된 선속도로 구동시키는 단계에서, 상기 감김롤의 회전 구동을 위한 구동 신호도 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 롤투롤 연속 생산공정에서 웹의 이송에 따라 풀림롤에 감겨진 웹은 풀려 풀림롤의 전체 반경은 감소하고, 감김롤에는 웹이 감겨져 감김롤의 전체 반경은 증가하는데, 종래에는 이러한 풀림롤이나 감김롤의 반경 변화를 고려하지 않고 웹의 이송속도를 제어하였다. 이에, 본 실시예를 통해 상기 풀림롤이나 감김롤의 반경 변화를 고려하여 웹의 이송속도, 즉 풀림롤이나 감김롤의 회전 속도를 제어함으로써, 보다 정확하게 웹의 이송속도를 제어할 수 있다.

이 경우, 풀림롤이나 감김롤의 반경 변화를 별도의 측정 유닛으로 측정하지 않고, 풀림롤 및 감김롤의 초기 반경 및 웹이 이송된 시간을 바탕으로 예측함으로써, 반경 변화에 대한 간단하면서도 정확한 예측 알고리즘을 적용할 수 있어, 별도의 측정 유닛을 생략하여 전체 롤투롤 생산 시스템의 구성을 단순화할 수 있다.

한편, 웹의 이송시에는 이송 속도와 웹의 장력이 일정하게 유지되는 것이 필요한데, 본 실시예를 통해, 풀림롤은 웹의 장력을 일정하게 유지하기 위해 제어되고, 감김롤은 웹의 이송속도를 일정하게 유지하기 위해 제어되므로, 웹의 장력과 이송속도에 대한 동시 제어가 가능하다.

또한, 상기 풀림롤의 반경 변화에 대한 예측 결과는, 상기 풀림롤의 회전속도를 제어함에 직접 사용되지는 않지만, 상기 감김롤의 회전속도를 제어함에 있어 피드포워드(feedfoward) 정보로 사용됨으로써, 웹의 이송 속도에 대한 제어의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웹 선속도 제어시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 풀림롤 및 감김롤에서의 웹 이송상태를 도시한 모식도이다.
도 3은 도 1의 웹 선속도 제어시스템을 이용한 웹 선속도 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 롤 반지름 변화 추정 알고리즘 적용단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 5a 및 도 5b는 웹 선속도가 0.1m/s이고 웹 장력이 38N인 경우의 웹 장력 및 웹 선속도의 측정 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 6a 및 도 6b는 웹 선속도가 0.2m/s이고 웹 장력이 38N인 경우의 웹 장력 및 웹 선속도의 측정 결과를 나타낸 그래프들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 웹 선속도 제어시스템을 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 풀림롤 및 감김롤에서의 웹 이송상태를 도시한 모식도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 웹 선속도 제어시스템(10, 이하 제어시스템이라 함)은 롤투롤(roll-to-roll) 연속 생산공정에서의 웹(web)의 이송속도를 제어하는 것으로, 롤투롤 연속 생산시스템의 구성을 모두 포함한다.

이에, 상기 제어시스템(10)은, 풀림롤(unwinder, 100), 제1 구동부(150), 감김롤(rewinder, 200), 제2 구동부(250), 웹(web, 300), 아이들 롤러(idle roller, 310), 제1 센서부(320), 제2 센서부(330), 및 제어유닛(400)을 포함한다.

또한, 상기 제어유닛(400)은 연산부(410), 정보 획득부(420), 제1 구동제어부(430) 및 제2 구동 제어부(440)를 포함한다.

한편, 상기 제어시스템(10)을 구성하는 하드웨어들은 베이스 프레임(20) 상에 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 웹(300)은 상기 풀림롤(100)에 권취된 상태에서, 화살표 방향으로 이송되면서 상기 감김롤(200)로 권취되는 것으로, 상기 웹(300)이 연속적으로 이송되는 과정에서, 도시하지는 않았으나 소정의 인쇄 등의 제반 생산 공정이 상기 웹(300) 상에 수행됨은 주지의 사실이다.

또한, 상기 풀림롤(100) 및 상기 감김롤(200)은 모두 롤러(roller)의 형상을 가지는 것으로, 외주면 상에 상기 웹(300)이 중첩되며 권취된다.

