TW201819279A - 具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，其包含至少一擺動輪、一邊緣感測單元、兩力量感測單元、兩旋轉式致動單元以及一控制單元。各該擺動輪具有一輪軸。該邊緣感測單元設置於該薄膜之正、反兩面的一邊緣，以感測該薄膜之該邊緣的位置。該兩力量感測單元分別設置於該至少一擺動輪之該輪軸的兩側上，以偵測該輪軸兩側的受力大小。該兩旋轉式致動單元分別連接該至少一擺動輪的相對兩側。該控制單元對應控制該兩旋轉式致動單元，帶動該至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動；藉此對該薄膜同時提供即時地、動態地、精準地邊緣與張力調整。

Description

具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統及其控制方法

本創作係有關一種卷對卷傳輸系統及其控制方法，尤指一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統及其控制方法。

在各項精密產業的發展中，軟性電子的需求量也愈來愈大，而在軟性電子生產製造重要的一環，便是卷對卷(roll-to-roll, R2R)的生產製造技術。惟R2R生產製造所使用的卷料厚度愈來愈薄、材質的輕量化以及效率的考量，都驅使精密傳輸技術需要不斷提高。

請參見圖10，為現有卷對卷之薄膜傳輸系統的架構。所述傳輸系統包含對一張力控制機構100與一邊緣控制機構200。該張力控制機構100係對一薄膜300提供張力控制，此外，該邊緣控制機構200係對該薄膜300提供糾偏導正。利用該張力控制機構100與該邊緣控制機構200可分開地檢測該薄膜300的張力狀態以及邊緣狀態，並且分別針對所需調整的張力大小和/或邊緣距離進行控制。

惟上述現有卷對卷之薄膜傳輸系統對於該薄膜300的張力與邊緣係分開調整控制，再加上，該張力控制機構100與該邊緣控制機構200的設備配置佔整個傳輸系統的傳輸路徑長度較長，因此，分開配置的該張力控制機構100與該邊緣控制機構200不僅使得整個傳輸系統所需的空間更大，對於該張力控制機構100與該邊緣控制機構200的控制系統也相形較為複雜。

本創作之一目的在於提供一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，解決張力控制機構與邊緣控制機構分開配置，所造成整個傳輸系統的傳輸路徑長度較長，整個傳輸系統所需的空間更大，以及控制系統也相形較為複雜的問題。

為達成前揭目的，本創作所提出之該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，沿著一傳輸方向傳輸一薄膜，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統包含至少一擺動輪、一邊緣感測單元、兩力量感測單元、兩旋轉式致動單元以及一控制單元。各該擺動輪具有一輪軸。該邊緣感測單元設置於該薄膜之正、反兩面的一邊緣，以感測該薄膜之該邊緣的位置，且輸出一邊緣感測值。該兩力量感測單元分別設置於該至少一擺動輪之該輪軸的兩側上，以偵測該輪軸兩側的受力大小，且分別輸出兩力量感測值。該兩旋轉式致動單元分別連接該至少一擺動輪的相對兩側。該控制單元電性連接該邊緣感測單元與該兩力量感測單元，接收該邊緣感測值、該兩力量感測值以及兩扭矩力量控制命令值，並且根據該邊緣感測值、該兩力量感測值以及該兩扭矩力量控制命令值，計算並更新該兩扭矩力量控制命令值，以分別控制該兩旋轉式致動單元，帶動該至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動，進而對該薄膜同時進行邊緣與張力調整。

藉由該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，透過控制該等旋轉式致動單元以帶動該至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動，實現同時對邊緣與張力進行調整，且本創作係將張力控制與邊緣控制的機構結合一起，和先前技術相比能縮短設備傳輸長度與減少傳輸系統所需的空間。再者，利用該等感測值以及邊緣控制關係式與張力控制關係式，可快速地且精簡地計算出新的扭矩力量控制命令值，以提供即時地、動態地、精準地同時控制該至少一擺動輪的張力與邊緣。

本創作之另一目的在於提供一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，解決張力控制機構與邊緣控制機構分開配置，所造成整個傳輸系統的傳輸路徑長度較長，整個傳輸系統所需的空間更大，以及控制系統也相形較為複雜的問題。

為達成前揭目的，本創作所提出之該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，以對一薄膜同時進行邊緣與張力調整，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法包含：取得兩扭矩力量控制命令值；取得一邊緣感測值；取得兩力量感測值；根據該邊緣感測值、該兩力量感測值以及該兩扭矩力量控制命令值，計算並更新該兩扭矩力量控制命令值；以及根據更新後之該兩扭矩力量控制命令值，分別對應控制兩旋轉式致動單元，以帶動作用於該薄膜上之至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動。

藉由該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，透過控制該等旋轉式致動單元以帶動該至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動，實現同時對邊緣與張力進行調整。再者，利用該等感測值以及邊緣控制關係式與張力控制關係式，可快速地計算出新的扭矩力量控制命令值，以提供即時地、動態地、精準地控制該至少一擺動輪。

為了能更進一步瞭解本創作為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，相信本創作之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

