CN1259081A

CN1259081A - 信号处理的方法

Info

Publication number: CN1259081A
Application number: CN98805730A
Authority: CN
Inventors: D·方梅耶尔; C·维歇林; B·吕布克
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2000-07-05
Also published as: EP0986470B1; WO1998055306A1; DE19723002A1; ES2166172T3; DE59802246D1; US6768561B1; JP2000512943A; EP0986470A1

Abstract

本发明涉及在一个电子雕刻机中信号处理的方法,该雕刻机用于凹板印刷的印刷板的雕刻,特别是印刷滚筒的雕刻。通过代表在“白色”与“黑色”之间的要雕刻的色度值的雕刻数据(GD)与一个用于产生雕刻网格的周期性的网格信号的叠加获得雕刻控制信号(G)。雕刻控制信号(G)控制雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动。通过雕刻刀(5)的上升移动在印刷滚筒(1)上雕刻一系列的在雕刻网格中布置的杯突。为了补偿雕刻刀(5)的有错误的上升移动(振动作用、拖尾作用),雕刻数据(GD)在与网格信号叠加前进行数字滤波。

Description

信号处理的方法

本发明涉及电子复制技术领域，并且涉及在一个电子雕刻机中信号处理的方法，该雕刻机用于凹板印刷的印刷板的雕刻，特别是印刷滚筒的雕刻。

在一个电子雕刻机中，例如带有雕刻刀的一个电磁的雕刻部件作为车刀在轴的方向上沿着一个旋转的印刷滚筒移动。由一个雕刻控制信号控制的雕刻刀在印刷滚筒的外壳表面上切割一系列在一个凹板印刷网格中布置的凹处，被称为杯突。雕刻控制信号在信号准备级中通过一个代表在“亮度”(白色)与“深度”(黑色)之间色度值的雕刻信号与一个周期性的网格信号(振动)的叠加形成。在为了产生网格而网格信号引起雕刻刀的一个振动的上升移动期间，雕刻信号根据复述的色度值控制在印刷滚筒的外壳表面上雕刻的杯突的切割深度。

从DE-A-23 36 089中公开了一个电磁的雕刻部件，也就是说具有一个用于雕刻刀的电磁驱动元件的雕刻部件。该电磁驱动元件包括一个以雕刻信号加载的、固定的电磁铁，一个旋转系统的电枢在电磁铁的间隙内移动。这个旋转系统包括一个轴、电枢、该轴的一个轴承和包括一个减振器。轴的一个末端转变为一个空间固定安装的、有弹性的扭曲杆，然而在轴的另一末端有一个柄，在该柄上安装了雕刻刀。通过载电磁铁中产生的磁场在轴的电枢上施加一个电的转动力矩，扭曲杆的机械转动力矩反作用于该电的转动力矩。电的转动力矩控制使轴从静止位置偏转一个与雕刻信号成比例的旋转角度，并且扭曲杆使轴返回到静止位置。通过轴的旋转移动，雕刻刀完成一个在印刷滚筒的外壳表明上调整的方向的冲程，该冲程确定雕刻刀在印刷滚筒中的进入深度。

由于电磁的雕刻部件表明为一个有振动能力的系统，所以，特别是在雕刻信号校验陡峭的轮廓时，雕刻刀显示出一个有错误的瞬态起动响应，其显著损害雕刻质量。

在所谓的拖尾作用的情况下，雕刻刀在一个轮廓上仅仅延缓地实现了通过雕刻信号值预先确定的标准雕刻深度，并且结果是一个本身陡峭的轮廓的不清楚的雕刻。拖尾作用的原因是例如机械阻尼的非理想的特性。

在所谓的振动作用的情况下，雕刻刀根据一个不足够的机械阻尼在一个轮廓上进行具有机械固有频率的振荡，并且雕刻刀雕刻一个干扰的多倍轮廓。

在所谓的磁滞作用的情况下，雕刻刀根据非理想的机械阻尼特性从未实现通过雕刻信号值预先确定的标准雕刻深度。如果例如在一个灰表面上雕刻一个较黑的色度，磁滞作用因此明显地发觉，在黑色的色度的背后出现暗灰色。

从EP-B-0 437 421中已经公开了一个方法，以该方法通过雕刻部件的一个特殊电子控制改善了一个电磁雕刻部件的瞬间起动响应。对此，雕刻信号暂时中间存储在一个存储级中，并且延迟存储时间地供给雕刻部件。在存储时间内从雕刻信号中导出一个在幅度和作用持续时间内可调整的校正信号，其时间上提前地被供给雕刻部件。为了获得控制雕刻部件的雕刻控制信号，在雕刻机的信号准备级中此外进行雕刻部件的上述干扰作用的补偿，网格信号的产生和网格信号与校正的雕刻信号的叠加。

