사행 제어 성능 평가 장치 {DEVICE FOR VALUATING CONTROL CAPACITY OF MEANDERING WEB}
본 발명은 사행 제어 성능 평가 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웹의 사행을 제어하는 요소들의 성능을 평가하는 사행 제어 성능 평가 장치에 관한 것이다.
인쇄전자용 인쇄 시스템은 정밀한 중첩인쇄를 위하여 정밀한 레지스터 제어를 필요로 하며, 이를 위하여, 웹(Web)의 이송 경로를 항상 일정하게 유지시켜 주는 사행 제어기를 필요로 한다. 사행 제어기는 웹의 가장자리를 인식하는 센서, 웹의 경로를 변형시켜 주는 액츄에이터, 및 웹 경로를 일정하게 유지시키는 제어부를 포함한다. 다양한 인쇄전자 소자의 정밀한 제작을 위해서는 소자 특성에 맞는 수준의 정밀한 사행 제어가 필요하며, 이를 위하여 적합한 사행 제어기 선택이 필수적이다. 사행 제어기의 선택을 위하여, 사행 제어기를 구성하는 센서, 제어 기법, 및 액츄에이터 등의 성능을 정량적으로 평가하고, 종합적인 사행 제어 능력을 평가할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 웹의 사행을 제어하는 요소들의 성능을 정량적으로 평가하고, 종합적인 사행 제어 능력을 평가하는 사행 제어 성능 평가 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치는, 웹을 공급하는 언와인더를 장착하는 제1 장착부, 상기 제1 장착부를 상기 웹의 폭 방향으로 이동 가능하도록 지지하여 베이스에 장착되는 제1 가이드, 상기 언와인더로부터 공급되는 웹을 감는 리와인더를 장착하는 제2 장착부, 상기 제2 장착부를 상기 폭 방향으로 이동 가능하도록 지지하여 상기 베이스에 장착되고 상기 제1 가이드와 평행한 제2 가이드, 상기 제1 장착부와 상기 제2 장착부를 연결하며, 상기 웹의 가장자리에 대응하도록 평가 대상인 엣지 센서가 설치되는 연결부, 상기 제1 장착부의 일측에 연결되어 상기 제1 장착부를 상기 폭 방향으로 이동시키는 가진부, 및 상기 가진부를 제어하는 제어 신호를 출력하고 상기 엣지 센서의 감지 신호가 입력되며, 상기 제어 신호와 상기 감지 � �호를 비교하여 상기 엣지 센서의 성능을 평가하는 제어부를 포함한다. 상기 가진부는, 가진 모터, 상기 가진 모터에 연결되는 리드 스크류, 상기 가진 모터와 상기 리드 스크류에 장착되는 풀리를 연결하는 타이밍 벨트, 및 상기 리드 스크류에 결합되고 상기 제1 장착부에 연결되는 이동부재를 포함할 수 있다. 상기 엣지 센서는, 초음파 센서, 레이저 센서 및 비전 센서 중 하나로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치는, 웹을 공급하는 언와인더를 장착하는 제1 장착부, 상기 제1 장착부를 상기 웹의 폭 방향으로 이동 가능하도록 지지하여 베이스에 장착되는 제1 가이드, 상기 언와인더로부터 공급되는 웹을 감는 리와인더를 장착하는 제2 장착부, 상기 제2 장착부를 상기 폭 방향으로 이동 가능하도록 지지하여 상기 베이스에 장착되고 상기 제1 가이드와 평행한 제2 가이드, 상기 제1 장착부의 일측에 연결되어 상기 제1 장착부를 상기 폭 방향으로 이동시키는 가진부, 상기 언와인더에서 상기 리와인더로 이송되는 상기 웹의 사행을 제어하도록 배치되는 위치 제어기의 전후방에 설치되는 오차 측정 센서, 및 상기 가진부를 제어하는 제어 신호를 출력하고 상기 오차 측정 센서의 감지 신호가 입력되며, 상기 제어 신� ��와 상기 감지 신호를 비교하여 상기 위치 제어기의 성능을 평가하는 제어부를 포함한다. 상기 가진부는, 가진 모터, 상기 가진 모터에 연결되는 리드 스크류, 상기 가진 모터와 상기 리드 스크류에 장착되는 풀리를 연결하는 타이밍 벨트, 및 상기 리드 스크류에 결합되고 상기 제1 장착부에 연결되는 이동부재를 포함할 수 있다. 상기 베이스는, 상기 제1 가이드 및 상기 제2 가이드를 장착하는 하부 베이스, 및 상기 하부 베이스에 수직 부재로 연결되어 상기 언와인더 및 상기 리와인더의 상방에 배치되는 상부 베이스를 포함할 수 있다. 상기 오차 측정 센서는, 상기 상부 베이스에 설치되는 상기 위치 제어기의 전방에 배치되는 제1 측정 센서, 및 상기 위치 제어기의 후방에 배치되는 제2 측정 센서를 포함할 수 있다. 상기 오차 측정 센서는, 초음파 센서, 레이저 센서 및 비전 센서 중 하나로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치는, 상기 위치 제어기의 전방 또는 후방에 배치되어 진행하는 상기 웹의 장력을 측정하여, 상기 언와인더와 상기 리와인더의 피드백 제어에 사용되는 로드셀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 언와인더와 리와인더 사이에 엣지 센서를 설치하며, 가진부로 언와인더와 리와인더를 웹의 폭 방향으로 이동시키고 이 제어 신호를 엣지 센서의 감지 신호와 비교함으로써, 웹의 사행 제어를 위한 엣지 센서의 정밀도를 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 언와인더와 리와인더 사이에 위치 제어기를 설치하고 위치 제어기 전후에 오차 측정 센서를 설치하여, 가진부로 언와인더를 웹의 폭 방향으로 이동시키고 이 제어 신호에 따른 오차 측정 센서의 감지 신호 차이를 비교함으로써, 웹의 사행 제어를 위한 위치 제어기의 정밀도를 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 사행 제어 성능 평가 장치의 구성도이다.