茲有關本創作之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖1A所示，本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統係以提供對一薄膜90沿著一傳輸方向(machine direction)D_M 進行傳輸，並且捲繞該薄膜90。常見的卷對卷(roll-to-roll, R2R)傳輸系統係為惰輪(idle roll)搭配擺動輪(dancer roll)以捲繞該薄膜90為架構。在本創作中，可使用一個擺動輪或兩個擺動輪為實施態樣，然所述擺動輪的數量非用來對本創作加以限制者。以圖1A為例，即本創作之第一實施例，所述卷對卷傳輸系統包含一個擺動輪10與兩個惰輪21,22。此外，以圖2A為例，即本創作之第二實施例，所述卷對卷傳輸系統包含兩個擺動輪11,12與兩個惰輪21,22。

以下，針對兩種不同架構的所述卷對卷傳輸系統進行說明。先以所述第一實施例，請參考圖1A，其包含一個擺動輪與兩個惰輪的卷對卷傳輸系統為例說明。本創作該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統包含傳動部件與感測部件。其中，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統的傳動部件包含一擺動輪10、兩惰輪(idle roll)21,22以及兩旋轉式致動單元51,52(配合參見圖1C)。該擺動輪10具有一輪軸101，該輪軸101係軸向貫穿該擺動輪10。該兩惰輪21,22分別為一第一惰輪21與一第二惰輪22，係用以支撐該薄膜90與改變該薄膜90的傳輸方向之用。當該薄膜90進行傳輸時，該第一惰輪21與該第二惰輪22在固定的位置與高度上自由轉動。在圖1A中，僅繪出卷對卷傳輸系統的該兩惰輪21,22與該擺動輪10的部分，至於用以提供放、捲驅動的動力構件則省略。

該第一惰輪21與該第二惰輪22設置於該擺動輪10的鄰近兩側。在本實施例中，該第一惰輪21係鄰近該擺動輪10設置，且位於一傳輸方向D_M 之上游側的相對位置。此外，該第二惰輪22係鄰近該擺動輪10設置，且位於該傳輸方向D_M 之下游側的相對位置。因此，該第一惰輪21、該第二惰輪22與該擺動輪10以三輪兩間距的設置方式形成卷對卷傳輸架構。此外，為方便後續說明，在圖1A中係定義一垂直向上方向D_T ，其中該垂直向上方向D_T 係與該傳輸方向D_M 垂直並且為向上的方向。

請參見圖1B與圖1C所示，圖1B係示意該擺動輪10由該兩旋轉式致動單元51,52帶動而呈弧形路徑(即沿一擺動方向D_R )移動時，所對應該傳輸方向D_M 、該傳輸方向D_M 的反方向−D_M 、該垂直向上方向D_T 以及該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的座標分量。舉例來說，當該擺動輪10未被帶動時，該擺動輪10處於一基準位置，例如以圖1B座標的原點為所述基準位置。惟將該擺動輪10結合於圖1B所示之座標上，僅為示意該擺動輪10沿該擺動方向D_R 移動時的座標分量變化情形，而非限制該擺動輪10實際之運動方式。當該擺動輪10沿著(+D_M ,+D_T )象限方向擺動時，該擺動輪10在該垂直向上方向D_T 的移動量為ΔD_T ；反之，當該擺動輪10沿著(−D_M ,−D_T )象限方向擺動時，該擺動輪10在該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量為−ΔD_T 。

請參見圖1C所示，該兩旋轉式致動單元51,52分別為一第一旋轉式致動單元51與一第二旋轉式致動單元52，分別透過一第一連接臂61與一第二連接臂62連接該擺動輪10之該輪軸101的相對兩側，亦即，該第一旋轉式致動單元51透過該第一連接臂61連接該輪軸101的一側，該第二旋轉式致動單元52透過該第二連接臂62連接該輪軸101的另一側。在本創作中，不限定該第一連接臂61與該第二連接臂62的型態與結構，只要能作為該兩旋轉式致動單元51,52連接於該擺動輪10之該輪軸101的方式，使得該兩旋轉式致動單元51,52轉動時能夠帶動該輪軸101所對應兩側的運動，皆可用以作為該兩連接臂61,62之用，圖式所示的連接型態與結構僅為示意之用。在本創作中，為防止該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52轉動後所帶動該擺動輪10之該輪軸101的相對兩側的相互干涉，因此，該第一連接臂61與該第二連接臂62可分別透過萬向接頭(universal joint)或稱通用接頭，連接該輪軸101的相對兩側。

該第一旋轉式致動單元51或該第二旋轉式致動單元52可為一伺服馬達(servo motor)或一步進馬達(step motor)，並且配合迴路控制，以提供所述伺服馬達或步進馬達旋轉方向的往復運動，達到精確定位的操作。惟為了方便說明本創作之邊緣與張力的調整與控制，因此本文後續所稱該等旋轉式致動單元51,52則適用以表示該等旋轉式致動單元51,52之所有構件的相關作動。