이 경우, 상기 제1 구동부(150)는 상기 풀림롤(100)에 연결되어, 상기 풀림롤(100)이 회전 구동하도록 구동력을 제공하며, 마찬가지로, 상기 제2 구동부(250)는 상기 감김롤(200)에 연결되어, 상기 감김롤(200)이 회전 구동하도록 구동력을 제공한다.

상기 제1 구동부(150)의 경우, 예를 들어 구동모터일 수 있으며, 상기 제1 구동 제어부(430)에서 생성되는 제어신호, 즉 구동 신호를 통해 구동이 제어된다. 마찬가지로, 상기 제2 구동부(250)의 경우도, 예를 들어 구동모터일 수 있으며, 상기 제2 구동 제어부(440)에서 생성되는 제어신호, 즉 구동 신호를 통해 구동이 제어된다.

한편, 상기 제1 구동부(150) 및 이와 연결되는 상기 풀림롤(100)은 상기 베이스 프레임(20) 상에 형성되는 제1 고정 프레임(110)에 의해 고정될 수 있으며, 상기 제2 구동부(250) 및 이와 연결되는 상기 감김롤(200)은 상기 베이스 프레임(20) 상에 형성되는 제2 고정 프레임(210)에 의해 고정될 수 있다.

상기 아이들 롤러(310)는 복수개가 상기 풀림롤(100)과 상기 감김롤(200)의 사이에 배치되며, 상기 아이들 롤러들(310)은 상기 웹(300)의 이송에 따라 회전되는 것으로, 상기 웹(300)이 장력을 유지하며 이송되도록 보조한다.

상기 제1 센서부(320)는 상기 풀림롤(100)과 상기 감김롤(200)의 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있으며, 상기 아이들 롤러들(310) 사이에 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 제1 센서부(320)는 상기 아이들 롤러(310)와 같이 상기 웹(300)의 이송에 따라 회전할 수 있으며, 상기 이송되는 웹(300)의 장력을 측정한다. 또한, 상기 제1 센서부(320)에서 측정된 상기 웹(300)의 장력에 관한 정보는 실시간으로 상기 정보 획득부(420)로 제공된다.

한편, 상기 제1 센서부(320)는 상기 웹(300)의 장력을 측정할 수 있는 센서이면 충분하고 그 종류는 제한되지는 않는다.

상기 제2 센서부(330)는 상기 아이들 롤러들(310) 중 적어도 하나의 롤러에 설치될 수 있으며, 상기 제2 센서부(330)는 상기 이송되는 웹(300)의 이송속도, 즉 선속도를 측정한다.

이 경우, 상기 제2 센서부(330)는 예를 들어, 로터리 엔코더(rotary encoder)일 수 있다. 또한, 상기 제2 센서부(330)에서 측정되는 상기 웹(300)의 이송속도에 관한 정보도 실시간으로 상기 정보 획득부(420)로 제공된다.

본 실시예에 의한 상기 제어시스템(10)은 상기 풀림롤(100)의 회전 속도, 즉 각속도와 상기 감김롤(200)의 회전 속도, 즉 각속도를 제어함으로써, 상기 웹(300)의 이송속도 및 장력을 일정하게 유지한다.

다만, 상기 웹(300)은 초기 상태에서는 상기 풀림롤(100)에 권취된 상태이며, 공정의 수행과 함께 상기 웹(300)은 이송되고, 이에 따라 상기 풀림롤(100)에 권취되었던 상기 웹(300)은 상기 감김롤(200)로 권취되기 시작한다.

즉, 롤투롤 공정이 수행됨에 따라, 상기 웹(300)은 이송하게 되고, 이에 상기 풀림롤(100)에 권취되었던 상기 웹(300)은 상기 감김롤(200)로 권취되고, 최종적으로 상기 감김롤(200)로 모두 권취되어 공정은 종료된다.

이상과 같이, 상기 웹(300)이 이송됨에 따라, 상기 풀림롤(100)은 물론 상기 감김롤(200)의 전체 반경(301, 302), 즉 롤러의 반경과 롤러에 권취된 웹을 포함한 전체 반경(이하에서는, 설명의 편의상 풀림롤의 반경 및 감김롤의 반경은 웹이 권취된 상태에서의 롤러와 웹의 전체 반경을 의미하는 것으로 설명한다, 도 2의 참조번호 301 및 302 참조)은 가변된다.