도 3은 도 1의 정면도이다.
도 4는 엣지 센서로 웹의 가장자리를 감지하는 사시도이다.
도 5는 도 4의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6의 사행 제어 성능 평가 장치의 구성도이다.
도 8은 도 6의 정면도이다.
도 9는 위치 제어기와 이 전후에 위치하는 오차 측정 센서로 웹의 가장자리를 감지하는 상태의 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 사행 제어 성능 평가 장치(100)의 구성도이며, 도 3은 도 1의 정면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예의 사행 제어 성능 평가 장치(100)는 언와인더(R1)를 장착하는 제1 장착부(11), 제1 가이드(12), 리와인더(R2)를 장착하는 제2 장착부(21), 제2 가이드(22), 연결부(31), 가진부(40) 및 제어부(51)를 포함한다. 언와인더(R1)는 웹(Web, W)을 공급하도록 형성되어 제1 장착부(11)에 장착된다. 제1 장착부(11)는 언와인더(R1)를 회전 가능하게 장착한다. 제1 가이드(12)는 제1 장착부(11)를 베이스(60) 상에 장착하여 제1 장착부(11)를 웹(W)의 폭 방향(y축 방향)으로 이동 가능케 한다. 리와인더(R2)는 언와인더(R1)로부터 공급되는 웹(W)을 감을 수 있도록 형성되어 제2 장착부(21)에 장착된다. 리와인더(R2)는 와인딩 모터(23)에 연결되어 구동된다. 제2 장착부(21)는 리와인더(R2)는 회전 가능하게 장착한다. 제2 가이드(22)는 제2 장착부(21)를 베이스(60) 상에 장착하여 제2 장착부(21)를 웹(W)의 폭 방향(y축 방향)으로 이동 가능케 한다. 즉 제1, 제2 가이드(12, 22)는 베이스(60) 상에서 x축 방향으로 이격되고 y축 방향으로 신장되어 서로 평행하게 배치된다. 연결부(31)는 제1 장착부(11)와 제2 장착부(21)를 일체로 연결하며, 가진부(40)의 작동에 따라 언와인더(R1)와 리와인더(R2)를 일체로 웹(W)의 폭 방향(y축 방향)으로 이동 가능하게 한다. 평가 대상인 엣지 센서(ES)는 웹(W)의 가장자리에 대응하도록 설치된다. 가진부(40)는 제1 장착부(11)의 일측에 연결되어 제1 장착부(11)를 폭 방향(y축 방향)으로 이동시켜 웹(W)을 사행 진행시킬 수 있도록 형성된다. 예를 들면, 가진부(40)는 사행 방향으로 작동되는 가진 모터(41), 리드 스크류(42), 풀리(43, 44), 타이밍 벨트(45) 및 이동부재(46)를 포함한다. 가진 모터(41)는 제어부(51)의 제어 신호에 따라 언와인더(R1)에 외란을 가하거나, 언와인더(R1)와 리와인더(R2)에 의도된 외란을 가할 수 있도록 설정된 외란을 발생시킨다. 풀리(43, 44)는 가진 모터(41)와 리드 스크류(42)에 각각 장착되고 타이밍 벨트(45)로 연결되어, 가진 모터(41)의 구동으로 리드 스크류(42)를 회전시킨다. 이동부재(46)는 리드 스크류(42)에 결합되고, 일측으로 제1 장착부(11)에 연결된다. 리드 스크류(42)의 회전에 따라 이동부재(46)가 폭 방향(y축 방향)으로 이동하면서 제1 장착부(11)를 y축 방향으로 이동시킨다. 도 4는 엣지 센서로 웹의 가장자리를 감지하는 사시도이고, 도 5는 도 4의 평면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 엣지 센서(ES)는 초음파 센서, 레이저 센서 또는 비전 센서로 형성될 수 있다. 예를 들면, 엣지 센서(ES)는 연결부(31)에 설치되는 장착부재(32)에 설치되며, 송신부(33)와 수신부(34)를 포함한다. 웹(W)은 송신부(33)와 수신부(34)사이로 진행되며, 웹(W)의 사행에 따라 송신부(33)와 수신부(34)의 광량에 차이가 발생된다. 