(57)【要約】【課題】本願はフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法を開示する。【解決手段】フレキシブル材料ロールツーロール加工製造システムモジュールを動的解析するステップと、システムモジュールのうちの巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式を作成するステップと、巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式の解析によって張力変動影響要因を抽出し、前記影響要因を連続的な公差解析モデルの入力変数とするステップと、それぞれ巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの張力伝達システム状態方程式を作成するステップと、逐次回帰法、Tobitアルゴリズムによって張力伝達状態方程式の構造とパラメータを識別し、完全な張力伝達システム状態方程式を取得するステップと、張力伝達システム状態方程式によって各ステーションの張力値を算出し、前記張力値に基づきロールツーロール製造システムの加工過程品質評価を実現するステップと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
A）フレキシブル材料ロールツーロール加工製造システムモジュールを動的解析するステップと、
B）システムモジュールのうちの巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式を作成するステップと、
C）巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式の解析によって張力変動影響要因を抽出し、前記影響要因を連続的な公差解析モデルの入力変数とするステップと、
D）それぞれ巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの張力伝達システム状態方程式を作成するステップと、
E）逐次回帰法、Tobitアルゴリズムによって張力伝達状態方程式の構造とパラメータを識別し、完全な張力伝達システム状態方程式を取得するステップと、
F）張力伝達システム状態方程式によって各ステーションの張力値を算出し、前記張力値に基づきロールツーロール製造システムの加工過程品質評価を実現するステップと、を含むことを特徴とするフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項２】
前記巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式はそれぞれ
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であり、
ここで、式の左側のTu(t)は巻き戻しローラと次のローラとの間の張力、Mfu(t)は巻き戻しローラの摩擦抵抗モーメント、Mu(t)は巻き戻しローラに印加された電磁トルク、
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は巻き戻しローラの角速度変化率、
2019535609.tif 000049
は巻き戻しローラの角速度、J0は巻き戻しローラの慣性モーメントを示し、固定値であり、ρはフレキシブル薄膜材料の密度、bはフレキシブル薄膜材料の幅、R0は材料を巻いていない時の空き軸の半径、Ru(t)は巻き戻しローラに巻いた材料のリアルタイム半径、hはフレキシブル薄膜の厚さ、Tw(t)は巻取りローラと前のローラとの間の張力、
2019535609.tif 000050
は巻取りローラのリアルタイム角速度、
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は巻取りローラの角速度変化率、Rw(t)は巻取りローラに巻いた材料のリアルタイム半径、Mw(t)は巻取りローラに印加された電磁トルク、Mfw(t)は巻取りローラに印加された摩擦抵抗モーメント、Tiは現ローラの張力値、Ti-１は現ローラの前のローラの張力値、Ji(t)は現ローラの等価慣性モーメント、
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は現ローラのリアルタイム角速度、
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は現ローラの角速度変化率、aiはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、Mmotor_iは現モータの電磁トルク、biは摩擦係数、Riは現ローラに巻いた材料のリアルタイム半径を示すことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項３】
前記張力変動影響要因はロール半径R(t)、ローラ回転角速度ω(t)を含むことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項４】
ステップDは、具体的には、動的方程式に基づき、連続的な公差解析理論を導入し、それぞれ巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの初期張力伝達システム状態方程式を作成するステップを含み、前記方程式は、
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2019535609.tif 000055
であり、
ここで、式の左側Ti*はiでステーション番号を示し、Ri(t)は第i個のステーションのロール半径、Riは第i個のステーションローラの半径、Jiは第i個のステーションローラの慣性モーメント、Wiはランダムバリエーションを示し、第i個のステーションローラの電磁トルクは
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、第i個のステーションローラの摩擦抵抗モーメントは
2019535609.tif 000057
であり、aiはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、biは摩擦係数であり、T0(R1(t))は巻き戻しローラの初期張力であり、ロール半径が変化すると、初期張力も変化し、
2019535609.tif 000058
は現ステーション（第i個のステーション）の角速度変化率、
2019535609.tif 000059