즉, 시간의 경과에 따라 상기 풀림롤(100)의 반경은 감소하게 되며, 상기 감김롤(200)의 반경은 증가하게 된다.

다만 본 실시예에서는, 이러한 풀림롤(100)의 반경 및 감김롤(200)의 반경의 변화를 별도의 센서부를 통해 측정하지 않고, 상기 연산부(410)에서 시간의 경과에 따라 가변되는 반경을 예측한다.

즉, 상기 웹(300)은 일정한 속도로 연속적으로 이송되므로, 상기 웹(300)이 이송된 시간(t), 상기 웹(300)이 권취된 상기 풀림롤(100)의 초기 반경(r₀), 및 상기 웹(300)이 권취되는 상기 감김롤(200)의 초기 반경(r_c) 정보만을 바탕으로, 상기 시간의 경과에 따라 가변되는 상기 풀림롤(100)의 반경(r_unwinder) 및 상기 감김롤(200)의 반경(r_rewinder)을 예측할 수 있다.

즉, 상기 연산부(410)에서는, 상기 웹의 이송 시간(t), 상기 풀림롤의 초기 반경(r₀) 및 상기 감김롤의 초기 반경(r_c)에 대한 정보를 바탕으로, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 및 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))를 연산한다.

이상과 같이, 본 실시예의 경우, 상기 연산부(410)에서 연산되는 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 및 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))를 바탕으로, 상기 웹(300)의 이송속도를 일정하게 유지하기 위한, 상기 풀림롤(100)의 구동 제어신호와 상기 감김롤(200)의 구동 제어신호를 생성한다.

즉, 상기 제1 구동 제어부(430)에서는 상기 풀림롤(100)의 구동 제어신호를 생성하여 상기 제1 구동부(150)로 제공할 수 있으며, 상기 제2 구동 제어부(440)에서는 감김롤(200)의 구동 제어신호를 생성하여 상기 제2 구동부(250)로 제공할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 한 쌍의 풀림롤(100) 및 감김롤(200) 중 어느 하나의 롤러를 제어함으로써 상기 웹(300)의 장력을 제어하며, 다른 하나를 제어함으로써 상기 웹(300)의 이송속도를 제어할 수 있다.

이에, 상기 연산부(410)에서 연산되는 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 및 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t)) 중 어느 하나의 정보만을 이용하여, 상기 풀림롤(100)의 회전 구동을 제어하거나 상기 감김롤(200)의 회전 구동을 제어하여, 상기 웹(300)의 이송속도를 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 연산부(410)에서 연산되는 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t)) 정보를 이용하여, 상기 제2 구동 제어부(400)에서 상기 제2 구동부(250)에 대한 제어 신호를 생성하고, 이를 통해 상기 감김롤(200)의 회전 구동을 제어하여, 상기 웹(300)의 이송속도를 제어할 수 있다.

이 경우, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)) 정보는, 피드포워드(feedforward) 신호로, 제어의 정확성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

나아가, 이상과 같이, 상기 감김롤(200)의 회전 구동을 제어하여 상기 웹(300)의 이송속도를 제어한다면, 상기 풀림롤(100)의 회전 구동을 제어하여 상기 웹(300)의 장력을 제어하게 된다.

이와 달리, 예를 들어, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)) 정보를 통해, 상기 풀림롤(100)의 회전 구동을 제어하여, 상기 웹(300)의 이송속도를 제어할 수도 있다. 이 경우, 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t)) 정보가 피드포워드(feedforward) 신호로, 제어의 정확성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

나아가, 이상과 같이, 상기 풀림롤(100)의 회전 구동을 제어하여 상기 웹(300)의 이송속도를 제어한다면, 상기 감김롤(200)의 회전 구동을 제어하여 상기 웹(300)의 장력을 제어함은 자명하다.

한편, 상기 연산부(410)에서 연산되는 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 및 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))는, 도 2를 참조하면, 하기 식 (1) 및 식 (2)로 연산될 수 있다.

식 (1)

식 (2)

이 때, ΔT는 웹(300)의 두께이며, L(t)는 웹(300)의 시간에 따른 길이 변화인 것으로 하기 식 (3)과 같이 정의된다.

식 (3)

이 때, V_ref는 웹(300)의 선속도(V_web)로서 본 실시예에서는 일정하게 유지되도록 제어되어야 하는 인자이며, 하기 식 (4)와 같이 정의된다.