이 광량의 차이에 따라 엣지 센서(ES)는 웹(W)의 사행 제어를 위한 감지 신호를 발생시킨다. 제어부(51)는 가진부(40)를 제어하는 제어 신호를 출력하고 엣지 센서(ES)의 감지 신호를 입력 받는다. 따라서 제어부(51)는 제어 신호와 감지 신호를 비교하여, 내장된 설정 기준에 따라 엣지 센서(ES)의 성능을 평가한다. 이를 위하여, 제어부(51)는 입력단에 엣지 센서(ES)를 연결하고, 출력단에 가진 모터(41)와 와인딩 모터(23)를 연결한다. 즉 제어부(51)는 와인딩 모터(23)를 구동하여 웹(W)을 진행시키면서 가진 모터(41)으로 구동으로 의도된 정량의 외란을 웹(W)에 가하고 이에 따른 엣지 센서(ES)의 감지 신호를 설정 기준과 비교하여 엣지 센서(ES)의 성능을 평가한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치(200)의 사시도이고, 도 7은 도 6의 사행 제어 성능 평가 장치(200)의 구성도이며, 도 8은 도 6의 정면도이다. 제1 실시예의 사행 제어 성능 평가 장치(100)는 엣지 센서(ES)의 정밀도를 평가하는 예이고, 제2 실시예 사행 제어 성능 평가 장치(200)는 위치 제어기(EPC, edge position controller)의 정밀도를 평가하는 예이다. 제1 실시예와 비교하고 도 6 내지 도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 사행 제어 성능 평가 장치(200)는 연결부(31)를 구비하지 않아 제2 장착부(21)를 고정하고 제1 장착부(11)만을 웹(W)의 폭 방향(y축 방향)으로 가진시키도록 구성된다. 예를 들면, 제2 실시예의 사행 제어 성능 평가 장치(200)는 제1 장착부(11), 제1 가이드(12), 제2 장착부(21), 제2 가이드(22), 가진부(40), 오차 측정 센서(70) 및 제어부(51)를 포함한다. 제1 장착부(11), 제1 가이드(12), 제2 장착부(21), 제2 가이드(22) 및 가진부(40)는 제1 실시예에서와 동일하게 구성되므로 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 평가 대상인 위치 제어기(EPC)와 이의 전후방에 설치되는 오차 측정 센서(70)에 대하여 설명한다. 위치 제어기(EPC)와 오차 측정 센서(70)를 장착하는 베이스(260)에 대하여 먼저 설명한다. 베이스(260)는 하부 베이스(61), 수직 부재(62) 및 상부 베이스(63)를 포함한다. 하부 베이스(61)는 제1 실시예에서와 같이 제1, 제2 장착부(11, 21)를 각각 지지하는 제1, 제2 가이드(12, 22)를 장착한다. 수직 부재(62)는 하부 베이스(61)에 수직 상태로 설치되어 하부 베이스(61)의 상방에 상부 베이스(63)를 장착 가능하게 한다. 상부 베이스(63)는 하부 베이스(61)에 수직 부재(62)로 연결되어 하부 베이스(61)와 수평 상태로 배치된다. 따라서 상부 베이스(63)와 하부 베이스(61) 사이에 언와인더(R1)와 리와인더(R2)의 장착 공간이 설정된다. 위치 제어기(EPC)는 상부 베이스(63)에 설치되어 언와인더(R1)에서 리와인더(R2)로 진행하는 웹(W)의 사행을 제어하도록 형성된다. 위치 제어기(EPC)는 공지의 것이 사용될 수 있고, 예를 들면, 나란하게 배치되는 1쌍의 웹 지지롤(81, 82)과 웹 지지롤(81, 82)을 회전시켜 웹(W)을 폭 방향(y축 방향)으로 이동시키는 액츄에이터(83)를 포함한다. 오차 측정 센서(70)는 위치 제어기(EPC)의 전후방에 설치되어 위치 제어기(EPC)에 의하여 제어 전후의 웹(W) 폭 방향 단부의 위치를 감지한다. 예를 들면, 오차 측정 센서(70)는 상부 베이스(63) 상에서, 위치 제어기(EPC)의 전방에 배치되는 제1 측정 센서(71)와 위치 제어기(EPC)의 후방에 배치되는 제2 측정 센서(72)를 포함한다. 