핫 스탬핑 포일 슬리팅 기계의 권선 및 편향 문제? 장력 폐쇄 루프를 통해 신속하게 안정화시켜 뿌리부터 감기는 문제를 해결합니다.

핫 스탬핑 포일, 전기화학 알루미늄, 레이저 필름 등 고부가가치 필름 소재의 후가공에서 슬리팅 기계의 권취 품질은 후속 공정인 핫 스탬핑 인쇄의 수율과 효율을 직접적으로 좌우합니다. 그러나 권취 편차(일반적으로 "불균일 권취" 또는 "타워 휠 권취"라고 함)는 업계에서 가장 흔한 문제점 중 하나입니다. 권취 시 뱀처럼 휘어지거나 단면이 고르지 않으면 재료 폐기, 슬리팅 블레이드 손상, 심지어 용지 파손까지 발생할 수 있습니다.

많은 사람들이 먼저 보정 센서나 가이드 롤러의 평행도를 조정하려고 하지만, 증상만 해결될 뿐 근본적인 문제는 아닙니다. 권선 끝면의 정돈도를 결정짓는 핵심 요소는 권선 장력의 동적 안정성, 즉 장력 폐루프의 응답 속도와 제어 정확도입니다. 본 논문에서는 물리적 메커니즘부터 엔지니어링 구현에 이르기까지 "장력 폐루프 고속 안정화"를 통해 권선 편차를 제거하는 방법을 체계적으로 분석합니다.

1. 장력 변동이 필연적으로 편차를 초래하는 이유는 무엇입니까?

열간압연 포일의 특징은 얇은 두께(6~20μm), 매끄러운 표면, 낮은 신축성, 약한 강성입니다. 슬리팅 및 권선 공정에서 하나의 큰 코일을 여러 개의 좁은 스트립으로 절단하고, 각 스트립을 독립적으로 감습니다.

인장력이 주기적으로 변동하는 경우(예: 10초마다 5N의 변동) 다음과 같은 연쇄 반응이 발생합니다.

1. 탄성 미끄러짐:필름층은 권선 코어에 미미한 축 방향 미끄러짐을 발생시키고, 각 권선의 미끄러짐 방향은 무작위적이어서 단면 정렬 불량으로 이어집니다.

2. 측면 힘 불균형장력 변동은 막의 횡방향 여러 지점에서 불균등한 응력 분포를 유발하며, 막은 장력이 높은 쪽으로 자동으로 "기어가게" 됩니다.

3. 코어 근육을 느슨하게 유지하세요장력이 너무 오래 지속되면 내부 층이 이완되고, 감김이 어긋나더라도 스스로 복구되지 않습니다. 장력이 너무 높으면 필름이 늘어나고 변형되어 층간 전위가 발생할 수 있습니다.

따라서 장력 폐루프는 단순한 "일정 장력 제어"가 아니라, 오버슈트 없이 신속하게 반응하고 외란에 저항해야 하는 서보 시스템입니다.

2. 기존 장력 제어 방식의 세 가지 사각지대

많은 슬리팅 기계는 개방 루프 토크 제어 또는 PID 폐쇄 루프 제어를 사용하는데, 이러한 제어 방식은 다음과 같은 상황에서 제어력을 잃기 쉽습니다.

• 롤 직경의 빠른 변경:빈 롤에서 가득 찬 롤로 변할 때, 롤 대 직경 비율은 5:1에 달할 수 있으며 회전 관성 모멘트가 급격하게 변합니다. PID 파라미터를 고정하면 작은 롤에서는 진동이 심해지고 큰 롤에서는 응답이 느려집니다.

• 가속 및 감속 과정시작-정지 및 들어올리는 속도 동안 관성력이 장력에 중첩되어 순간적인 장력 급증을 일으키고 되감기 시 순간적인 "층간 점프" 현상을 초래합니다.

• 재료 접합부 또는 두께가 고르지 않음핫 스탬핑 포일은 종이 또는 코팅 두께에 변동이 자주 발생하는데, 이는 장력 폐루프에 계단형 교란을 일으킵니다. 일반적인 PID 제어기는 이러한 변동을 복구하는 데 2~3주기가 소요되며, 이 과정에서 편차가 발생합니다.

3. 신속한 안정화를 위한 "3단계 폐쇄 루프" 전략

편차를 없애려면 장력 폐쇄 루프의 조정 시간을 재료 특성이 허용하는 범위(일반적으로 오버슈트 없이 0.5초 이하)로 줄여야 합니다. 방법은 다음과 같습니다.

1단계: "속도 + 전류" 이중 폐루프 아키텍처 채택

• 외륜 (속도 조절 링)인코더 또는 선형 속도 센서에서 제공하는 값으로, 순수 토크 모드에서 저속 주행을 방지합니다.

• 내부 링 (전류 링/토크 링)서보 드라이브의 초고속 응답(밀리초 단위)이 모터 출력을 직접 제어합니다.

• 핵심 사항권선 모터는 토크 제어 모드로 작동해야 하지만, 기준 토크는 전압 설정값에 따라 실시간으로 계산되며, 안전 보호 장치로 속도 제한이 추가됩니다.