식 (4)

이 때, r(t)는 r_rewinder(t)이며(앞서 설명한 바와 같이, r_unwinder(t)일 수도 있음), w(t)는 감김롤(200)의 회전 속도, 즉 각속도이다.

이상과 같이, 상기 식 (1) 내지 식 (4)를 통해, 상기 웹(300)의 이송속도를 일정하게 유지하게 위한 상기 감김롤(200)의 회전 속도의 제어를 위한 제어신호를 획득할 수 있다.

이하에서는, 도 3 및 도 4를 추가로 참고하여, 상기 제어시스템(10)을 이용한 웹 선속도 제어방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 도 1의 웹 선속도 제어시스템을 이용한 웹 선속도 제어방법을 도시한 흐름도이다. 도 4는 도 3의 롤 반지름 변화 추정 알고리즘 적용단계를 구체적으로 도시한 흐름도이다.

우선, 도 3을 참조하면, 상기 웹 선속도 제어방법(이하, 제어방법이라 함)에서는, 상기 제1 구동 제어부(430)에서 발생되는 구동신호를 바탕으로, 상기 제1 구동부(150)가 상기 풀림롤(100)을 회전 구동시킨다(단계 S10).

그리하여, 상기 풀림롤(100)의 회전에 따라, 상기 웹(300)에는 기 설정된 장력이 인가하게 되며, 최종적으로 상기 웹(300)을 기 설정된 장력으로 구동시키게 된다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 상기 풀림롤(100) 및 상기 감김롤(200) 중 어느 하나는 상기 웹(300)의 장력을 제어하는 것으로, 상기 풀림롤(100)이 장력을 제어하는 구동을 수행하는 것을 예시하여 설명하였다.

이 경우, 상기 풀림롤(100)의 회전에 따라 상기 웹(300)을 기 설정된 장력까지 구동하도록 하기 위해, 상기 제1 구동 제어부(430)에서는 상기 제1 구동부(150)의 구동신호를, 소위 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공한다.

그리하여, 갑자기 큰 구동신호를 제공함에 따라 상기 풀림롤(100)에 과도한 회전 구동이 인가되어 상기 웹(300)의 안정적인 이송의 문제를 야기하지 않으며, 최종적으로 요구되는 장력에 이르기까지 천천히 구동신호를 단계적으로 제공함으로써 안정적으로 상기 웹(300)이 소정의 장력을 가지도록 유도할 수 있다.

나아가, 상기 웹(300)이 기 설정된 장력에 도달하였는가의 여부는, 앞서 설명한 상기 제1 센서부(320)를 통해 측정되는 상기 웹(300)의 장력에 관한 정보를 상기 정보 획득부(420)를 통해 제공받을 수 있으며, 이에 따라, 상기 제1 구동제어부(430)는 상기 정보 획득부(420)의 획득 정보를 바탕으로 제어를 수행하게 된다.

이 후, 도 3을 참조하면, 상기 제2 구동 제어부(440)에서 발생되는 구동신호를 바탕으로, 상기 제2 구동부(250)가 상기 감김롤(200)을 회전 구동시킨다(단계 S20).

그리하여, 상기 감김롤(200)의 회전에 따라, 상기 웹(300)은 기설정된 선속도를 가지도록 구동하게 된다. 이 경우, 상기 감김롤(200)을 제어하여 상기 웹(300)의 장력을 제어한다면, 상기 풀림롤(100)을 제어하여 상기 웹(300)의 선속도를 제어하는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

이 경우, 상기 감김롤(200)의 회전에 따라 상기 웹(300)을 기 설정된 선속도까지 구동하기 위해, 상기 제2 구동 제어부(440)에서는 상기 제2 구동부(250)의 구동신호를, 소위 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공한다.

그리하여, 갑자기 큰 구동신호를 제공함에 따라 상기 감김롤(200)에 과도한 회전 구동이 인가되어 상기 웹(300)의 안정적인 이송의 문제를 야기하지 않으며, 최종적으로 요구되는 선속도에 이르기까지 천천히 구동신호를 단계적으로 제공함으로써 안정적으로 상기 웹(300)이 소정의 선속도를 가지도록 유도할 수 있다.

