CN102015501A

CN102015501A - 处理幅面的机器以及用于控制该机器的方法

Info

Publication number: CN102015501A
Application number: CN2009801151735A
Authority: CN
Inventors: S·舒尔策; H·施纳贝尔
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2009-04-04
Publication date: 2011-04-13
Also published as: US20110062205A1; DE102008021445B4; WO2009132748A1; DE102008021445A1; US8512609B2

Abstract

用于运行处理幅面的机器的方法，所述机器具有至少一个被驱动的输送材料幅面(10)的第一输送辊(2)、至少一个输送所述材料幅面(10)的第二输送辊(4)和至少一个对所述幅面进行加工的加工单元(8)，其中至少一个输送辊(2、4)具有驱动装置(12、14)并且至少一个驱动装置(12)由调节装置(20)进行调节，并且其中这个驱动装置(12)的调节依赖于所述材料幅面(10)的伸长特性进行，其中在考虑所述材料幅面(10)的伸长特性时也考虑这些伸长特性的阻尼。

Description

处理幅面的机器以及用于控制该机器的方法

技术领域

本发明涉及一种处理幅面的机器以及一种用于对该机器进行控制或者说调节的方法。

背景技术

从现有技术中已经公开了多种多样的处理幅面的机器比如印刷机、包装机、薄膜拉伸机或者用于织物加工的机器。在此已知，这样的机器经常具有大量的输送辊，这些输送辊输送有待加工的材料。这些辊子在此通常设有受控制的驱动装置，其中所述驱动装置在此部分地考虑有待处理的材料的张力。

更准确地说，迄今已知幅面张力调节装置或者说套准调节装置，所述幅面张力调节装置或者说套准调节装置在其调节器结构或者说调节器参数设计或者说参数适配方面从物品幅面的不依赖于速度的弹性模量(下面称为E模量)出发。但是这样的不依赖于速度的弹性模量的采用导致部分不理想的调节器参数化。从DE 10 2005 056 802A1中公开了对物品幅面的幅面张力进行调节。在此按照能够作为函数和/或在多个支撑点上预先给定的特性曲线来确定幅面张力调节器的调节回路参数。

以往已知的幅面张力调节装置或者说套准调节装置以以下情况为出发点，即在幅面张力与幅面伸长之间存在线性的关系。

发明内容

本发明的任务是，对于不同的速度来说也改进幅面张力调节装置及套准调节装置的调节特性。按本发明，这一点通过独立权利要求1和11的主题来实现。有利的实施方式和改进方案是从属权利要求的主题。

对于按本发明的用于运行处理幅面的机器的方法来说，用至少一个被驱动的第一输送辊来输送材料幅面，并且此外也用第二输送辊来输送所述材料幅面，并且还设置了对材料幅面进行加工的加工单元。在此，至少一个输送辊具有驱动装置并且至少一个驱动装置由调节装置进行调节，其中这个驱动装置的调节依赖于所述材料幅面的伸长特性进行。按本发明在考虑所述材料幅面的伸长特性时也考虑这些特性的阻尼或者说变化或者非线性。

材料幅面的加工比如可以是材料幅面的剪切、材料幅面的印刷、材料幅面的加热或者类似处理。从现有技术中已知的解决方案从幅面张力与幅面伸长之间的线性的关系出发，也就是说至多以弹性的伸长(或者说恒定的弹性模量)为基础，而按本发明则提出，也考虑可能非线性的伸长以及比如材料幅面的流动形式的塑性变形。

此外，在现有技术中仅仅考虑幅面的不依赖于时间的伸长特性，也就是说以没有阻尼特性的理想的虎克(Hook-sche)伸长为基础。由此在检测或者说适配调节参数或者说调节器参数时不对材料幅面或者说物品幅面的阻尼加以考虑，也就是说不考虑通过材料引起的并且尤其在加工速度较高时起作用的时间常数。