は現ステーション（第i個のステーション）の角速度、Mmotor_1は第１個のステーションのモータの電磁トルク、a1は第１個のステーションでモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、b1は第１個のステーションでの摩擦係数、
2019535609.tif 000060
は第１個のステーションの角速度、Mmotor_iは第i個のステーションのモータの電磁トルク、Ti-1は現ローラの前のローラの張力値、ρはフレキシブル薄膜材料の密度、bはフレキシブル薄膜材料の幅、R0は材料を巻いていない時の空き軸の半径、hはフレキシブル薄膜の厚さを示すことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項５】
前記ステップEは具体的には、逐次回帰解析法によってロールツーロール加工製造システムのモデル構造を決定し、モデル構造を決定した後、Tobit回帰モデル最尤推定方法によってによってモデルの未知パラメータを求めるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項６】
前記逐次回帰法によって変数を選択することは、
回帰方程式から不顕著な変数を除去するステップと、
新たな変数を回帰方程式に導入するステップと、を含むことを特徴とする請求項５に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【請求項７】
前記フレキシブル材料ロールツーロールシステムの各ステーションの張力値は巻き戻し過程のデータをランダムに収集して入力としてモデル訓練を行い、モデリングを実現し、前記収集したデータは初期張力値と最後ステーションの張力値、すなわち巻き戻し速度、ガイドローラ速度、駆動ローラ速度、ロール半径、初期張力、巻き戻しモータトルク、駆動ローラモータトルクを含むことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２０１７年０９月１４日に中国特許庁に提出し、出願番号が２０１７１０８２８５８０．７、発明名称が「フレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用のSoV方法」の中国特許出願の優先権を主張し、その全内容は引用により本願に組み込まれる。
【０００２】
本願の実施例は加工システムの各ステーションの張力予測の技術分野に関し、特にフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析（英語：Stream of Variation、略称：SoV）方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、フレキシブル薄膜をベース材料とするウェアラブルセンサー、有機発光ダイオード（英語：Organic Light-Emitting Diode、略称：OLED）、薄膜太陽電池についての技術研究は飛躍的な進歩を遂げ、その産業化、量産化が課題として挙げられている。しかし、フレキシブル薄膜材料１５は異方性材料であり、変形には多様性や不確定性を有し、しわ、層間スリップ、破損などの品質問題が生じやすい。ロールツーロール連続製造システムは自動化程度が高く、生産効率が高く、人的要因による生産過程への影響が小さいなどの利点を有するため、フレキシブル材料の加工製造に最適である。
【０００４】
フレキシブル材料のロールツーロール（R2R）製造は通常、数個又は数十個のローラによって連続生産システムを構成してフレキシブル薄膜にプレス、印刷などの加工を行い、フレキシブル薄膜材料の加工過程では、ローラ間の張力変動によって材料の変形を引き起こし、さらに加工品質問題を招いてしまい、R2R加工過程の張力変化は複数の要因が存在し、公差が累積するという特徴を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術的問題を解決するために、本発明は、R2R加工システムの各ステーションの張力予測に用いられ、張力予測によって加工品質の評価を間接的に実現するフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析（Stream of Variation）方法を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、以下の技術案によって実現される。
【０００７】
フレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法であって、
Aフレキシブル材料のロールツーロール加工製造システムモジュールを動的解析するステップと、
Bシステムモジュールのうちの巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式を作成するステップと、
C巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式の解析によって張力変動影響要因を抽出し、前記影響要因を連続的な公差解析モデルの入力変数とするステップと、
Dそれぞれ巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの張力伝達システム状態方程式を作成するステップと、
E逐次回帰法、Tobitアルゴリズムによって張力伝達状態方程式の構造とパラメータを識別し、完全な張力伝達システム状態方程式を取得するステップと、
F張力伝達システム状態方程式によって各ステーションの張力値を算出し、前記張力値に基づきロールツーロール製造システムの加工過程品質評価を実現するステップと、を含む。
【０００８】
従来技術に比べて、本発明の１つ又は複数の実施例は以下の利点を有する。
【０００９】
１、最も少ないセンサによって最も効果的な監視能力を実現し、それにより製造加工コストを最大限に削減させる。
２、ロールツーロール製造システムの加工過程オンライン品質評価の難題を克服する。
３、張力予測の平均相対誤差はわずか０．３９%であり、フレキシブル材料のロールツーロール高精度予測製造に対して重要な意味がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本願の実施例又は従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下、本願の実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明し、明らかなように、後述する図面は本願のいくつかの例示的な実施例に過ぎず、当業者は創造的な努力をせずにこれらの図面に基づきほかの図面を想到し得る。
【００１１】
