CN110293777A - 用于补偿印刷滚筒中的干扰力矩的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于通过计算机补偿喷墨印刷机的喷射滚筒的驱动中的干扰力矩的方法，所述方法包括以下步骤：通过图像传感器记录针对至少一种颜色的以及针对喷射滚筒的至少一整转的印刷图像产品(9)，并且通过所述计算机时间并行地测量喷射滚筒的驱动力矩；通过所述计算机由所记录的图像数据(9)在所述圆周坐标上产生平均灰度值变化过程(10)；借助计算机支持的傅里叶变换将平均灰度值变化过程(10)以及驱动力矩的所测量的变化过程转换到频域(11)中，并且从所述频域中提取阶分量；由所提取的阶分量计算周期性的补偿力矩(13)；并且在考虑所计算的周期性的补偿力矩(13)的印刷过程的范畴内，操控所述喷墨印刷机的喷射滚筒。

Description

用于补偿印刷滚筒中的干扰力矩的方法

技术领域

本发明涉及一种用于补偿喷墨印刷机的驱动中的干扰的方法。

本发明属于数字印刷的技术领域。

背景技术

在喷墨印刷机中，印刷基底通过机器的运输是通过相继连接的滚筒来实现的。在此，在滚筒的圆周方向上出现颜色密度的波动，这可能具有不同的原因：例如纸张运动的不均匀性，这种不均匀性由印刷基底输送中的几何错误(例如由滚筒中的直径波动引起)造成；机器的力矩平衡性(Momentenhaushalt)方面的波动(由不平衡度、夹具曲线引起)；以及图像数据链路中的周期性错误。

喷墨印刷机配备有用于驱动喷射滚筒(Jetting-Zylinder)的旋转编码器(Drehgeber)，该旋转编码器根据随后的图像分辨率将当前的圆周位置提供给喷墨系统的控制装置。如果由旋转编码器发送这种初始信号，则由于信号运行时间和墨滴飞行时间，相应的墨滴在一定时间之后才落到印刷基底上。当纸张表面以恒定速度均匀地运动时，彼此相继的墨滴仅以相应的图像分辨率的间距布置在印刷基底上。

表面运动速度的变化强制性导致：落在印刷基底上的墨滴随着所述速度变化而被改变。如果速度变化遵循固定的机器规则(Maschinenordnung)，则在足够明显的情况下，这也能够在印刷基底上的密度变化过程中看出。

于是，当叠加地印刷多种颜色(即混合色)时是尤其成问题的。每个单独的分色(Farbauszug)自身由于旋转不均匀性而在印刷基底上形成密度干扰，并且这些分色在相位位置方面有所不同。因为各个颜色彼此相继地布置在圆周方向上并且因此这些颜色的印刷也时间偏移地实现，所以对于每种颜色来说，由于滚筒的旋转不均匀性而产生的干扰在印刷基底上的不同位置上形成。因此造成颜色空间中的局部移位，这可能导致印刷图像中的水平条纹。

除了喷射滚筒以外，在喷墨印刷机中，所有滚筒都半程地(halbtourig)实施。所有滚筒都具有由制造导致的不平衡，也就是说，滚筒的重心不在其旋转轴线内。如果不平衡的滚筒在重力场中旋转，则产生具有如下滚筒阶的附加干扰力矩形式的交变力矩：所述滚筒阶例如是喷射滚筒0.25阶、环绕引导滚筒和漆印刷滚筒0.5阶等。夹具的操控也给滚筒的力矩平衡性增加负担并且导致喷墨印刷机的整数阶形式的旋转不均匀性。