按本发明，所述调节也考虑阻尼弹簧的类型的材料特性。在此优选直接在印刷机中确定材料幅面的材料特性(用于阻尼弹簧的特征值)。

换句话说，在设计调节器参数或者说适配调节器参数时考虑物品幅面或者说材料幅面的阻尼特性并且进行依赖于速度的适配处理。

在优选的方法中，为了调节驱动装置而使用保存在存储装置中的数值或者说特性曲线。这些特性曲线在此可以从函数关系中获得，但是也可以保存具有彼此对应的特征值的特征值组。在此可以依赖于速度对相应的调节器参数进行优化，方法是在控制装置中保存了事先计算的依赖于速度的用于调节或者说调节器参数的特性曲线。通过这种方式可以对有待处理的幅面的不同的特性作出很快反应。也可以将有待处理的幅面的材料特性依赖于阻尼保存在调节装置中，其中优选可以从这些所保存的材料特性中在线地求得或者适配调节参数或者说调节器参数。

也可以将材料特性作为依赖于速度的特性曲线保存在调节装置中。由此在这种优选的方法中至少一条特性曲线是依赖于速度的特性曲线。

在另一种优选的方法中，依赖于材料幅面的输送速度来确定材料幅面的至少一个区域的弹性模量。这种优选的方法以这样的认识为基础，即所述弹性模量也会依赖于输送速度并且由此依赖于该材料的加工持续时间而变化。

材料幅面的伸长特性尤其是指上面提到的弹性模量或者从该弹性模量中获得的参量。

优选在检测伸长特性时(或者说在检测调节参数/调节器参数时在检测弹簧常数时)考虑至少一个物理参量，该物理参量优选从一组物理参量中选出，这组物理参量则包含材料的温度、环境温度、材料的湿度、环境的相对空气湿度、这些参数的组合或者类似参量。

尤其对于伸长特性的精确评估来说有益的是，考虑所提到的特性中的多个特性，比如不仅考虑材料的温度而且考虑材料的输送速度。

在另一种优选的方法中，在检测伸长特性时考虑材料幅面的非线性的伸长特性或者说效应。特别优选也在确定材料特性的时间常数时考虑上面提到的特性并且尤其考虑温度影响。在此也可以在该方法中使用观察装置，所述观察装置进一步对调节器设计进行优化并且也更好地调整基础的材料模型。

通常所述幅面由极为不同的材料制成比如由纸、织物、纸板、薄膜尤其塑料和/或金属膜、由橡胶或者类似材料制成。机器类型优选如上面所提到的一样是这样的机器，如轮转印刷机、凹版印刷机、包装印刷机、加工机比如信封机、薄膜拉伸机、包装机以及类似机器。优选在此涉及具有长的幅面位移的处理幅面的机器，所述机器尤其具有大量的辊子或者说轴或者其它输送装置。

用于上面所提到的非线性的伸长特性的实例比如可以是塑性变形或者非线性的伸长特性曲线。

在另一种优选的方法中，借助于测量装置来测定材料幅面的至少一项物理特性并且该测量装置输出至少一个数值，该数值表征所述材料幅面的物理特性，其中在检测材料幅面的伸长特性时考虑该数值。这意味着，比如在线地检测特定的特性比如作用于所述材料幅面上的力，并且在检测材料幅面的伸长特性时又对所述特定的特性加以考虑。为此目的，可以使用上面所提到的特性曲线，所述特性曲线为特定的伸长状态分配特定的物理特性或者尤其分配弹性模量。

在另一种优选的方法中，借助于测量装置来测定所述驱动装置的至少一项物理特性并且该测量装置输出至少一个数值，该数值表征所述驱动装置的物理特性，其中在检测材料幅面的伸长特性时对该数值加以考虑。在这种情况下比如可以设置转矩传感器，该转矩传感器确定驱动装置的转矩。通过这种方式尤其比如通过对转矩的观察来直接在印刷机中确定材料特性也就是说用于阻尼弹簧的特征值。对于上面所说明的处理方式来说可以直接通过测力装置如测力计来确定测量。由此在这里所述调节装置也将材料特性作为阻尼弹簧进行考虑。