나아가, 상기 웹(300)이 기 설정된 선속도에 도달하였는가의 여부는, 앞서 설명한 상기 제2 센서부(330)를 통해 측정되는 상기 웹(300)의 선속도에 관한 정보를 상기 정보 획득부(420)를 통해 제공받을 수 있으며, 이에 따라, 상기 제2 구동제어부(440)는 상기 정보 획득부(420)의 획득 정보를 바탕으로 제어를 수행하게 된다.

이상과 같이, 상기 웹(300)이 기 설정된 장력 및 기 설정된 선속도로 이송된 후, 상기 제어방법에서는, 상기 웹(300)이 기 설정된 선속도를 일정하게 유지하기 위한 제어를 수행한다.

즉, 도 3을 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 감김롤(200)의 회전 구동을 제어하여, 상기 웹(300)을 기 설정된 선속도로 일정하게 유지하도록 제어하는데(단계 S30), 구체적인 제어방법은 도 4에서와 같다.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 상기 웹(300)의 선속도 유지를 위한 제어에서는, 우선, 상기 연산부(410)에서 제어를 위해 필요한 정보를 연산하여 도출한다.

즉, 상기 웹(300)이 권취된 상기 풀림롤(100)의 초기 반경(r₀), 및 상기 웹(300)이 권취되는 상기 감김롤(200)의 초기 반경(r_c) 정보를 획득한다(단계 S31).

그리고, 상기 웹(300)은 일정한 속도로 연속적으로 이송되는 상태이므로, 상기 웹(300)이 이송된 시간(t) 정보를 바탕으로, 상기 연산부(410)에서 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 또는 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))를 연산한다(단계 S32).

즉, 상기 연산부(410)에서는, 상기 웹의 이송 시간(t), 상기 풀림롤의 초기 반경(r₀) 및 상기 감김롤의 초기 반경(r_c)에 대한 정보를 바탕으로, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t)), 또는 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))를 연산한다.

이 경우, 상기 감김롤(200)의 제어를 통해 웹(300)의 이송속도를 제어하는 경우, 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))가 연산되어야 하며, 후술되는 피드포워드(feedforward) 제어를 위해서 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t))도 연산될 수 있다.

나아가, 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t)), 및 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t))는 앞서 설명한 식 (1) 및 식 (2)를 통해 연산된다.

이와 달리, 상기 풀림롤(100)의 제어를 통해 웹(300)의 이송속도를 제어하는 경우, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t))가 연산되어야 하며, 후술되는 피드포워드(feedforward) 제어를 위해서 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))도 연산될 수 있다.

이 후, 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경 변화(r_rewinder(t))를 바탕으로 상기 제2 구동 제어부(440)에서는 제2 구동부(250)의 구동에 대한 제어신호를 생성하여, 상기 감김롤(200)의 회전속도를 제어한다(단계 S33).

즉, 앞선 식 (4)를 통해 설명한 바와 같이, 상기 웹(300)의 선속도(V_web)는 상기 감김롤(200)의 시간에 따른 반경(r_rewinder(t))이 가변됨에 따라 상기 감김롤(200)의 회전속도, 즉 각속도(w(t))를 제어함으로써 일정하게 유지될 수 있다.

이에, 상기 제2 구동 제어부(440)에서는 상기 연산부(410)의 연산결과를 바탕으로, 상기 감김롤(200)의 회전속도를 제어하도록 제어신호를 생성하고, 이를 통해 상기 웹(300)의 선속도는 일정하게 유지될 수 있다.

이 경우, 상기 웹(300)의 선속도가 일정하게 유지되는가의 여부는, 상기 제2 센서부(330)를 통해 피드백 받을 수 있다.

따라서, 상기 제2 구동 제어부(440)에서 발생하는 제어신호를 바탕으로 상기 제2 구동부(250)가 제어되며, 이를 통해 상기 감김롤(200)은 구동된다(단계 S34).

한편, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t))에 관한 정보는, 소위 피드포워드(feedforward)를 위해 사용될 수 있다.

즉, 상기 풀림롤(100)의 시간에 따른 반경 변화(r_unwinder(t))를 바탕으로, 상기 제1 구동 제어부(430)에서는 제1 구동부(150)의 구동에 대한 제어신호를 피드포워드(feedforward) 신호로 생성하여, 상기 풀림롤(100)의 회전속도를 피드포워드 제어할 수 있다(단계 S35).