2단계: 동적 피드포워드는 코일 직경과 관성을 보정합니다.

• 전류 릴 직경을 실시간으로 계산합니다(선형 속도 대 각속도 비율 또는 초음파 센서를 이용).

• 롤 직경에 따른 두 가지 매개변수의 실시간 업데이트:

◦ 토크 보상 계수: T = F × (D/2), 여기서 F는 설정 장력이고 D는 실시간 코일 직경입니다.

◦ 관성 피드포워드: 가속 또는 감속 시 추가적인 토크 성분 ΔT = J × α가 중첩됩니다(여기서 J는 전류 코일의 관성 모멘트이고, α는 각가속도입니다).

• 이러한 방식으로 최대 속도 및 상하 운동 시에도 실제 장력 변동을 ±3% 이내로 제어할 수 있습니다.

3단계: 적응형 PID + 저주파 외란 억제

• 열간압연 포일의 일반적인 0.5~5Hz 장력 변동(예: 견인 롤러의 편심, 공기 팽창 축의 동적 균형 불량)을 제어하기 위해 PID 레귤레이터에 대역통과 필터 또는 노치 필터가 내장되어 있습니다.

• 퍼지 PID 또는 모델 참조 적응: 체적 직경 변화가 임계값을 초과할 경우 스케일 게인 Kp와 적분 시간 Ti를 자동으로 조정합니다. 예를 들어, 체적이 작을 때는 충격을 방지하기 위해 Kp를 낮추고, 체적이 클 때는 외란 억제 능력을 향상시키기 위해 Kp를 높입니다.

• 측정 데이터에 따르면 최적화된 폐루프 조정 시간은 기존 제어 방식의 2~3초에서 0.3초 미만으로 단축될 수 있으며, 오버슈트도 발생하지 않습니다.

넷째, 프로젝트 실행 과정에서 발생하는 네 가지 "보이지 않는 살인자"

이론적인 알고리즘이 완벽하더라도 현장에서는 편차가 발생할 수 있습니다. 다음과 같은 세부 사항들을 간과해서는 안 됩니다.

1. 장력 센서 설치 위치: 권선 직전 마지막 가이드 롤러에 매우 가까워야 하며, 롤러 베어링 간극은 0.01mm 이하여야 합니다. 센서 신호선은 주파수 변환기의 전원선에서 멀리 떨어져 있어야 합니다.

2. 릴 샤프트의 공기압3인치 또는 6인치 코어의 경우, 공기압은 균일하고 안정적이어야 합니다(폐쇄형 조절기 사용을 권장합니다). 압력이 부족하면 내부 층이 미끄러지고, 압력이 너무 높으면 종이 코어가 변형됩니다.

3. 슬리팅 후 각 좁은 스트립마다 독립적인 플로팅 롤러 사용폭이 20mm 미만인 매우 좁은 스트립의 경우, 중력이나 저마찰 실린더를 사용하여 기계적 감쇠 쿠션을 제공하기 위해 각 권취 스테이션에 마이크로 플로팅 롤러를 추가하는 것이 좋습니다.

4. 에지 보정 및 장력 폐쇄 루프의 타이밍보정 동작은 멤브레인 경로의 길이를 일시적으로 변경하여 장력에 영향을 미칩니다. PLC에서 다음과 같이 설정해야 합니다. 보정 동작이 발생하는 순간, 장력 PID는 적분항을 일시적으로 고정하고 보정이 완료된 후 다시 작동하도록 합니다.

5. 효과 검증: "육안으로 보이는 것"에서 "측정 가능한 데이터"로

최적화된 권선 편차는 정량적으로 평가할 수 있습니다.

• 단면 정렬 불량오차 범위: ±0.5mm 이하(정상 작동 조건) / ±1.0mm 이하(가속 및 감속 작동 조건).

• 장력 변동 최고점:설정값의 ±5% 이하.

• 적응 시간: 0.5초 이하 (교란 발생 시점부터 정상 상태로 복귀하는 시점까지).

실제 생산 환경에서는 "스텝 테스트"를 실시하는 것이 좋습니다. 되감기 속도 설정값을 ±10% 범위 내에서 인위적으로 빠르게 변경하면서 고속 데이터 수집기를 이용하여 장력 센서 곡선을 기록하고, 오버슈트와 진동 횟수를 관찰합니다. 파형이 한 주기 내에 수렴하면 폐루프 안정화가 완료된 것으로 간주합니다.

발문

핫 스탬핑 포일 슬리팅 기계의 권선 편차는 본질적으로 "보정"의 문제가 아니라 "장력"의 문제입니다. 빠른 응답, 적응형 릴 직경 변화, 기계적 교란 억제라는 세 가지 핵심 기능을 갖춘 장력 폐루프 제어 시스템을 구축해야만 뱀처럼 꼬이는 권선 현상을 근본적으로 제거할 수 있습니다. 장비 제조업체에게 있어 이는 단순히 PID 컨트롤러를 교체하는 문제가 아니라 서보 드라이브, 기계적 강성, 센서 정확도에 대한 체계적인 프로젝트입니다. 권선 단면이 칼날처럼 깔끔하다면, 그것은 장력 제어의 핵심을 완벽하게 구현했다는 의미입니다.