对于喷墨印刷机的当前的(以及可能也对于未来所追求的)印刷数量来说，这种干扰力矩还对机器的旋转运动的均匀性具有相当大的影响。与每小时18000转相比，在每小时2500转的情况下，给定的力矩引起在圆周上约50倍更大的相对移位。由于制造公差，喷射滚筒的表面具有包括0.25阶、0.5阶以及所有整数阶的周期性波动(Welligkeit)。此外，旋转编码器也由于内部和外部的错误(例如安装错误)而同样导致周期性错误，这种周期性错误反映在旋转不均匀性方面而且也反映在图像数据链路的时间控制方面，所述图像数据链路可能具有自身的周期性错误。表面速度变化由所有这些错误所组成。

由德国专利申请DE 10 2014 225 256A1已知一种用于在容器上进行喷墨印刷的方法，在该方法中，旋转和/或沿弯曲的轨道运输至少一个容器，并且测量侧向容器表面的部分圆周区段的所属的表面速度，其中，使分配给部分圆周区段的和/或处于其间的区段的印刷时刻和/或容器的旋转速度匹配于表面速度。对由于印刷头前面的不同表面速度而引起的印刷送料变化进行补偿。实现一致的印刷分辨率以及部分印刷的无缝连接。然而，没有公开附加的干扰力矩的求取，并且在补偿力矩的计算方面仅已知：应该使容器的旋转速度匹配于表面速度。因此，无法准确地计算出如下补偿力矩：该补偿力矩与所描述的波动的颜色密度值方面的问题相匹配。

发明内容

因此，本发明的任务是，公开一种用于操控喷墨印刷机的喷射滚筒的方法，借助所述方法，可以高效地补偿在驱动机器时产生的干扰力矩。

所述任务通过一种用于通过计算机补偿喷墨印刷机的喷射滚筒的驱动中的干扰力矩的方法来解决，所述方法包括以下步骤：通过图像传感器记录针对至少一种颜色的以及针对喷射滚筒的至少一整转的印刷图像产品(Druckbilderzeugnis)，通过计算机在时间上并行地测量喷射滚筒的驱动力矩，通过计算机由所记录的图像数据在圆周坐标上产生平均灰度值变化过程，借助计算机支持的傅里叶变换将平均灰度值变化过程和驱动力矩的所测量的变化过程转换到频域中，并且从频域中提取阶分量(Ordnungskomponente)，由所提取的阶分量计算出周期性的补偿力矩，并且在考虑所计算的周期性补偿力矩的情况下，在印刷过程的范畴内操控喷墨印刷机的喷射滚筒。根据本发明的方法的核心在于：尽可能准确地确定影响所驱动的喷射滚筒的转矩的干扰参量。对于这种干扰参量而言，存在各种各样的原因，这些原因全都对喷射滚筒的驱动产生影响并且可以以附加的干扰力矩的形式表现。必需准确地确定这些附加的干扰力矩，以便因此能够计算出对附加的干扰力矩进行补偿的相应的补偿力矩。附加的干扰力矩的原因在于：页张引导的几何错误、力矩的波动、印刷机的平衡性(由于不平衡度或夹具曲线引起)以及图像数据链路中的周期性错误。在此，对于准确地确定干扰力矩重要的是：在喷射滚筒的一个完整循环上同时地记录所印刷的印刷图像产品的图像数据，以及时间并行地测量如下驱动力矩：在印刷图像记录期间，借助所述驱动力矩驱动喷射滚筒。可以借助傅里叶变换将所检测的印刷图像的由如此记录的图像数据产生的灰度值变化过程转换到频域中。也对喷射滚筒的所测量的驱动力矩的变化过程进行转换。现在可以从频域中的如此获得的频谱中提取阶分量。然后，借助所述阶分量可以计算出周期性的补偿力矩，借助所述补偿力矩可以在用于操控喷射滚筒的应用中对所产生的附加的干扰力矩进行补偿。