제1, 제2 측정 센서(71, 72)는 웹(W)의 폭 방향 위치를 검출한다. 제2 실시예의 사행 제어 성능 평가 장치(200)는 로드셀(73)을 더 포함할 수 있다. 로드셀(73)은 진행하는 웹(W)의 장력을 측정하여 언와인더(R1)와 리와인더(R2)의 피드백 제어를 가능케 한다. 즉 로드셀(73)은 웹(W)을 일정한 장력으로 이송시킬 수 있게 한다. 도 9는 위치 제어기(EPC)와 이 전후에 위치하는 오차 측정 센서(70)로 웹의 가장자리를 감지하는 상태의 평면도이다. 도 9를 참조하면, 오차 측정 센서(70), 즉 제1, 제2 측정 센서(71, 72)는 초음파 센서, 레이저 센서 또는 비전 센서로 형성될 수 있다. 제어부(51)는 가진부(40)를 제어하는 제어 신호를 출력하고 제1, 제2 측정 센서(71, 72)의 감지 신호를 입력 받는다. 따라서 제어부(51)는 제어 신호와 감지 신호를 비교하여, 내장된 설정 기준에 따라 위치 제어기(EPC)의 성능을 평가한다. 이를 위하여, 제어부(51)는 입력단에 제1, 제2 측정 센서(71, 72) 및 로드셀(73)을 연결하고, 출력단에 가진 모터(41), 액츄에이터(83)와 와인딩 모터(23)를 연결한다. 즉 제어부(51)는 와인딩 모터(23)를 구동하여 웹(W)을 진행시키면서 가진 모터(41)으로 구동으로 의도된 정량의 외란을 웹(W)에 가하고 이에 따라 위치 제어기(EPC)를 제어하고, 이에 따른 제1, 제2 측정 센서(71, 72)의 감지 신호를 설정 기준과 비교함으로써 위치 제어기(EPC)의 성능을 평가한다. 이때, 제어부(51)는 로드셀(73)이 감지한 웹(W)의 장력에 따라 언와인더(R1)와 리와인더(R2)의 속도를 상호 제어함으로써 웹(W)의 장력을 일정하게 유지할 수 있다. 한편, 가진 모터(41)를 이용하여 웹(W)을 의도적으로 가진시키는 가진 방법을 예시하면 다음과 같다. 설정된 크기의 스텝 입력(step input)(예를 들면, 왼쪽으로 5㎛ 이동)에 대한 출력 반응을 조사하여, 최소 출력 반응에 대한 스텝 입력의 최소식별거리(resolution)를 알 수 있다. 램프 입력(ramp input)(일정 속도로 일정 시간 동안 이동)에 대한 출력 반응을 조사하여, 최소 출력 반응에 대한 램프 입력의 최소 값을 알 수 있다. 삼각함수 입력(sinusoidal input)(일정 진폭과 일정 주파수로 계속 가진)으로 가진 모터(41)의 입력과 제1, 제2 측정 센서(71, 72)에서 검출된 출력 신호 간의 주파수별 진폭비(amplitude ratio)와 위상 지연(phase lag)을 구할 수 있다. 즉 제1, 제2 측정 센서(71, 82)의 주파수별 응답특성에 따라, 과도한 고주파로 가면 응답을 제대로 하지 못하는 컷오프 주파수(cut off frequency)를 구하거나, 응답에 따른 위상 지연(phase lag)을 계산할 수 있다. 따라서 주파수별 진폭비(amplitude ratio)와 위상 지연(phase lag)은 웹(W) 거동의 주파수에 따른 위치 제어기(EPC)의 설계에 적용될 수 있다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
11, 21 : 제1, 제2 장착부 12, 22 : 제1, 제2 가이드
23 : 와인딩 모터 31 : 연결부
32 : 장착부재 33 : 송신부
34 : 수신부 40 : 가진부
41 : 가진 모터 42 : 리드 스크류
43, 44 : 풀리 45 : 타이밍 벨트
46 : 이동부재 51 : 제어부
60, 260 : 베이스 61 : 하부 베이스
62 : 수직 부재 63 : 상부 베이스
70 : 오차 측정 센서 71, 72 : 제1, 제2 측정 센서
73 : 로드셀 81, 82 : 웹 지지롤
83 : 액츄에이터 100, 200 : 사행 제어 성능 평가 장치
EPC : 위치 제어기 R1 : 언와인더
R2 : 리와인더 W : 웹
ES : 엣지 센서 |