接著說明本創作卷對卷傳輸系統的第二實施例，請配合參見圖2A與圖2B。相較於前述該第一實施例，本創作該第二實施例在於該卷對卷傳輸系統係提供兩擺動輪11,12分別為一第一擺動輪11與一第二擺動輪12。該第一擺動輪11具有一第一輪軸111，該第一輪軸111係軸向貫穿該第一擺動輪11。該第二擺動輪12具有一第二輪軸121，該第二輪軸121係軸向貫穿該第二擺動輪12。

該第一擺動輪11之該第一輪軸111與該第二擺動輪12之該第二輪軸121同側的一端係透過一第一連接件71相互連接。同樣地，該第一輪軸111與該第二輪軸121相側的另一端係透過一第二連接件72相互連接。如此，使得該第一擺動輪11與該第二擺動輪12形成一擺動輪組的結構。其中，該第一連接件71具有一第一中心支點P_C1 ，同樣地，該第二連接件72具有一第二中心支點。

該第一旋轉式致動單元51係連接於該第一連接件71之該第一中心支點P_C1 ，該第二旋轉式致動單元52係連接於該第二連接件72之該第二中心支點。在本創作中，不限定該第一連接件71與該第二連接件72的型態與結構，只要能作為該兩旋轉式致動單元51,52連接於該第一擺動輪11之該第一輪軸111與該第二擺動輪12之該第二輪軸121的方式，使得該兩旋轉式致動單元51,52轉動時能夠帶動所述擺動輪組所對應兩側的運動，其中該第一擺動輪11的擺動方向為D_R1 、該第二擺動輪12的擺動方向為D_R2 ，皆可用以作為該兩連接件71,72之用，圖式所示的連接型態與結構僅為示意之用。

請參見圖3，本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統更包含一邊緣感測單元30。其中該邊緣感測單元30可裝設於該卷對卷傳輸系統的一工作機台上，並且鄰近設置於該傳輸方向D_M 之上、下游側的該第一惰輪21或該第二惰輪22，且跨越該薄膜90之正、反兩面的一邊緣91，以感測該薄膜90之該邊緣91的位置。在實務操作上，該邊緣感測單元30設置於靠近該傳輸方向D_M 之下游側的該第二惰輪22，以更精準地感測該薄膜90之該邊緣91的位置。舉例來說，該邊緣感測單元30係裝設於鄰近該第二惰輪22的固定件上，其中所述固定件係固接於該工作機台上，並且延伸至該第二惰輪22上方，且未與該薄膜90接觸。藉此，該邊緣感測單元30感測該薄膜90之該邊緣91的位置，以輸出一邊緣感測值E_D 。至於該邊緣感測單元30的詳細操作，請參見後文說明。

請參見圖4，本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統更包含兩力量感測單元41,42分別為一第一力量感測單元41與一第二力量感測單元42，其中該第一力量感測單元41或該第二力量感測單元42可為一荷重計(load cell)，或稱為荷重元。以前述第一實施例為例，該第一力量感測單元41與該第二力量感測單元42係分別裝設於該擺動輪10之該輪軸101的相對兩側上(如圖4所示)，用以偵測該輪軸101兩側的受力大小。惟該兩力量感測單元41,42不以裝在該擺動輪10之該輪軸101的相對兩側為限制。在本創作中，該兩力量感測單元41,42亦可裝設於該第一惰輪21之輪軸的相對兩側或該第二惰輪22之輪軸的相對兩側，用以偵測該第一惰輪21之輪軸或該第二惰輪22之輪軸兩側的受力大小，以對應輸出一第一力量感測值F_S1 與一第二力量感測值F_S2 ，容後說明。

此外，以前述第二實施例為例，該第一力量感測單元41與該第二力量感測單元42係分別裝設於該第二擺動輪12之該第二輪軸121的相對兩側上(配合參見圖2A)，用以偵測該第二擺動輪12之該第二輪軸121兩側的受力大小。惟該兩力量感測單元41,42不以裝在該第二擺動輪12之該第二輪軸121的相對兩側為限制。在本創作中，該兩力量感測單元41,42亦可裝設於該第一擺動輪11之該第一輪軸111的相對兩側、該第一惰輪21之輪軸的相對兩側或該第二惰輪22之輪軸的相對兩側，用以偵測該第一擺動輪11之該第一輪軸111、該第一惰輪21之輪軸或該第二惰輪22之輪軸兩側的受力大小，以對應輸出該第一力量感測值F_S1 與該第二力量感測值F_S2 ，容後說明。

