柔性基板卷到卷输送中横向振动建模与控制

发布时间：2020-10-28 13:43

　　 卷到卷输送工艺不仅在传统行业应用广泛,目前已成为无线射频识别标签、柔性显示器、有机发光二极管、薄膜太阳能电池、印刷电子等领域理想的制造技术,产品更加高精、高效的生产制造需求对运动基板的高速稳定输送提出了更高要求。面对实际工程应用中的复杂工况,考虑基板张力的非均匀分布以及中间弹性支撑影响,本文对柔性基板卷到卷输送中横向振动特性、振动控制及应用等问题进行了深入分析和有益探索,并取得了一些理论和实验成果。本文主要研究工作和创新之处包括:(1)针对卷到卷输送中柔性运动基板,采用机理建模的方式,建立了运动基板横向振动的动力学模型。运动方程中考虑了横向振动与面内运动之间的耦合,利用Galerkin方法对运动偏微分方程进行离散,得到该问题的特征方程,从而计算运动基板在频域内横向振动特性;同时引入时间逐步积分方法来计算分析基板横向振动在时域内的位移响应特性。(2)针对实际工程应用中存在的基板张力非均匀分布,分析了抛物线形式张力分布作用下的柔性基板横向振动特性。通过数值求解和有限元仿真,讨论了张力不均匀系数、运动速度、长宽比等参数对基板横向振动特性及稳定性的影响。张力不均匀系数对基板面内应力分布有较大影响,随着张力不均匀系数增大基板失稳临界速度不断变小,一个很小的张力分布不均匀系数就可以造成基板横向振动模态形状与均匀张力分布时相比发生剧烈变化,考虑基板张力的非均匀分布有助于更加精确地预测分析基板横向振动特性。(3)针对大跨距基板合理选择中间弹性支撑位置和刚度的问题,研究了运动基板在中间弹性支撑下的横向振动特性及稳定性。振动模型里同时考虑了基板的运动和中间弹性支撑,通过数值计算分析了单个支撑或多个弹性支撑下,不同支撑位置和支撑刚度对基板横向振动频率转向现象、振动稳定性及动态响应的影响,为卷到卷制造设备的布局设计提供了理论依据和指导。(4)针对运动基板横向振动严重影响卷到卷工艺中基板稳定输送问题,采用集中力控制方案,分别使用线性二次型调节器和线性二次型高斯控制方法设计了主动力控制的最优控制器,在基板表面施加横向反馈控制力,通过调节力的大小和方向达到基板横向振动控制,并用数值计算仿真验证了这两种控制方法的有效性。(5)针对卷到卷输送中基板张力快速非接触式测量的需求,提出了一种基于横向振动频率测量的基板张力估计方法,并设计搭建了一套开放式结构的卷到卷实验平台进行实验验证,该方法可快速实现卷到卷制造设备中基板张力的非接触式测量,不会对基板表面动力学行为产生任何影响,而且方便地布置在卷到卷设备各个区域。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH113.1
【部分图文】：

卷到卷输送工艺应用采用卷到卷输送工艺的设备中，通常具有平、薄、矩形截面形状、较小弯曲刚度等

图 1-2 RFID 标签封装设备的卷到卷系统示意图工程及学术界广泛认为卷到卷输送中存在三大技术问题，一是沿纵向（输送方向）的张力动态稳定及控制，二是沿侧向（面内垂直于输送方向）的动态偏移及控制，三是沿横向（面外垂直于输送方向）的振动及控制。有许多学者研究了卷到卷输送中基板的纵向张力模型，包括收、放料区域张力模型及对辊区域张力模型，提出了多种有效抑制

图 1-3 全文研究内容及组织结构全文共分为七个章节：第一章为绪论部分，详细阐述了本课题的研究背景、关键问题及相关研究综述等。为了满足基板横向振动理论研究的需要，第二章建立了柔性基板卷到卷输送中横向振动的动力学模型，阐述了公式推导过程，采用 Galerkin 方法对系统振动的偏微分方程进行离散，通过数值计算方法获得基板横向振动的频率和模态形状，
【参考文献】

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本文编号：2860167