本方法的有利的并且因此优选的扩展方案由借助附图描述中得出。

在此，根据本发明的方法的一种优选扩展方案是，为了记录印刷图像产品并且为了时间并行地测量驱动力矩，执行至少两个相同类型的辨识过程，其中，驱动力矩的所测量的数据仅在驱动中、在其相应的附加的周期性的干扰力矩方面有所不同。为了确保：有足够的数据可供根据本发明的方法使用，并且不包含使结果不可逆地失真的测量错误，需要至少两个所谓的辨识过程——例如记录印刷图像产品并且测量驱动。因此，应该能够实现充分准确地计算补偿力矩。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了提高错误容限执行至少20个相同类型的辨识过程，其中，使用辨识过程中的三分之一用于通过计算机计算周期性的补偿力矩，并且使用另外的三分之二用于通过计算机验证数据组。为了尽可能准确地确定平均灰度值变化过程和力矩变化过程，应该执行如此多的辨识过程，使得可以使用一部分来验证所求取的数据组。使用所求取的数据中的三分之一用于计算周期性的补偿力矩，而使用三分之二用于相应地验证所求取的数据组。因此，在求取灰度值变化过程的和力矩变化过程的数据时，确保了足够的稳健性和错误容限。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，通过由计算机选择干扰力矩彼此的幅度位置和相位位置来如此影响至少20个相同类型的辨识过程，使得对于计算机而言，能够尽可能简单地计算出驱动中的相应的附加的周期性的干扰力矩的所得的方程组的调整(Konditionierung)，其中，在驱动中选择出如下至少两个附加的周期性的干扰力矩：在所述干扰力矩的情况下，所得的方程组的调整是最有利的。在计算周期性的补偿力矩的范畴内得出如下方程组：为了进行计算，必须相应地求解该方程组。在此，所述方程组的复杂性取决于附加的干扰力矩彼此的幅度位置和相位位置。通过从至少二十个相同类型的辨识过程中选择出那些具有彼此有利的幅度位置和相位位置的辨识过程用于计算补偿力矩时，实现了一种用于计算周期性的补偿力矩的相应不太难求解的方程组。然后，根据本发明，可以使用具有相应最不利的幅度位置和相位位置的辨识过程来验证数据组。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，通过计算机借助机器学习方案通过重复使用训练数据组来执行周期性的补偿力矩的求取。为了通过求解方程组来计算周期性的补偿力矩提出：使用与神经网络的应用类似的“机器学习方案”。

在此，通过重复地使用训练数据组，在计算机上运行的自学习算法能够高效地执行周期性的补偿力矩的计算。给自学习算法提供的训练数据组越多，则该自学习算法能够越高效地在实际使用中借助真实数据计算周期性的补偿力矩。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，由计算机在数学上分开地预处理频域中的平均灰度值变化过程，其中，与大于等于1的阶不同地对小于1的阶进行处理。因为喷射滚筒与大多数印刷滚筒一样具有通道，在该通道中例如定位有夹具，并且在该通道中相应地当然无法进行印刷，所以对于所述通道区域来说，即使是在循环的图像检测的情况下也不存在图像数据。因此，所记录的灰度值变化过程具有如下间隙：该间隙在傅里叶变换到频域中时也继续存在。因此，必须相应地在数学上分开地对经变换的灰度值变化过程上的数据进行预处理，其中，与大于或等于1的阶不同地预处理在频域中产生的小于1的阶。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了记录印刷图像产品而使用喷墨印刷机的图像检测系统的内联摄像机作为图像传感器。为了记录灰度值变化过程必须使用图像传感器。在此提出：如果印刷机具有这样的用于质量控制的图像检测系统，则使用印刷机的图像检测系统的内联摄像机。使用图像检测系统的内联摄像机具有如下优点：在喷墨印刷机中不必安装附加的图像传感器并且因此不需要结构上的改变。与外部解决方案相比，所述方法具有如下优点：不必随后分开地分析并且为此处理所印刷的纸张。