优选借助于驱动系统来实施对材料幅面的动态的特征参数的检测。所述动态的特征参数在此尤其是指弹性模量、阻尼特性和/或塑性变形。这可以通过测力计和位置差或者用驱动装置内部的参量尤其转矩额定值、转矩实际值和位置差来进行。

此外，本发明涉及一种处理幅面的机器，该机器具有至少一个被驱动的输送材料幅面的第一输送辊、至少一个输送所述材料幅面的第二输送辊和至少一个对幅面进行加工的加工单元，其中至少一个输送辊具有驱动装置和对该驱动装置进行调节的调节装置，其中如此设计所述调节装置，使得其依赖于所述材料幅面的伸长特性来调节所述驱动装置。

按本发明如此设计所述调节装置，使得其在考虑所述材料幅面的伸长特性时也考虑这些伸长特性的阻尼。优选所述第二输送辊也被驱动或者说具有第二驱动装置。在此，尤其优选所述第二驱动装置也由所述调节装置进行调节，其中在这里所述调节装置也考虑材料幅面的阻尼特性。尤其优选对大量用于辊子或者其它输送单元的驱动装置进行调节，其中相应地以材料幅面的伸长特性为基础。

在此对于按本发明的设备或者说机器来说也不是将材料幅面的伸长特性作为恒定的为前提，而是同样在控制或者说调节时考虑这些伸长特性以及尤其弹性模量的变化。

在一种优选的实施方式中，所述机器具有测量装置，该测量装置测定材料幅面的至少一项物理特性。这些物理特性比如可以是材料幅面或者材料幅面的区域的张紧状态，所述张紧状态比如通过测力计来测量。此外也可以测定材料幅面本身的温度或者也可以测定环境的温度。最后优选也可以设想，存在着多个测量装置，这些测量装置测定材料幅面或者环境的多项物理特性并且在调节所述驱动装置时对所有这些所测定的数值加以考虑。

在一种优选的实施方式中，所述机器具有测量装置，该测量装置测定所述驱动装置的物理特性。通过这种方式比如可以从驱动装置的转矩中确定材料幅面的也可能局部的张紧状态。

此外，本发明涉及将上面所说明的方法或者上面所说明的处理幅面的机器用于轮转印刷机、凹版印刷机、织物印刷机、薄膜拉伸机和/或织物加工机。最后，本发明也涉及一种用于控制上面所说明的类型的机器的或者用于实施上面所说明的类型的方法的计算机程序。

附图说明

其它的优点和实施方式从附图中获得。其中：

图1是按本发明的处理幅面的机器的示意图；

图2a是用于说明在现有技术中检测伸长特性的示意图；

图2b是用于说明现有技术的框图；

图3a是关于按本发明检测伸长特性的示意图；

图3b是另一幅用于说明检测伸长特性的示意图；

图3c是用于说明所述按本发明的方法的框图。

具体实施方式

图1示出了处理幅面的机器的示意图。该机器具有大量的辊子2、4、5，所述辊子2、4、5输送材料幅面10并且这里也对材料幅面10进行加工。此外设置了加工单元8，所述加工单元8分别在材料幅面上实施特定的加工过程，比如对幅面进行干燥。在此要指出，所述输送辊也可以履行加工功能并且因此所述输送辊和加工单元并非是强制分开的装置。

各个辊子或者说轴2、4、5通过驱动单元12、14和15来驱动。在此借助于调节装置20来控制或者说调节所述各个驱动装置12、14和15。尤其在此如此对各个驱动装置进行调节，从而没有太大的张力作用于材料幅面10。

附图标记24涉及传感器装置，该传感器装置测量所述驱动装置的物理特性比如转矩、电流、电压及类似参数。附图标记18涉及另一个测量装置，该测量装置测定材料幅面的特性比如材料幅面的温度、材料幅面的湿度或者也测量材料幅面的张紧状态。