【図１】図１はフレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法のブロック図である。
【図２】図２は逐次回帰解析方法のフローチャートである。
【図３】図３はTobit最尤推定アルゴリズムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、実施例及び図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、フレキシブル材料のロールツーロール加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法であり、
フレキシブル材料ロールツーロール加工製造システムモジュールを動的解析するステップと、
システムモジュールのうちの巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式を作成するステップと、
巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの動的方程式の解析によって張力変動影響要因を抽出し、前記影響要因を連続的な公差解析モデルの入力変数とするステップと、
それぞれ巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ及びガイドローラの張力伝達システム状態方程式を作成するステップと、
逐次回帰法、Tobitアルゴリズムによって張力伝達状態方程式の構造とパラメータを識別し、完全な張力伝達システム状態方程式を取得するステップと、
張力伝達システム状態方程式によって各ステーションの張力値を算出し、前記張力値に基づきロールツーロール製造システムの加工過程品質評価を実現するステップと、を含む。
【００１４】
上記巻き戻しローラの動的方程式、巻取りローラの動的方程式、駆動ローラの動的方程式、ガイドローラの動的方程式はそれぞれ、式(１)、式(２)、式(３)、式(１)である。
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ここで、式の左側のTu(t)は巻き戻しローラと次のローラとの間の張力、Mfu(t)は巻き戻しローラの摩擦抵抗モーメント、Mu(t)は巻き戻しローラに印加された電磁トルク、
2019535609.tif 000004
は巻き戻しローラの角速度変化率、
2019535609.tif 000005
は巻き戻しローラの角速度、J0は巻き戻しローラの慣性モーメントを示し、固定値であり、ρはフレキシブル薄膜材料の密度、bはフレキシブル薄膜材料の幅、R0は材料を巻いていない時の空き軸の半径、Ru(t)は巻き戻しローラに巻いた材料のリアルタイム半径、hはフレキシブル薄膜の厚さ、Tw(t)は巻取りローラと前のローラとの間の張力、
2019535609.tif 000006
は巻取りローラのリアルタイム角速度、
2019535609.tif 000007
は巻取りローラの角速度変化率、Rw(t)は巻取りローラに巻いた材料のリアルタイム半径、Mw(t)は巻取りローラに印加された電磁トルク、Mfw(t)は巻取りローラに印加された摩擦抵抗モーメント、Tiは現ローラの張力値、Ti-１は現ローラの前のローラの張力値、Ji(t)は現ローラの等価慣性モーメント、
2019535609.tif 000008
は現ローラのリアルタイム角速度、
2019535609.tif 000009
は現ローラの角速度変化率、aiはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、Mmotor_iは現モータの電磁トルク、biは摩擦係数、Riは現ローラに巻いた材料のリアルタイム半径を示す。
【００１５】
ロール半径R(t)、ローラ回転角速度ω(t)などを含む、張力変動を影響する主要要因をモデルの入力変数とし、動的方程式に基づき、連続的な公差解析（SoV）理論を導入して巻き戻しローラ、巻取りローラ、駆動ローラ、ガイドローラの初期張力伝達システム状態方程式を作成し、
巻き戻しローラの初期張力伝達システム状態方程式は、
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巻取りローラの初期張力伝達システム状態方程式は、
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、
駆動ローラの初期張力伝達システム状態方程式は、
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ガイドローラの初期張力伝達システム状態方程式は、
2019535609.tif 000013
であり、
ここで、式の左側Ti*はiでステーション番号を示し、Ri(t)は第i個のステーションのロール半径、Riは第i個のステーションローラの半径、Jiは第i個のステーションローラの慣性モーメント、Wiはランダムバリエーションを示し、第i個のステーションローラの電磁トルクは
2019535609.tif 000014
、第i個のステーションローラの摩擦抵抗モーメントは
2019535609.tif 000015
であり、aiはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、biは摩擦係数である。T0(R1(t))は巻き戻しローラの初期張力であり、ロール半径が変化すると、初期張力も変化する。
2019535609.tif 000016
は現ステーション（第i個のステーション）の角速度変化率、
2019535609.tif 000017
は現ステーション（第i個のステーション）の角速度、Mmotor_1は第１個のステーションのモータの電磁トルク、a1は第１個のステーションでモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、b1は第１個のステーションでの摩擦係数、
2019535609.tif 000018
は第１個のステーションの角速度、Mmotor_iは第i個のステーションのモータの電磁トルク、Ti-1は現ローラの前のローラの張力値、ρはフレキシブル薄膜材料の密度、bはフレキシブル薄膜材料の幅、R０は材料を巻いていない時の空き軸の半径、hはフレキシブル薄膜の厚さを示す。
【００１６】
初期張力伝達システムの状態方程式を作成した後、逐次回帰解析法によってモデル構造を画定する。図２に示すように、逐次回帰法による変数選択過程は、回帰方程式から不顕著な変数を除去するステップと、新たな変数を回帰方程式に導入するステップと、を含む。