在此，根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了记录印刷图像产品并且为了时间并行地测量驱动力矩，执行恰好两个辨识过程，其中，一个干扰力矩仅由纯正弦项构成，并且另一干扰力矩由单位频率支撑点(Frequenzstützstelle)的相同幅度的纯余弦项构成。替代执行多于两个辨识过程或甚至多于20个辨识过程，也存在如下可行方案：执行仅两个辨识过程，其中，执行具有由纯正弦项构成的干扰力矩的一个辨识过程，并且执行具有由单位频率支撑点的相同幅度的纯余弦项构成的干扰力矩的第二辨识过程。与执行明显更多的辨识过程相比，这种方法更快地执行并且相应地产生更少的浪费。缺点是，对外部干扰影响(例如测量噪声及其他)的易感性增加。

附图说明

以下参照所属的附图根据至少一个优选实施例进一步描述本发明本身以及本发明的结构上和/或功能上的有利扩展方案。在附图中，彼此相应的元素分别设有相同的附图标记。

附图示出：

图1示出附加的干扰力矩的可能原因的概览；

图2示出喷射滚筒的速度变化与由此导致的颜色密度变化过程中的波动之间的原理性关联；

图3示出针对频域中的确定阶的不同颜色密度波动的概览；

图4示出根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

根据本发明的方法以一种优选实施变型方案在图4中示意性地以流程图的形式示出。其示出以下内容：

在印刷机首次投入运行时，必须以相同的方式执行至少两个辨识过程。在此，分别借助内联摄像机记录针对至少一种颜色的以及针对喷射滚筒的至少一整转的印刷产品9的图像，与此时间同步地测量机器的驱动力矩。所述测量仅在驱动中的附加的周期性的干扰力矩方面有所不同，该干扰力矩包括所有令人感兴趣的阶分量。这种附加的周期性的干扰力矩的原理性原因在图1中示出。非常概括性地示出了导致所得的密度变化过程的干扰的作用链，并且示出了各个相应的干扰原因。

然后，借助图像处理由印刷产品的图像在圆周坐标上产生平均灰度值变化过程10。通过傅里叶变换将该变化过程10和力矩变化过程转换到频域中，在那里，从频域中的灰度值变化过程11中提取上述阶分量。在此，图2示出喷射滚筒上的速度变化与由此导致的颜色密度变化过程中的波动之间的关系。在此，在图2的第一个图像中示出喷射滚筒2的所测量的圆周速度。第二个图像示出印刷基底上的墨滴的所求取的位置错误3，然后该位置错误导致所提及的颜色密度波动。在此，该图示是在时域中的，其中，所示的信号相应于喷射滚筒4上的编码器的信号。表面速度8的变化引起液滴位置的错误并且因此引起颜色密度变化过程7的错误。可以非常好地看出两个测量曲线之间的逆相关5。相反，图3示出具有所涉及的阶的频域6。该附图针对不同阶示出不同的阶分量——例如颜色密度7或表面速度8。

由于喷射滚筒的通道(在其中不产生图像信息)，必须在数学上分开地预处理灰度值变化过程，由此，产生具有更低阶的灰度值变化过程12。在此，与大于等于1的阶不同地处理小于1的阶。

利用这些数据以及借助关于附加的周期性的干扰力矩的认知，可以计算出周期性的补偿力矩13，借助该周期性的补偿力矩可以在圆周方向上实现无波动的并且因此恒定的颜色密度变化过程。

在选择至少两个附加的周期性干扰力矩时应注意的是：所得的方程组的调整是尽可能有利的。这可以受到干扰力矩彼此的幅度位置和相位位置的影响。

理想地，记录具有不同的干扰力矩的约20个测量。使用这些测量中的三分之一用于计算例如机器学习方案情况下的训练数据组形式的周期性的补偿力矩13，而考虑使用另外的三分之二用于验证该数据组。通过所述方法得出相对于干扰足够的稳健性。