如上面提到的一样，本发明的主题可以在处理幅面的印刷机或者加工机中用在幅面张力调节和/或套准调节中。在图1所示的机器中，首先将物品幅面输送到机器中并且随后比如通过拉入机构6和拉出机构7使材料幅面在机器1中穿过所述幅面输送辊。

如上面所提到的一样通过加工单元8或者说通过加工单元8的加工轴进行加工，并且如提到的一样借助于幅面张力调节装置或者说幅面输送调节装置来控制各个辊子2、4、5或者说其驱动装置。上面所提到的幅面加工机或者说加工单元通常借助于套准调节装置(Registerregelung)来控制。优选也可以在使用材料幅面的特性的情况下来调节或者说控制所述加工单元。附图标记20涉及用于对所述驱动装置进行调节的调节装置。此外，所述调节装置20也可以调节各个加工单元8。

图2a示出了用于说明从现有技术中已知的用于对材料幅面的特性加以考虑的方法的示意图。在此示出了从现有技术中已知的原理上的调节特性，但是该调节特性也适用于其它的调节器类型比如套准调节器(Registerregler)。在此如通过图2a示出的一样，以幅面伸长是恒定的为前提，也就是说对于幅面来说以虎克弹簧的模型为基础，所述虎克弹簧的弹性模量不依赖于伸长并且也不依赖于其它系数保持恒定，也就是说在幅面张力与幅面伸长之间存在着线性的关系。

图2b示出了用于说明调节特性的示意图。在此首先在幅面张力调节器32中给出幅面张力额定值S与幅面张力实际值I之间的调节差。这个通常构造为PI调节器的幅面张力调节器比如输出用于精调的数值fa，并且就这样调节幅面输送辊的速度。

物品幅面的调节对象借助于e函数来模仿速度变化，该函数的时间常数遵循L/v，其中L是物品幅面的长度并且v是物品幅面速度。相应的调节元件在这里通过附图标记34来表示。这个所述的e函数的输出又是幅面伸长。幅面张力F在现有技术中从幅面伸长与假定为恒定的弹簧常数相乘中获得，其中这里又设置了计算单元36。

在现有技术中，在此用上面所提到的近似的PT1元件34来对所述调节进行优化，所述PT1元件的时间常数依赖于L/v。如上面提到的一样，假定材料具有线性的弹性模量。

此外，在现有技术中借助于PI调节器32对调节对象的PT1元件(具有时间常数的比例元件)的时间常数T1进行补偿。在这种情况下，在此将调节对象假定为：

\frac{K_{p}}{1 + s * T_{1}}

K_p在此意味着所述PT1元件34的P放大率或者说也意味着弹性模量的P放大率。

所述套准调节器主要影响加工单元并且因此不直接调节幅面张力。尽管如此这些套准调节器经常采用物品幅面的材料特性。比如在加速过程中未被驱动的辊子的作用在物品幅面上的加速力矩通过以下方式得到补偿，即采用所述未被驱动的辊子的惯性质量或者材料幅面的弹性模量。

图3a示出了所述按本发明的方法的示意图。如可以从图2a中看出的一样，在来自现有技术的方法中将材料幅面假定为理想的虎克弹簧，而按本发明则提出，对弹簧的通过符号10b说明的阻尼特性加以考虑。材料或者说材料幅面由此假定为阻尼弹簧。图3a示出了两幅简单的用于说明阻尼分段的等效线路图。除了在图3a中示出的等效线路图之外，也可以采用其它更为复杂的具有阻尼元件的等效线路图。在图3a中的右边的部分图片中，采用弹性阻尼10c作为阻尼。

此外，也可以采用非线性的弹簧常数，从而以这种方式比如对塑性的变形效应加以考虑。图3b示出了相应的等效线路图，在该等效线路图中所述非线性通过符号10c来表示。因而，这里将幅面张力特性假定为非线性的阻尼的虎克弹簧。