ｙを従属変数、x1、x2、L、xmをすべての独立変数、yi、xi1、xi2、L、xim(i=1,2，L,n)を独立に抽出したn組のサンプルとする。独立変数がモデルに選択される顕著性レベルをα1、モデルから除去される顕著性レベルをα2(０＜α1≦α2＜１)とする。逐次スクリーニング法の一般なステップは以下の通りである。
【００１７】
ｌ回のスクリーニングを行い、且つp個の独立変数を選択し、対応した残差平方和を
2019535609.tif 000019
、共分散行列を
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とすると、
第ｌ+１回のスクリーニング過程は、以下のステップを含む。
【００１８】
a)回帰方程式から変数を除去できるか否かを考慮し、独立変数の貢献を算出する。
2019535609.tif 000021
【００１９】
b)選択された独立変数が顕著であるか否かを検証する。
モデル中の変数の最小値
2019535609.tif 000022
を取り、
2019535609.tif 000023
(
2019535609.tif 000024
)を算出し、
変数xkを除去できるか否かの検証について、
2019535609.tif 000025
であると、xkを除去し、d)に進み、
2019535609.tif 000026
であると、xkを除去できず、c)に進む。
【００２０】
c)新たな変数をさらに導入できるか否かを考慮し、回帰方程式にない変数の偏回帰平方和を算出し、モデル外の変数貢献の最大値
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を取り、
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を算出し、
変数xkを導入できるか否かを検証し、
2019535609.tif 000029
であると、スクリーニングが終了し、
2019535609.tif 000030
であると、xkを導入し、d)に進む。
【００２１】
d)
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を
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に変換し、ｌ+２回のスクリーニングを行い、
2019535609.tif 000033
、
2019535609.tif 000034
であり、
T0(R1(t))、L0(R1(t))のモデル構造を確認するとき、測定したT0、R1(t)及びL0、R1(t)によって、回帰方程式の選択と独立変数の選択を行い、その後、回帰モデルを求める。まず、T0(R1(t))、L0(R1(t))をR1(t)の３次多項式
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(T0(R1(t))は巻き戻しローラの初期張力、L0(R1(t))は印刷図の緩み長さであり、そのロールでの位置に決めされる)とする。
【００２２】
その後、モデル訓練過程では、逐次回帰解析方法によって行う。
【００２３】
モデル構造を確認した後、その未知パラメータを求める必要がある。加工過程で張力は多くの要因に影響され、打切りデータに属する。従って、Tobit回帰モデル最尤推定方法によってモデルの未知パラメータを求め、実現方法は以下の通りである。
【００２４】
Yは制限付き従属変数であり、下限０を有するとする。
2019535609.tif 000036
ここで、X1〜Xmは従属変数、εは打ち切ったランダム変数、β０〜βmは係数ベクトルを示す。
φ(x)は標準密度関数、Φ(x)は標準正規分布関数を示す、対応した確率分布関数は、
2019535609.tif 000037
であり、
該モデルに対して、MLE推定尤度関数を用いて、ニュートン反復法によって尤度関数が最大値であるオイラー方程式を求め、プロセスは以下の通りである。
【００２５】
1)(a０、a１、...、am、a)を
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の推定値とする。
【００２６】
2)サンプルの尤度関数を求める。
2019535609.tif 000039
2019535609.tif 000040
2019535609.tif 000041
【００２７】
3)尤度関数に対して対数を取る。
2019535609.tif 000042
【００２８】
4)一次条件式を求める。
2019535609.tif 000043
2019535609.tif 000044
【００２９】
一次条件式に基づき、初期値を代入し、ニュートン反復法で計算し、Δaの値の変化が非常に小さくなるまで反復し、取得する推定値はTobitモデルの推定値
2019535609.tif 000045
であり、アルゴリズムのフローチャートは図３に示される。
Tobitに基づく連続的な公差解析モデル構造を決定した後、上記最尤推定(MLE)を用いて、未知パラメータJi、ai及びbiを推定する。ここまで、フレキシブル材料ロールツーロール製造システムの張力予測連続的な公差解析モデルの作成は完了する。
【００３０】
フレキシブル材料ロールツーロールシステムの各ステーションの張力値を算出するために、巻き戻し過程のデータをランダムに収集して入力として上記モデル訓練を行い、モデリングを実現する。２秒ごとに収集し、主に初期張力値と最後ステーションの張力値、巻き戻し速度、ガイドローラ速度、駆動ローラ速度、ロール半径、初期張力、巻き戻しモータトルク、駆動ローラモータトルクを含む。すなわち、
2019535609.tif 000046
を必要とせずにパラメータJ1、aｑ、b1、J2、b2、W1、W2の推定を行い、限られたセンサで各ステーションの張力を推定でき、それを根拠にロールツーロール製造システムの加工過程の品質評価を実現する。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明を理解するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者は、本発明の開示する精神及び範囲を逸脱せずに、実施形態及び詳細に様々な変更や変化を行うことができるが、本発明の保護範囲は添付特許請求の範囲に定められる。
【図１】
2019535609.tif 000061
【図２】
2019535609.tif 000062
【図３】
2019535609.tif 000063
【国際調査報告】
2019535609.tif 000064
2019535609.tif 000065
2019535609.tif 000066
2019535609.tif 000067