請參見圖5並配合參見圖1A，本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統更包含一控制單元60。該控制單元60可為具有運算能力的微控制器或微處理器，但不以此為限。該控制單元60電性連接該邊緣感測單元30、該第一力量感測單元41與該第二力量感測單元42，以接收該邊緣感測單元30所輸出的該邊緣感測值E_D 以及該第一力量感測單元41與該第二力量感測單元42所輸出的該第一力量感測值F_S1 與一第二力量感測值F_S2 。該控制單元60進一步對所接收的該邊緣感測值E_D 、該第一力量感測值F_S1 以及該第二力量感測值F_S2 進行運算與處理，以輸出一第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與一第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ，進而控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52，帶動該擺動輪10沿著該擺動方向D_R 移動，以對該薄膜90同時進行邊緣與張力調整。至於該控制單元60對於該等感測值E_D ,F_S1 ,F_S2 的運算處理以及輸出該等扭矩力量控制命令值T_CM1 ,T_CM2 的詳細操作，請參見後文說明。該控制單元60所輸出的該等扭矩力量控制命令值T_CM1 ,T_CM2 僅以示意表達控制該等旋轉式致動單元51,52，亦即在圖5中省略用以驅動該等旋轉式致動單元51,52的驅動電路與驅動構件。

請參見圖6A與圖6B，對於該薄膜90的邊緣控制加以說明。承前所述，以該邊緣感測單元30設置於靠近該傳輸方向D_M 之下游側的該第二惰輪22上為例說明。圖中所示該薄膜90為傳輸中未偏移之示意，而該薄膜90'則為傳輸中發生偏移之示意。當該邊緣感測單元30偵測到該薄膜90在該第二惰輪22上未偏移時，則表示該薄膜90之該邊緣91係沿著一邊緣基準值E_D0 上進行輸送。

在本創作中，該邊緣感測單元30偵測該薄膜90之該邊緣91與該第二惰輪22最下緣的位置為一邊緣感測值E_D ，再比較該邊緣感測值E_D 與該邊緣基準值E_D0 的相對位置關係，來判斷該薄膜90是否發生偏移，以及發生偏移的幅度。以圖6A為例，當該薄膜90'朝一方向偏移時，該邊緣感測單元30偵測到該薄膜90'之該邊緣91與該第二惰輪22最下緣的位置為該邊緣感測值E_D ，因此該薄膜90偏移的幅度為一邊緣偏移值ΔE_D 。其中該邊緣偏移值ΔE_D 的大小為該邊緣感測值E_D 與該邊緣基準值E_D0 差值，亦即ΔE_D =E_D −E_D0 。同樣地，在圖6B中，當該薄膜90朝相對於圖6A所示的另一方向偏移時，該邊緣感測單元30亦偵測該邊緣感測值E_D ，並且與該邊緣基準值E_D0 比較後可得另一該邊緣偏移值ΔE_D 。

在圖6A與圖6B的兩個實施例中，皆是以該邊緣基準值E_D0 為參考值，然後透過計算該邊緣感測值E_D 與該邊緣基準值E_D0 的差值可偵測出該薄膜90偏移與否以及偏移的資訊。具體而言，若以ΔE_D =E_D −E_D0 為正值表示該薄膜90偏移的方向如圖6A所示，相對地，若ΔE_D =E_D −E_D0 為負值，則表示該薄膜90偏移的方向如圖6B。如此，可根據該邊緣偏移值ΔE_D 的正負值與大小值判斷出該薄膜90偏移的方向與偏移的幅度。

請參見圖7A至圖7D所示之實施例，說明本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統的第一實施例中，如何透過邊緣補償與張力補償的方式，實現同時對該薄膜90進行邊緣與張力調整與控制。具體而言，圖7A至圖7D所示的實施例，將透過對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52在該垂直向上方向D_T 或該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動補償量，達到對該薄膜90進行邊緣與張力控制。

如圖7A所示的第一情況，為該薄膜90在傳輸過程中未發生偏移，但張力失去平衡的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90受到該垂直向上方向D_T 的張力過大時，該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52同時沿一第一方向轉動，以帶動該擺動輪10移動以提供張力補償。其中，該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52沿該第一方向的轉動，使得該擺動輪10之該輪軸101的兩側分別得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為一第一向上補償距離ΔD_T1 與一第二向上補償距離ΔD_T2 ，其中該兩向上補償距離相同，即ΔD_T1 =ΔD_T2 ，以提供張力補償。

由於該第一向上補償距離ΔD_T1 與該第二向上補償距離ΔD_T2 相同，因此該擺動輪10在該垂直向上方向D_T 的移動量提供張力補償，至終以維持該薄膜90邊緣與張力皆達到平衡。

如圖7B所示的第二情況，假設該薄膜90受到該垂直向上方向D_T 的張力過小時，該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52同時沿與該第一方向相反的一第二方向轉動，使得該擺動輪10之該輪軸101的兩側分別得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為一第一向下補償距離−ΔD_T1 與一第二向下補償距離−ΔD_T2 ，其中該兩向下補償距離相同，即−ΔD_T1 =−ΔD_T2 ，以提供張力補償。

如圖7C所示的第三情況，假設該薄膜90在傳輸過程中張力平衡，但發生偏移的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90偏移的情形如圖6B所示。該控制單元60可控制該第一旋轉式致動單元51不轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第二旋轉式致動單元52沿該第一方向轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為該第二向上補償距離ΔD_T2 ，以提供邊緣補償。

以相對轉動而言，該控制單元60亦可控制該第二旋轉式致動單元52不轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51沿該第二方向轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為該第一向下補償距離−ΔD_T1 ，以提供邊緣補償。