在以阻尼特性为基础的情况下产生在图3c中示出的用于对数值进行处理的示意图。与在图2b中示出的示意图相类似，这里也输入额定值和实际值S、I并且输出微调。在这种情况下也通过所述PT1元件34来输出e函数。但是与现有技术不同，所述弹性模量不再被视为是恒定的，而是依赖于多个参量T2、T3。材料因而在这里不再如图2b的情况一样作为P元件来研究，而是作为PDT1元件38(具有一阶延迟的比例微分元件)来研究。

所述调节因而不再如上面所示出的一样从调节对象的具有上面的关联的PT1特性出发，而是采用弹性模量作为PDT1：

E_{0} * \frac{1 + s * T_{2}}{1 + s * T_{3}}

T2在此是恒定的数值，该数值对在输入端上有变化时的突变加以考虑。更准确地说对在元件38的示意图中在函数的数值E0与最大值之间示出的突变加以考虑。

T3是恒定的数值，该数值尤其不依赖于材料幅面的速度。这个数值是恒定的，只要生产参数如热量或者冷却保持不变。由此在总体上根据以下关联获得对象特性(Streckenverhalten)：

\frac{K_{p} \cdot E_{0}}{1 + s * T_{1}} \cdot \frac{1 + s * T_{2}}{1 + s * T_{3}}

如上面提到的一样，所述数值T3不依赖于速度。这意味着，对于低的物品幅面速度来说在分母中包含速度的T1是主导的并且对于高的物品幅面速度来说T3项是主导的。T3在速度较高时是主导的，因为T1依赖于速度变得越来越小。这也必须在调节器设计中加以考虑。

用于幅面张力调节的在这里示范性地示出的调节回路也可以优选套用到用于加工单元的套准调节。优选设置幅面张力与套准的耦合，其中由此在套准调节中通过材料加入的时间常数T3对这种耦合加以考虑并且必须相应地对调节参数进行适配处理。

为求得上面的时间常数T3存在着多种方案。一方面可以用自身的专门的测量仪来测量所述时间常数T3。

此外可以比如在停机时并且为了研究出现的驱动力矩和/或幅面张力测量结果而借助于伸长变化通过机器中的测量来测量时间常数T3。关于后一种测量方法，可以存在测力计用于测量幅面张力。也可以通过过程参数的研究在机器中求得时间常数T3。

此外可以将材料或者说其特性分解为多个部分并且又在调节器设计中对此加以考虑。在这种情况下首先可以假定塑性的部分，但是该塑性的部分只有在加工过程中出现卸载时才有意义。此外可以对非线性加以考虑并且除此以外如上面在图3a中所示出的线路图中一样对阻尼加以考虑。

可选在确定常数T2和T3时也考虑温度和冷却，其中为此比如可以使用温度传感器。

此外也可以输出用于总时间常数的近似值。在现有技术中，所述调节器的I部分对作为时间常数T1近似的PT1对象进行补偿。此外，现在必须在调节器设计中对随着更高的速度如上面所解释的一样变得主导的时间常数T3一同加以考虑。以往为了保证这一点而依赖于T1对PI调节器的特定的调整时间Tn进行适配处理。而在这种优选的变型方案中则提出，依赖于T1和T3对Tn进行适配处理。在此可以假定从中合成的时间常数

T_Res＝T1+T3。

在本发明的范围内也提出，根据所采用的材料模型在线地检测所述调节器和调节器参数，所述材料模型可以是线性的模型和非线性的模型。本发明特别适合于在具有很厚的带有阻尼特性的材料比如塑料薄膜或者织物的幅面机器中使用。

