特許 6755320 フレキシブル材料のローラツーローラ加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6755320

(24)【登録日】2020年8月27日

(45)【発行日】2020年9月16日

(54)【発明の名称】フレキシブル材料のローラツーローラ加工過程の張力予測用の連続的な公差解析方法

(51)【国際特許分類】

   B65H 23/18 20060101AFI20200907BHJP

   G06F 30/10 20200101ALI20200907BHJP

【ＦＩ】

   B65H23/18

   G06F17/50 636D

【請求項の数】1

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-536849(P2018-536849)

(86)(22)【出願日】2018年2月7日

(65)【公表番号】特表2019-535609(P2019-535609A)

(43)【公表日】2019年12月12日

(86)【国際出願番号】CN2018075508

(87)【国際公開番号】WO2019052117

(87)【国際公開日】20190321

【審査請求日】2018年7月13日

(31)【優先権主張番号】201710828580.7

(32)【優先日】2017年9月14日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】518005942

【氏名又は名称】広東工業大学

【氏名又は名称原語表記】ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】▲トウ▼燿華

(72)【発明者】

【氏名】劉夏麗

【審査官】 西本 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１５７６６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 SHUI,Huanyi，ROLL-TO-ROLL MANUFACTURING SYSYTEM MODELING AND ANALYSIS BY STREAM OF VARIATION THEORY，ASME 2016 11th International Manufacturing Science and Engineering Conference, MSEC2016 ，米国，THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS，２０１６年 ７月 １日，VOLUME 2，第6頁第18行-第11頁第37行

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６５Ｈ ２３／００ − ２３／３４

Ｂ６５Ｈ ２６／００ − ２６／０８

Ｇ０６Ｆ ３０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレキシブル材料ローラツーローラ加工製造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リアルタイムの張力に関する方程式を作成するステップであって、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リアルタイムの張力に関する方程式はそれぞれ

であるステップと、
前記方程式より張力変動の影響要因を抽出し、前記影響要因を連続的な公差解析モデルの入力変数として、連続的な公差解析モデルを作成するステップであって、前記張力変動の影響要因は、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それぞれのローラ半径Ｒ（ｔ）、ローラ回転角速度ω（ｔ）であるステップと、
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それぞれのローラ半径Ｒ（ｔ）、ローラ回転角速度ω（ｔ）を用いて、張力伝達システム方程式を作成するステップであって、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張力伝達システム方程式はそれぞれ

であるステップと、
逐次回帰解析法、Ｔｏｂｉｔアルゴリズムによって張力伝達システム方程式の構造とパラメータを識別し、Ｊ_ｉ、ａ_ｉ、ｂ_ｉが確定された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それぞれの張力値を算出するステップと、を含み、

式の左側のＴ_ｕ（ｔ）は巻き戻しローラと次のローラとの間の張力、Ｍ_ｆｕ（ｔ）は巻き戻しローラの摩擦抵抗モーメント、Ｍ_ｕ（ｔ）は巻き戻しローラに印加された電磁トルク、

は巻き戻しローラの角速度変化率、

は巻き戻しローラの角速度、Ｊ_０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、Ｒ_０は材料を巻いていない時の巻き戻しローラの半径、Ｒ_ｕ（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、Ｔ_ｗ（ｔ）は巻取りローラと前のローラとの間の張力、

は巻取りローラのリアルタイム角速度、

は巻取りローラの角速度変化率、Ｒ_ｗ（ｔ）は巻取りローラに巻いた材料のリアルタイム半径、Ｍ_ｗ（ｔ）は巻取りローラに印加された電磁トルク、Ｍ_ｆｗ（ｔ）は巻取りローラに印加された摩擦抵抗モーメント、Ｔ_ｉはローラの張力値、Ｔ_ｉ−１は前記ローラの前のローラの張力値、Ｊ_ｉ（ｔ）はローラの等価慣性モーメント、

はローラのリアルタイム角速度、

はローラの角速度変化率、ａ_ｉはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿ｉ}はモータの電磁トルク、ｂ_ｉは摩擦係数、Ｒ_ｉは現ローラに巻いた材料のリアルタイム半径を示し、
式の左側Ｔ_ｉ^＊では、ｉが位置番号を示し、Ｒ_ｉ（ｔ）はｉ番目のローラ半径、Ｒ_ｉはｉ番目のローラが材料を巻いていない時のローラ半径、Ｊ_ｉはｉ番目のローラの慣性モーメント、Ｗ_ｉはランダムバリエーションを示し、ｉ番目のローラの電磁トルクは

、ｉ番目のローラの摩擦抵抗モーメントは

であり、ａ_ｉ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、Ｔ_０（Ｒ_１（ｔ））は巻き戻しローラの初期張力であり、ローラ半径が変化すると、初期張力も変化し、

はｉ番目のローラの角速度変化率、

はｉ番目のローラの角速度、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿１}は１番目のモータの電磁トルク、ａ_１は１番目のモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、ｂ_１は１番目のローラの摩擦係数、