이상과 같이, 상기 풀림롤(100)과 상기 감김롤(200)의 구동을 제어하면서, 상기 웹(300)의 이송속도가 일정하게 유지되도록 웹을 이송하며, 필요한 롤투롤 생산공정을 수행하게 된다(단계 S40).

도 5a 및 도 5b는 웹 선속도가 0.1m/s이고 웹 장력이 38N인 경우의 웹 장력 및 웹 선속도의 측정 결과를 나타낸 그래프들이다.

도 5a를 참조하면, 앞서 설명한 제어시스템(10)을 이용한 제어방법을 통해 웹의 장력을 제어하는 경우, 웹의 선속도가 0.1m/s로 유지되는 상태에서 웹의 장력을 제1 센서부(320)를 통해 측정한 결과 일정한 장력 38N을 나타냄을 확인하였다.

또한, 도 5b를 참조하면, 앞서 설명한 제어시스템(10)을 이용한 제어방법을 통해 웹의 선속도를 제어하는 경우, 웹의 장력이 38N으로 유지되는 상태에서 웹의 선속도를 상기 제2 센서부(330)를 통해 측정한 결과 일정한 선속도 0.1m/s를 유지함을 확인하였다.

이상과 같이, 본 실시예를 통한 제어시스템(10)을 이용하여 웹의 장력을 일정한 수준으로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 웹 선속도가 0.2m/s이고 웹 장력이 38N인 경우의 웹 장력 및 웹 선속도의 측정 결과를 나타낸 그래프들이다.

마찬가지로, 도 6a를 참조하면, 앞서 설명한 제어시스템(10)을 이용한 제어방법을 통해 웹의 장력을 제어하는 경우, 웹의 선속도가 0.2m/s로 유지되는 상태에서 웹의 장력을 제1 센서부(320)를 통해 측정한 결과 일정한 장력 38N을 나타냄을 확인하였다.

또한, 도 6b를 참조하면, 앞서 설명한 제어시스템(10)을 이용한 제어방법을 통해 웹의 선속도를 제어하는 경우, 웹의 장력이 38N으로 유지되는 상태에서 웹의 선속도를 상기 제2 센서부(330)를 통해 측정한 결과 일정한 선속도 0.2m/s를 유지함을 확인하였다.

이상과 같이, 본 실시예를 통한 제어시스템(10)을 이용하여 웹의 선속도도 일정한 수준으로 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 도 5b 및 도 6b에서 일정하게 발생하는 에러(점선 표시부분)는 정전기(static electricity)에 의한 신호 에러이며, 실질적으로 웹의 선속도의 오차에 해당되지 않는다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 롤투롤 연속 생산공정에서 웹의 이송에 따라 풀림롤에 감겨진 웹은 풀려 풀림롤의 전체 반경은 감소하고, 감김롤에는 웹이 감겨져 감김롤의 전체 반경은 증가하는데, 종래에는 이러한 풀림롤이나 감김롤의 반경 변화를 고려하지 않고 웹의 이송속도를 제어하였다. 이에, 본 실시예를 통해 상기 풀림롤이나 감김롤의 반경 변화를 고려하여 웹의 이송속도, 즉 풀림롤이나 감김롤의 회전 속도를 제어함으로써, 보다 정확하게 웹의 이송속도를 제어할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 웹 선속도 제어시스템
100 : 풀림롤 150 : 제1 구동부
200 : 감김롤 250 : 제2 구동부
300 : 웹(web) 310 : 아이들 롤러
320 : 제1 센서부 330 : 제2 센서부
400 : 제어유닛 410 : 연산부
420 : 정보 획득부 430 : 제1 구동제어부
440 : 제2 구동제어부

