[논문]롤투롤 시스템에서의 사행현상을 고려한 장력제어에 대한 연구

이창우; 이장원; 신기현; 권순오

롤투롤 시스템에서의 사행현상을 고려한 장력제어에 대한 연구
A Study on the Taper Tension Control Considering the Telescoping in a Roll to Roll Machine 원문보기

이창우 (건국대학교 대학원 기계설계학과) , 이장원 (건국대학교 기계항공공학) , 신기현 (성안 기계 (주)) , 권순오 (성안 기계 (주))

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문제 정의

본 연구에서는 와인딩시 소재의 폭 방향 거동에 관한 텔레스코핑(telescoping)의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 테이퍼 텐션 프로파일(taper tension profile)의 설계를 제안한다. 또한 연구를 통하여 감김 롤의 사행 거동을 효과적으로 감소할 수 있는 방식임을 확인하였다.
본 연구에서는 테이퍼 텐션의 형태와 텔레스코핑, 그리고 반경방향 응력분포에 대한 상관관계를 수학적 모델을 통하여 규명하였으며, 이를 실험적으로 검증하였다.

제안 방법

Fig. 1 의 롤투롤 머신의 와인딩 구간에서 실험이 수행되었으며, Fig.2 의 각각의 장력 프로파일에 대한 반경방향 응력 및 텔레스코핑 현상을 실험적으로 확인하였다. Fig.
하이퍼볼릭 프로파일을 사용할 경우, 감김 롤 내에 반경 방향으로 안정적인 응력 분포를 유도할 수 있으나, 텔레스코핑 측면에서는 리니어 프로파일이 효과적인 방법임을 확인할 수 있다. 이러한 두 가지 타입에서 나타나는 장, 단점 분석을 통하여 아래와 같은 하이브리드 형태를 제안하였다. 하이브리드 프로파일은 리니어 프로파일에 비해 안정적인 응력 분포를 유도할 수 있으며, 하이퍼볼릭 프로파일에 비해 텔레스코핑의 크기를 감소시킬 수 있는 방식이다.
그러나 두 가지 장력 제어 방식은 롤 생산 시에 각각의 장단점을 가지고 있다. 이에 두 장력 제어 방식을 혼용함으로써 고품질의 감김 롤을 생산할 수 있는 방식인 하이브리드 테이퍼 (hybrid taper) 방식을 제안하며, 각각의 장력 제어 방식에 대하여 실험을 시행하였다.

성능/효과

4 에서 표현하고 있다. 결과에서 알 수 있듯이 하이퍼볼릭 형태 적용시에 내부 응력분포상태를 보다 안정적으로 유지할 수 있다. 그러나, 하이퍼볼릭 형태는 와인딩 초기에 텔레스코핑을 쉽게 발생시킬 수 있으므로, 제안된 하이브리드 형태를 적용함으로써, 텔레스코핑을 최소화 하는 동시에 내부 응력분포를 보다 안정적으로 유도할 수 있음을 확인하였다.
결과에서 알 수 있듯이 하이퍼볼릭 형태 적용시에 내부 응력분포상태를 보다 안정적으로 유지할 수 있다. 그러나, 하이퍼볼릭 형태는 와인딩 초기에 텔레스코핑을 쉽게 발생시킬 수 있으므로, 제안된 하이브리드 형태를 적용함으로써, 텔레스코핑을 최소화 하는 동시에 내부 응력분포를 보다 안정적으로 유도할 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 와인딩시 소재의 폭 방향 거동에 관한 텔레스코핑(telescoping)의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 테이퍼 텐션 프로파일(taper tension profile)의 설계를 제안한다. 또한 연구를 통하여 감김 롤의 사행 거동을 효과적으로 감소할 수 있는 방식임을 확인하였다.
3 에서, 텔레스코핑은 주로 와인딩 초기에 발생하고 있음을 알 수 있으며, 리니어 테이퍼 텐션 적용시 발생량이 작음을 확인할 수 있다. 즉, 와인딩 초기에는 하이퍼볼릭 형태보다는 리니어 형태를 적용하는 것이 텔레스코핑 방지에 보다 효과적임을 알 수 있다.
그러나 두 가지 장력 제어 방식은 롤 생산 시 장단점을 가지고 있다. 하이퍼볼릭 프로파일을 사용할 경우, 감김 롤 내에 반경 방향으로 안정적인 응력 분포를 유도할 수 있으나, 텔레스코핑 측면에서는 리니어 프로파일이 효과적인 방법임을 확인할 수 있다. 이러한 두 가지 타입에서 나타나는 장, 단점 분석을 통하여 아래와 같은 하이브리드 형태를 제안하였다.

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