は１番目のローラの角速度、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿ｉ}はｉ番目のモータの電磁トルク、Ｔ_ｉ−１はいｉ−１番目のローラの張力値、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、Ｒ_０は材料を巻いていない時の巻き戻しローラの半径、ｈはフレキシブル薄膜の厚さを示す、ことを特徴とするフレキシブル材料のローラツーローラ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ラツーローラ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位置のローラ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ラツーローラ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。ローラツーローラ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ラツーローラ（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加工システムの各位置のローラ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ラツーローラ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ラツーローラ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ラツーローラ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逐次回帰解析法、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位置のローラの張力値を算出し、前記張力値に基づきローラツーローラ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、ローラツーローラ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ラツーローラ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ラツーローラ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ラツーローラ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ラツーローラ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、
逐次回帰解析法、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位置のローラの張力値を算出し、前記張力値に基づきローラツーローラ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。

ここで、式の左側のＴ_ｕ（ｔ）は巻き戻しローラと次のローラとの間の張力、Ｍ_ｆｕ（ｔ）は巻き戻しローラの摩擦抵抗モーメント、Ｍ_ｕ（ｔ）は巻き戻しローラに印加された電磁トルク、

は巻き戻しローラの角速度変化率、

は巻き戻しローラの角速度、Ｊ_０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、Ｒ_０は材料を巻いていない時の空き軸の半径、Ｒ_ｕ（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、Ｔ_ｗ（ｔ）は巻取りローラと前のローラとの間の張力、

は巻取りローラのリアルタイム角速度、

は巻取りローラの角速度変化率、Ｒ_ｗ（ｔ）は巻取りローラに巻いた材料のリアルタイム半径、Ｍ_ｗ（ｔ）は巻取りローラに印加された電磁トルク、Ｍ_ｆｗ（ｔ）は巻取りローラに印加された摩擦抵抗モーメント、Ｔ_ｉは現ローラの張力値、Ｔ_ｉ−１は現ローラの前のローラの張力値、Ｊ_ｉ（ｔ）は現ローラの等価慣性モーメント、

は現ローラのリアルタイム角速度、

は現ローラの角速度変化率、ａ_ｉはモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿ｉ}はモータの電磁トルク、ｂ_ｉは摩擦係数、Ｒ_ｉは現ローラに巻いた材料のリアルタイム半径を示す。

【0015】

ローラ半径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、

巻取りローラの初期張力伝達システム状態方程式は、

、
駆動ローラの初期張力伝達システム状態方程式は、

ガイドローラの初期張力伝達システム状態方程式は、

であり、
ここで、式の左側Ｔ_ｉ^＊はｉで位置番号を示し、Ｒ_ｉ（ｔ）はｉ番目のローラ半径、Ｒ_ｉはｉ番目のローラの半径、Ｊ_ｉはｉ番目のローラの慣性モーメント、Ｗ_ｉはランダムバリエーションを示し、ｉ番目のローラの電磁トルクは、

ｉ番目のローラの摩擦抵抗モーメントは

であり、ａ_ｉ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。Ｔ_０（Ｒ_１（ｔ））は巻き戻しローラの初期張力であり、ローラ半径が変化すると、初期張力も変化する。

はｉ番目の角速度変化率、

はｉ番目のローラの角速度、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿１}は１番目のモータの電磁トルク、ａ_１は１番目のローラのモータから駆動ローラに伝達されるトルクの百分率、ｂ_１は１番目のローラの摩擦係数、

は１番目のローラの角速度、Ｍ_{ｍｏｔｏｒ＿ｉ}はｉ番目のローラのモータの電磁トルク、Ｔ_ｉ−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、Ｒ_０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、逐次回帰解析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、ｘ_１、ｘ_２、Ｌ、ｘ_ｍをすべての独立変数、ｙ_ｉ、ｘ_ｉ１、ｘ_ｉ２、Ｌ、ｘ_ｉｍ（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α_１、モデルから除去される顕著性レベルをα_２（０＜α_１≦α_２＜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

、共分散行列を

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。

【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。

【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、

【0021】

【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。

ここで、Ｘ_１〜Ｘｍは従属変数、εは打ち切ったランダム変数、β_０〜β_ｍ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、

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）（ａ_０、ａ_１、...、ａ_ｍ、ａ）を

の推定値とする。

【0026】

２）サンプルの尤度関数を求める。

【0027】

３）尤度関数に対して対数を取る。

【0028】

４）一次条件式を求める。

【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

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Ｊ_ｉ、ａ_ｉ及びｂ_ｉを推定する。ここまで、フレキシブル材料ローラツーローラ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ラツーローラシステムの各位置のローラ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位置の張力値、巻き戻し速度、ガイドローラ速度、駆動ローラ速度、ローラ半径、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、

を必要とせずにパラメータＪ_１、ａ_ｑ、ｂ_１、Ｊ_２、ｂ_２、Ｗ_１、Ｗ_２の推定を行い、限られたセンサで各位置のローラの張力を推定でき、それを根拠にローラツーローラ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】

【図2】

【図3】