Claims

풀림롤에 권취된 상태로부터 감김롤로 권취되며 이송되는 웹(web)의 선속도를 제어하며,
상기 풀림롤을 회전 구동시키는 제1 구동부; 및
상기 감김롤을 회전 구동시키는 제2 구동부를 포함하고,
상기 웹이 이송됨에 따라, 권취된 웹이 풀리며 반경이 감소되는 풀림롤의 반경, 또는 웹이 권취됨에 따라 반경이 증가하는 감김롤의 반경을 고려하여, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 어느 하나의 회전 속도는, 상기 웹의 선속도를 일정하게 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제2항에 있어서,
상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 다른 하나의 회전 속도는, 상기 웹의 장력을 일정하게 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제1항에 있어서,
상기 풀림롤과 상기 감김롤의 사이에서, 상기 웹의 장력을 측정하는 제1 센서부; 및
상기 풀림롤과 상기 감김롤의 사이에서, 상기 웹의 선속도를 측정하는 제2 센서부를 더 포함하는 웹 선속도 제어시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1 구동부에 구동 신호를 제공하는 제1 구동제어부, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하는 제2 구동제어부, 및 상기 제1 및 제2 센서부들로부터 측정된 정보를 제공받는 정보 획득부를 포함하는 제어유닛을 더 포함하는 웹 선속도 제어시스템.
제4항에 있어서, 상기 제1 구동제어부는,
상기 정보 획득부에서 획득되는 상기 웹의 장력 정보를 바탕으로, 상기 제1 구동부에 구동 신호를 제공하여, 상기 풀림롤의 회전을 통해 상기 웹의 장력을 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제4항에 있어서, 상기 제2 구동제어부는,
상기 정보 획득부에서 획득되는 상기 웹의 선속도 정보를 바탕으로, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하여, 상기 감김롤의 회전을 통해 상기 웹의 선속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제7항에 있어서, 상기 제어유닛은,
상기 웹의 이송에 따라 가변되는 상기 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 연산하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제8항에 있어서, 상기 연산부는,
상기 웹이 권취된 풀림롤의 초기 반경, 상기 웹이 권취되는 감김롤의 초기 반경, 및 상기 웹이 이송된 시간을 바탕으로, 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 연산하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
제8항에 있어서, 상기 제2 구동제어부는,
상기 연산부에서 연산된 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 감김롤의 반경을 바탕으로, 상기 제2 구동부에 구동 신호를 제공하여 상기 감김롤의 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어시스템.
풀림롤에 권취된 상태로부터 감김롤로 권취되며 이송되는 웹(web)의 선속도를 제어하는 웹 선속도 제어방법에서,
상기 풀림롤을 회전 구동시켜, 상기 웹을 기 설정된 장력으로 구동시키는 단계;
상기 감김롤을 회전 구동시켜, 상기 웹을 기 설정된 선속도로 구동시키는 단계;
상기 웹이 이송됨에 따라, 권취된 웹이 풀리며 반경이 감소되는 풀림롤의 반경, 또는 웹이 권취됨에 따라 반경이 증가하는 감김롤의 반경을 고려하여, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도를 제어하는 단계; 및
상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도가 제어되며 상기 웹이 이송되는 단계를 포함하는 웹 선속도 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 웹이 이송되는 단계에서,
상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 어느 하나의 회전 속도는 상기 웹의 선속도를 일정하게 유지하도록 제어되고,
상기 풀림롤 및 상기 감김롤 중 다른 하나의 회전 속도는 상기 웹의 장력을 일정하게 유지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 풀림롤 또는 상기 감김롤의 회전 속도를 제어하는 단계는,
상기 웹이 권취된 풀림롤의 초기 반경, 및 상기 웹이 권취되는 감김롤의 초기반경에 대한 정보를 획득하는 단계;
상기 웹의 이송 시간에 따른 상기 가변되는 풀림롤의 반경 또는 상기 가변되는 감김롤의 반경을 연산하는 단계; 및
상기 연산된 가변되는 풀림롤의 반경 또는 가변되는 감김롤의 반경을 바탕으로, 회전속도에 대한 제어신호를 생성하여 상기 감김롤을 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 감김롤을 구동하는 단계에서,
상기 가변되는 감김롤의 반경을 바탕으로 생성된 제어신호로, 상기 감김롤의 회전속도를 제어하고,
상기 가변되는 풀림롤의 반경을 바탕으로 생성된 제어신호는, 상기 감김롤의 회전속도 제어에서 피드포워드(feedforward) 신호로 사용되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 웹을 기 설정된 장력으로 구동시키는 단계에서, 상기 풀림롤의 회전 구동을 위한 구동신호는 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공되고,
상기 웹을 기 설정된 선속도로 구동시키는 단계에서, 상기 감김롤의 회전 구동을 위한 구동 신호도 램프신호(ramp signal) 형식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 웹 선속도 제어방법.