如圖7D所示的第四情況，假設該薄膜90在傳輸過程中張力平衡，但發生偏移的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90偏移的情形如圖6A所示。該控制單元60可控制該第二旋轉式致動單元52不轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51沿該第一方向轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為該第一向上補償距離ΔD_T1 ，以提供邊緣補償。

以相對轉動而言，該控制單元60亦可控制該第一旋轉式致動單元51不轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第二旋轉式致動單元52沿該第二方向轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動該擺動輪10之該第一輪軸111的該側得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為該第二向下補償距離−ΔD_T2 ，以提供邊緣補償。

相對於上述該薄膜90所揭示的不平衡情況，尚有同時存在張力與邊緣不平衡的情況，然而本領域具有通常知識者可根據圖7A至圖7D及其對應說明，知悉如何對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52進行控制，故此不再贅述說明。

上述圖7A至圖7D的四種情況對於邊緣補償或/和張力補償的方式與補償量，僅表示該薄膜90處於邊緣偏移或/和張力失去平衡時的某一時間下所進行的補償，透過該控制單元60提供負回授(negative feedback)的邊緣補償或/和張力補償，可逐漸收斂邊緣偏移或/和張力失去平衡的幅度，至終控制該薄膜90運作於未偏移且張力平衡狀態。

請參見圖8A至圖8D所示之實施例，說明本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統的第二實施例中，如何透過邊緣補償與張力補償的方式，實現同時對該薄膜90進行邊緣與張力調整與控制。具體而言，圖8A至圖8D所示的實施例，將透過對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52在該垂直向上方向D_T 或該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動補償量，達到對該薄膜90進行邊緣與張力控制。

如圖8A所示的第一情況，為該薄膜90在傳輸過程中未發生偏移，但張力失去平衡的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90受到該垂直向上方向D_T 的張力過大時，該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52同時沿一第一方向轉動，以帶動該第一擺動輪11與該第二擺動輪12所形成擺動輪組的移動以提供張力補償。其中，該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52沿該第一方向的轉動，使得所述擺動輪組的兩側分別得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為一第一向上補償距離ΔD_T1 與一第二向上補償距離ΔD_T2 ，其中該兩向上補償距離相同，即ΔD_T1 =ΔD_T2 ，以提供張力補償。

由於該第一向上補償距離ΔD_T1 與該第二向上補償距離ΔD_T2 相同，因此所述擺動輪組在該垂直向上方向D_T 的移動量提供張力補償，至終以維持該薄膜90邊緣與張力皆達到平衡。

如圖8B所示的第二情況，假設該薄膜90受到該垂直向上方向D_T 的張力過小時，該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52同時沿與該第一方向相反的一第二方向轉動，使得所述擺動輪組的兩側分別得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為一第一向下補償距離−ΔD_T1 與一第二向下補償距離−ΔD_T2 ，其中該兩向下補償距離相同，即−ΔD_T1 =−ΔD_T2 ，以提供張力補償。

如圖8C所示的第三情況，假設該薄膜90在傳輸過程中張力平衡，但發生偏移的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90偏移的情形如圖6B所示。該控制單元60可控制該第一旋轉式致動單元51不轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動所述擺動輪組的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第二旋轉式致動單元52沿該第一方向轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動所述擺動輪組的該側得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為該第二向上補償距離ΔD_T2 ，以提供邊緣補償。

以相對轉動而言，該控制單元60亦可控制該第二旋轉式致動單元52不轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動所述擺動輪組的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51沿該第二方向轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動所述擺動輪組的該側得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為該第一向下補償距離−ΔD_T1 ，以提供邊緣補償。

如圖7D所示的第四情況，假設該薄膜90在傳輸過程中張力平衡，但發生偏移的狀態。相較於該薄膜90為邊緣與張力皆平衡的狀態，在此狀態下，假設該薄膜90偏移的情形如圖6A所示。該控制單元60可控制該第二旋轉式致動單元52不轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動所述擺動輪組的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第一旋轉式致動單元51沿該第一方向轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動所述擺動輪組的該側得到該垂直向上方向D_T 的移動量，為該第一向上補償距離ΔD_T1 ，以提供邊緣補償。

以相對轉動而言，該控制單元60亦可控制該第一旋轉式致動單元51不轉動，使得對應該第一旋轉式致動單元51所帶動所述擺動輪組的該側位置不改變。同時該控制單元60則控制該第二旋轉式致動單元52沿該第二方向轉動，使得對應該第二旋轉式致動單元52所帶動所述擺動輪組的該側得到該垂直向上方向D_T 的反方向−D_T 的移動量，為該第二向下補償距離−ΔD_T2 ，以提供邊緣補償。

相對於上述該薄膜90所揭示的不平衡情況，尚有同時存在張力與邊緣不平衡的情況，然而本領域具有通常知識者可根據圖8A至圖8D及其對應說明，知悉如何對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52進行控制，故此不再贅述說明。