如果所计算的周期性的补偿力矩13对于机器的所有运行状态(例如格式调整、上漆/除漆(Lack an/ab)、上预覆盖层/除预覆盖层(Precoat an/ab))不都是有利的，则必须对于每个感兴趣的配置重复所述程序。然后根据运行状态施加相应的附加的干扰力矩。

因此，减小了并且在最佳情况下完全消除表面速度8方面和图像数据链路方面的一开始所述的错误。

因为对于大多数所使用的喷墨印刷机而言，所有必需的部件和传感器已经安装在机器中，所以此外不需要附加的硬件成本。

此外，还提供另一替代的实施变型方案。在此，执行仅两个辨识过程。在此，第一辨识过程的干扰力矩仅由每频率支撑点的相同幅度的纯正弦项构成，而第二辨识过程的干扰力矩仅由纯余弦项构成。

这种方法的优点是速度更快并且需要更少的纸张。

附图标记列表

1 附加的干扰力矩的原因

2 喷射滚筒的圆周速度

3 墨滴的位置错误

4 喷射滚筒上的编码器

5 逆向关联

6 具有不同阶的频域

7 颜色密度

8 表面速度

9 所记录的印刷图像

10 圆周坐标上的所求取的灰度值变化过程

11 频域中的经傅里叶变换的灰度值变化过程

12 频域中的具有更低阶的灰度值变化过程

13 周期性的补偿力矩

Claims (8)

1.一种用于通过计算机补偿喷墨印刷机的喷射滚筒的驱动中的干扰力矩的方法，所述方法包括以下步骤：

通过图像传感器记录针对至少一种颜色的以及针对所述喷射滚筒的至少一整转的印刷图像产品(9)，并且通过所述计算机时间并行地测量所述喷射滚筒的驱动力矩，

通过所述计算机由所记录的图像数据(9)在圆周坐标上产生平均灰度值变化过程(10)，

借助计算机支持的傅里叶变换将所述平均灰度值变化过程(10)以及所述驱动力矩的所测量的变化过程转换到频域(11)中，并且从所述频域中提取阶分量，

由所提取的阶分量计算周期性的补偿力矩(13)，

在考虑所计算的周期性的补偿力矩(13)的情况下，在印刷过程的范畴内，操控所述喷墨印刷机的喷射滚筒。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，为了记录印刷图像产品(9)并且为了时间并行地测量所述驱动力矩，执行至少两个相同类型的辨识过程，其中，所述驱动力矩的所测量的数据仅在驱动中、在其相应的附加的周期性的干扰力矩方面有所不同。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，为了提高错误容限，执行至少20个相同类型的辨识过程，其中，使用所述辨识过程中的三分之一用于通过所述计算机计算所述周期性的补偿力矩(13)，并且使用所述辨识过程中的另外的三分之二用于通过所述计算机验证数据组。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，通过由所述计算机选择所述干扰力矩彼此的幅度位置和相位位置来如此影响所述至少20个相同类型的辨识过程，使得对于所述计算机而言，能够尽可能简单地计算出驱动中的相应的附加的周期性的干扰力矩的所得的方程组的调整，其中，选择出驱动中的至少两个如下附加的周期性的干扰力矩：在所述干扰力矩的情况下，所得的方程组的调整是最有利的。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，通过所述计算机借助机器学习方案通过重复使用训练数据组来执行所述周期性的补偿力矩(13)的计算。

6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，由所述计算机在数学上分开地预处理频域中的平均灰度值变化过程(11)，其中，与大于或等于1的阶不同地处理小于1的阶。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，为了记录所述印刷图像产品(9)，使用所述喷墨印刷机的图像检测系统的内联摄像机作为图像传感器。

8.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，为了记录所述印刷图像产品(9)并且为了时间并行地测量所述驱动力矩，执行恰好两个辨识过程，其中，一个干扰力矩仅由纯正弦项构成，并且另外的干扰力矩由每频率支撑点的相同幅度的纯余弦项构成。