所有在申请资料中公开的特征都被作为对本发明来说重要的特征而要求保护，只要其单个地或者在组合中相对于现有技术来说是新颖的。

附图标记列表：

2、4、5 辊子/印刷机构

6 拉入机构

7 拉出机构

8 加工单元

10 材料幅面

10b、10c、10d 符号

12、14 驱动装置

18 测量装置

20 调节装置

24 传感器装置

32 幅面张力调节器

34 调节元件

36 调节单元

F 幅面张力

T1、T2、T3 时间常数

Claims

1.用于运行处理幅面的机器的方法，所述机器具有至少一个被驱动的输送材料幅面(10)的第一输送辊(2)、至少一个输送所述材料幅面(10)的第二输送辊(4)和至少一个对所述幅面进行加工的加工单元(8)，其中至少一个输送辊(2、4)具有驱动装置(12、14)并且至少一个驱动装置(12)由调节装置(20)进行调节，并且其中这个驱动装置(12)的调节依赖于所述材料幅面(10)的伸长特性进行，

其特征在于，

在考虑所述材料幅面(10)的伸长特性时也考虑到这些伸长特性的阻尼。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

为调节所述驱动装置而使用保存在存储装置中的特性曲线。

3.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

至少一条特性曲线是依赖于速度的特性曲线。

4.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

依赖于所述材料幅面(10)的输送速度确定所述材料幅面(10)的至少一个区域的弹性模量。

5.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

在检测伸长特性时考虑至少一个物理参量，该物理参量从一组物理参量中选出，这组物理参量包含材料的温度、环境温度、材料的湿度、环境的空气湿度、这些参量的组合或者类似参量。

6.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

在检测伸长特性时考虑所述材料幅面的非线性的伸长特性。

7.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

借助于测量装置来测定所述材料幅面(10)的至少一项物理特性并且该测量装置输出至少一个数值，该数值表征所述材料幅面的物理特性，其中在检测所述材料幅面(10)的伸长特性时考虑该数值。

8.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

借助于测量装置来测定所述驱动装置(10)的至少一项物理特性并且该测量装置输出至少一个数值，该数值表征所述驱动装置的物理特性，其中在检测所述材料幅面(10)的伸长特性时考虑该数值。

9.按权利要求6所述的方法，

其特征在于，

所述测量装置输出数值，该数值表征所述材料幅面的物理特性，并且在检测所述材料幅面(10)的伸长特性时考虑该数值。

10.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

所述加工单元(8)的调节依赖于所述材料幅面(10)的伸长特性进行。

11.按前述权利要求中至少一项所述的方法，

其特征在于，

借助于驱动系统来实施所述材料幅面(10)的动态的特征参数的检测。

12.处理幅面的机器(1)，具有至少一个被驱动的输送材料幅面(10)的第一输送辊(2)、至少一个输送所述材料幅面(10)的第二输送辊(4)和至少一个对所述幅面进行加工的加工单元(8)以及调节装置，其中至少一个输送辊(2、4)具有驱动装置(12、14)，其中所述调节装置对所述驱动装置(12、14)进行调节，其中设计所述调节装置，使得该调节装置依赖于所述材料幅面(10)的伸长特性来调节所述驱动装置(12、14)，

其特征在于，

设计所述调节装置(20)，使得该调节装置在考虑所述材料幅面(10)的伸长特性时也考虑这些伸长特性的阻尼。

13.按权利要求12所述的处理幅面的机器(1)，

其特征在于，

该机器具有测量装置(18)，该测量装置(18)测定所述材料幅面(10)的物理特性。

14.按前述权利要求中至少一项所述的处理幅面的机器(1)，

其特征在于，

该机器(1)具有至少一个测量装置(24)，该测量装置(24)测定所述驱动装置(12、14)的物理特性。

15.将按前述权利要求1-11中至少一项所述的方法或者按前述权利要求12-14中至少一项所述的机器(1)用于轮转印刷机、凹版印刷机、织物印刷机、薄膜拉伸机和/或织物加工机的应用。

16.用于实施按前述权利要求1-11中至少一项所述的方法并且/或者用于调节按前述权利要求12-14中至少一项所述的机器的计算机程序。