上述圖8A至圖8D的四種情況對於邊緣補償或/和張力補償的方式與補償量，僅表示該薄膜90處於邊緣偏移或/和張力失去平衡時的某一時間下所進行的補償，透過該控制單元60提供負回授(negative feedback)的邊緣補償或/和張力補償，可逐漸收斂邊緣偏移或/和張力失去平衡的幅度，至終控制該薄膜90運作於未偏移且張力平衡狀態。

承上圖5所述，該控制單元60係接收該邊緣感測值E_D 以及該第一力量感測值F_S1 與該第二力量感測值F_S2 進行運算與處理，以對應控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52，帶動該擺動輪10或所述擺動輪組沿著該擺動方向D_R 移動，以對該薄膜90同時進行邊緣與張力控制。更具體而言，該控制單元60執行負回授的邊緣補償或/和張力補償，係根據所接收到的該邊緣感測值E_D 以及該第一力量感測值F_S1 與該第二力量感測值F_S2 ，對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52控制之扭矩力量控制命令值，即為該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 進行調整，以動態且即時地控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52，進而控制該薄膜90運作於未偏移且張力平衡狀態。

因此在本創作中，該控制單元60對於邊緣調整與張力調整的控制演算關係式如下分述：

1、邊緣控制關係式：T_CM2 ×L₆₂ ×f(θ₂ )−T_CM1 ×L₆₁ ×f(θ₁ )=k×(E_D− E_D0 )。上述關係式中，T_CM2 與T_CM1 分別為該第一扭矩力量控制命令值與該第二扭矩力量控制命令值；E_D 與E_D0 分別為該邊緣感測值與該邊緣基準值，L₆₁ 與L₆₂ 分別為該兩旋轉式致動單元51,52至其擺動輪10之該輪軸101的軸心之力臂長，f(θ₁ )與f(θ₂ )則為與三角函數位置造成與張力方向相關之分力變化之函式。再者上述關係式可改寫為：T_CM2 ×L₆₂ ×f(θ₂ )−T_CM1 ×L₆₁ ×f(θ₁ )=k×ΔE_D ，亦即該兩扭矩力量控制命令值的差值(T_CM2 ×L₆₂ ×f(θ₂ )−T_CM1 ×L₆₁ ×f(θ₁ ))與該邊緣偏移值ΔE_D 之間存在一常數倍數k的關係。由上述關係式可得知，當該薄膜90未發生偏移，即ΔE_D =0，則該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 相同。反之，若該薄膜90在傳輸過程中發生偏移，即ΔE_D ≠0，該控制單元60則根據該邊緣偏移值ΔE_D 的正負與大小，改變該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 和/或該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ，以動態且即時地控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52。

2、張力控制關係式：T_CM2 ×L₆₂ ×f(θ₂ )+T_CM1 ×L₆₁ ×f(θ₁ )=F_S1 +F_S2 +2ΔT。上述關係式中，T_CM1 與T_CM2 分別為該第一扭矩力量控制命令值與該第二扭矩力量控制命令值，F_S1 與F_S2 分別為該第一力量感測值與該第二力量感測值，L₆₁ 與L₆₂ 分別為該兩旋轉式致動單元51,52至其惰輪軸心之力臂長，f(θ₁ )與f(θ₂ )則為與三角函數位置造成與張力方向相關之分力變化之函式，以及2ΔT為張力變化值，其中2ΔT為跨繞於該擺動輪10兩側或所述擺動輪組之該薄膜90在該垂直向上方向D_T 的張力變化值。由上述關係式可得知，當該薄膜90張力平衡時，即ΔT=0，則該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 之延伸力臂分力總和值(T_CM2 ×L₆₂ ×f(θ₂ )+T_CM1 ×L₆₁ ×f(θ₁ ))等於該第一力量感測值F_S1 與該第二力量感測值F_S2 之總和值(F_S1 +F_S2 )。反之，若該薄膜90在傳輸過程中張力失去平衡，即ΔT≠0，該控制單元60則根據該張力變化值ΔT的正負與大小，改變該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 和/或該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ，以動態且即時地控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52。該擺動輪10之該輪軸101兩側(或所述擺動輪組之兩側支點)的受力大小與該擺動輪10(或所述擺動輪組)的重量W(W=m×g，其中m為該擺動輪10(或所述擺動輪組)的質量，g為重力加速度)以及該擺動輪10(或所述擺動輪組)於該垂直向上方向D_T 上移動所產生的受力F(F=m×a，其中m為該擺動輪10(或所述擺動輪組)的質量，a為該擺動輪10(或所述擺動輪組)移動之加速度)有關。

本創作係利用該邊緣感測單元30感測該薄膜90之該邊緣91的位置，以輸出該邊緣感測值E_D ，結合該第一力量感測單元41與該第二力量感測單元42以偵測該輪軸101兩側(或所述擺動輪組之兩側支點)的受力大小，以輸出該第一力量感測值F_S1 與該第二力量感測值F_S2 。該控制單元60接收上述該等感測值E_D ,F_S1 ,F_S2 ，透過該邊緣控制關係式與該張力控制關係式的聯立運算，可快速地計算出該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ，進而控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52。更具體而言，根據該邊緣控制關係式與該張力控制關係式的聯立運算，可分別計算出該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ：

T_CM1 =1/2[F_S1 +F_S2 +2ΔT−k×(E_D −E_D0 )]/(L₁ ×f(θ₁ ))。

T_CM2 =1/2[F_S1 +F_S2 +2ΔT+k×(E_D −E_D0 )]/(L₂ ×f(θ₂ ))。

配合參見圖5，該控制單元60除了接收該等感測單元30,41,42所輸出之該等邊緣感測值E_D 、該第一力量感測值F_S1 以及該第二力量感測值F_S2 進行運算，求得該第一扭矩力量控制命令值T_CM1 與該第二扭矩力量控制命令值T_CM2 ，以對該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52進行控制外，更進一步回授該等扭矩力量控制命令值T_CM1 ,T_CM2 ，以產生更新的扭矩力量控制命令值，藉此達到即時地、動態地控制該第一旋轉式致動單元51與該第二旋轉式致動單元52。

請參見圖9所示，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法係以對一薄膜同時進行邊緣與張力調整。該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統係可為一個擺動輪與兩個惰輪的實施態樣，亦可為兩個擺動輪與兩個惰輪的實施態樣，然不以此為限制。以一個擺動輪與兩個惰輪的實施態樣為例，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統包含一擺動輪、兩惰輪以及兩旋轉式致動單元。該擺動輪具有一輪軸，該輪軸係軸向貫穿該擺動輪。該兩惰輪係用以支撐該薄膜與改變該薄膜的方向之用。該兩旋轉式致動單元分別裝設於該擺動輪之該輪軸的相對兩側。各該旋轉式致動單元可為一伺服馬達或一步進馬達，以提供弧形路徑方向的往復運動。

該具有張力與邊緣控制之卷對卷傳輸系統更包含一邊緣感測單元與兩力量感測單元。該邊緣感測單元鄰近設置於該傳輸方向之下游側的該惰輪，以精準地感測該薄膜之邊緣的位置，以輸出一邊緣感測值。該兩力量感測單元分別裝設於該輪軸的相對兩側上，以偵測該輪軸兩側的受力大小。其中各該力量感測單元可為一荷重計，分別偵測該輪軸兩側的受力大小，以對應輸出兩力量感測值。

該具有張力與邊緣控制之卷對卷傳輸系統控制方法包含步驟如下。步驟S10，取得兩扭矩力量控制命令值。當該具有張力與邊緣控制之卷對卷傳輸系統啟動時，由一控制單元初始化設定該兩扭矩力量控制命令值。然後，步驟S20，利用該邊緣感測單元感測取得該邊緣感測值。然後，步驟S30，利用兩力量感測單元感測取得兩力量感測值。

步驟S40，該控制單元根據該邊緣感測值、該兩力量感測值以及該兩扭矩力量控制命令值，計算並更新該兩扭矩力量控制命令值。然後，步驟S50，根據更新後之該兩扭矩力量控制命令值，分別對應控制兩旋轉式致動單元，以帶動作用於該薄膜上之至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動。

綜上所述，本創作係具有以下之特徵與優點：

1、透過控制該等旋轉式致動單元51,52以帶動該擺動輪10或由該第一擺動輪11與該第二擺動輪12所形成的擺動輪組移動，同時實現邊緣調整與張力調整，相較於現有技術需要分開檢測與控制，本創作可有效地縮短設備所需配置之傳輸路徑長度以及節省設備空間，並且控制系統也較為精簡。

2、利用該等感測值E_D ,F_S1 ,F_S2 以及該邊緣關係式與該張力關係式，可快速地計算出新的扭矩力量控制命令值，以提供即時地、動態地控制該擺動輪10，以同步對該薄膜90進行邊緣與張力控制。

10‧‧‧擺動輪

101‧‧‧輪軸

11‧‧‧第一擺動輪

12‧‧‧第二擺動輪

111‧‧‧第一輪軸

121‧‧‧第二輪軸

21‧‧‧第一惰輪

22‧‧‧第二惰輪

30‧‧‧邊緣感測單元

41‧‧‧第一力量感測單元

42‧‧‧第二力量感測單元

51‧‧‧第一旋轉式致動單元

52‧‧‧第二旋轉式致動單元

60‧‧‧控制單元

61‧‧‧第一連接臂

62‧‧‧第二連接臂

71‧‧‧第一連接件

72‧‧‧第二連接件

90‧‧‧薄膜

91‧‧‧邊緣

100‧‧‧張力控制機構

200‧‧‧邊緣控制機構

300‧‧‧薄膜

E_D‧‧‧邊緣感測值

E_D0‧‧‧邊緣基準值

ΔE_D‧‧‧邊緣偏移值

F_S1‧‧‧第一力量感測值

F_S2‧‧‧第二力量感測值

T_CM1‧‧‧第一扭矩力量控制命令值

T_CM2‧‧‧第二扭矩力量控制命令值

ΔD_T‧‧‧垂直向上方向的移動量

−ΔD_T‧‧‧垂直向上方向反方向的移動量

ΔD_T1‧‧‧第一向上補償距離

ΔD_T2‧‧‧第二向上補償距離

−ΔD_T1‧‧‧第一向下補償距離

−ΔD_T2‧‧‧第二向下補償距離

D_M‧‧‧傳輸方向

D_T‧‧‧垂直向上方向

D_R‧‧‧擺動方向

D_R1‧‧‧擺動方向

D_R2‧‧‧擺動方向

P_C1‧‧‧第一中心支點

圖1A：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統之第一實施例的一部分傳動機構之平面示意圖。 圖1B：為圖1A中該擺動輪呈弧形路徑移動之示意圖。 圖1C：為複數旋轉式致動單元帶動該擺動輪之示意圖。 圖2A：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統之第二實施例的一部分傳動機構之平面示意圖。 圖2B：為圖2A之局部示意圖。 圖3：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統之邊緣感測單元之示意圖。 圖4：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統之力量感測單元之示意圖。 圖5：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統之控制單元之方塊示意圖。 圖6A：為本創作一薄膜發生一方向偏移之示意圖。 圖6B：為本創作該薄膜發生另一方向偏移之示意圖。 圖7A：為本創作第一實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第一情況之示意圖。 圖7B：為本創作第一實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第二情況之示意圖。 圖7C：為本創作第一實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第三情況之示意圖。 圖7D：為本創作第一實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第四情況之示意圖。 圖8A：為本創作第二實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第一情況之示意圖。 圖8B：為本創作第二實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第二情況之示意圖。 圖8C：為本創作第二實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第三情況之示意圖。 圖8D：為本創作第二實施例之該薄膜之邊緣與張力調整的第四情況之示意圖。 圖9：為本創作具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法之流程圖。 圖10：為習知卷對卷之薄膜傳輸系統之示意圖。

Claims (10)

1. 一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，沿著一傳輸方向傳輸一薄膜，該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統包含： 至少一擺動輪，各該擺動輪具有一輪軸； 一邊緣感測單元，設置於該薄膜之正、反兩面的一邊緣，以感測該薄膜之該邊緣的位置，且輸出一邊緣感測值； 兩力量感測單元，分別設置於該至少一擺動輪之該輪軸的兩側上，以偵測該輪軸兩側的受力大小，且分別輸出兩力量感測值； 兩旋轉式致動單元，分別連接該至少一擺動輪的相對兩側；及 一控制單元，電性連接該邊緣感測單元與該兩力量感測單元，接收該邊緣感測值、該兩力量感測值以及兩扭矩力量控制命令值，並且根據該邊緣感測值、該兩力量感測值以及該兩扭矩力量控制命令值，計算並更新該兩扭矩力量控制命令值，以分別控制該兩旋轉式致動單元，帶動該至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動，進而對該薄膜同時進行邊緣與張力調整。
2. 如請求項1所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，更包含： 兩惰輪，可自由轉動地設置於該至少一擺動輪的鄰近兩側，以支撐該薄膜沿著該傳輸方向傳輸。
3. 如請求項2所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，其中該邊緣感測單元鄰近設置於該傳輸方向之上、下游側的任一該惰輪，且跨越該薄膜之正、反兩面的該邊緣。
4. 如請求項1至3中任一項所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，其中該至少一擺動輪係為一個擺動輪，該擺動輪之該輪軸的兩側分別連接該兩旋轉式致動單元。
5. 如請求項1至3中任一項所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，其中該至少一擺動輪係為兩擺動輪，該兩擺動輪形成一擺動輪組，該擺動輪組的兩側分別連接該兩旋轉式致動單元。
6. 如請求項1至3中任一項所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統，其中該第一旋轉式致動單元與該第二旋轉式致動單元係為一伺服馬達或一步進馬達。
7. 一種具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，以對一薄膜同時進行邊緣與張力調整該具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法包含： 取得兩扭矩力量控制命令值； 取得一邊緣感測值； 取得兩力量感測值； 根據該邊緣感測值、該兩力量感測值以及該兩扭矩力量控制命令值，計算並更新該兩扭矩力量控制命令值；及 根據更新後之該兩扭矩力量控制命令值，分別對應控制兩旋轉式致動單元，以帶動作用於該薄膜上之至少一擺動輪沿著一弧形路徑移動。
8. 如請求項7所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，其中該薄膜之邊緣與張力同時平衡的條件滿足：該兩扭矩力量控制命令值的差值為零，且該兩扭矩力量控制命令值的和值等於該兩力量感測值的和值。
9. 如請求項7所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，其中該計算並更新該兩扭矩力量控制命令值步驟以及對應控制該兩旋轉式致動單元，以帶動作用於該薄膜上之至少一擺動輪沿著該弧形路徑移動係由一控制單元執行。
10. 如請求項7所述之具張力與邊緣調整功能之卷對卷傳輸系統控制方法，其中該邊緣感測值係由一邊緣感測單元感測該薄膜之一邊緣的位置，該兩力量感測值係由兩力量感測單元分別感測該至少一擺動輪之該輪軸兩側的受力大小。