在一个传统的信号处理级中，通过以数字形式提供输入信号，进行模/数转换并且在模拟网络中互相逻辑连接的方法，模拟地处理信号，其中，产生的信号然后在一个模拟放大器中放大，并且作为雕刻部件的雕刻控制信号输出。

具有模拟网络的雕刻部件的干扰作用的补偿有这样的缺点，为了产生一个好的长时间稳定和因此的雕刻质量。模拟网络的传输特性可能没有立即与雕刻部件的的传输特性最佳地匹配，并且由于元件的公差和温度关系模拟网络不够稳定。

本发明的任务是，如此改善在一个电子雕刻机中的信号处理方法，该雕刻机用于凹板印刷的印刷板的雕刻，特别是印刷滚筒的雕刻，为了实现一个好的雕刻质量，尽可能完全补偿雕刻部件的干扰作用。

通过权利要求1的特征解决了该任务。在从属权利要求中给出了有益的改进和扩展。

下面根据图1至9详细阐述本发明。

图示：

图1带有信号准备级的雕刻印刷滚筒的一个雕刻机的原理方框图，

图2信号准备级的一个实施例，

图3信号处理机的一个实施例，

图4用于补偿雕刻部件的振动作用的二级RIR滤波器的实施例，

图5补偿振动作用的图解说明，

图6用于补偿拖尾作用的二级IIR滤波器的实施例，

图7补偿拖尾作用的图解说明，

图8组合的FIR/IIR滤波器的实施例和

图9补偿磁滞作用的流程框图。

图1示出了用于雕刻印刷滚筒的一个雕刻机的原理方框图。由一个旋转传动装置(2)旋转地驱动一个印刷滚筒(1)。借助于一个通过雕刻滑架驱动装置(6)驱动的转轴(7)，一个安装在雕刻滑动架(3)上的带有雕刻刀(5)的雕刻部件(4)作为车刀在轴向上沿着旋转的印刷滚筒(1)移动。

在雕刻部件(4)沿着印刷滚筒(1)轴向移动的同时，通过传输线(8)上的模拟雕刻控制信号(G)控制的雕刻部件(4)的雕刻刀(5)以雕刻线方式在旋转的印刷滚筒(1)的外壳表面上切割一系列在一个雕刻网格中布置的杯突。雕刻部件(4)例如配备有一个适合于雕刻刀(5)的电磁驱动装置。

在为了产生雕刻网格而一个周期性的网格信号引起雕刻刀(5)的振动的上升移动的同时，雕刻数据(GD)根据在“亮度”与“深度”之间的要雕刻的色度值确定象横向对角线、纵向对角线和雕刻深度一类的所雕刻的杯突的几何参数。

雕刻数据(GD)在一个雕刻数据计算机(9)中为雕刻线提供雕刻线，其中，给每一个要雕刻的杯突分配至少一个字节的雕刻数据(GD)，该数据此外包含作为雕刻信息的要雕刻的色度值。雕刻数据计算机(9)此外提供信号处理的控制数据(SD)。

雕刻数据(GD)与控制数据(SD)通过数据总线(10)被继续提供给信号处理级(11)，在信号处理级中产生雕刻部件(4)的雕刻控制信号(G)。

为了信号处理与印刷滚筒(1)的旋转移动同步，一个同步信号发生器(12)与印刷滚筒(1)机械联结。该同步信号发生器(12)产生一个同步时钟脉冲序列(T_SYN)，其通过传输线(13)被提供给雕刻数据计算机(9)和信号准备级(11)。

图2示出了信号准备级(11)的一个实施例。在该信号准备级中通过数据总线(10)雕刻数据(GD)和控制数据(SD)被传送给信号处理机(14)。在该信号处理机(14)中雕刻数据(GD)按照一个转移函数转换为雕刻控制数据(GSD)。

GSD＝(GD×k₁+KD×k₂)×(EP_L×k₃)+EP_T×k₄+FD×k₅

在这个转移函数中：

GD＝雕刻数据(输入数据)

GSD＝雕刻控制数据(输出数据)

KD＝用于切割深度校正的校正数据

EP_L＝“亮度”调整值

EP_T＝“深度”调整值

FD＝用于产生网格信号的函数值数据和

k_X＝转移函数的传输系数

首先一个数字信号处理器(DSP)作为信号处理机(14)使用，快速的浮点操作使例如Texas(德州)仪器公司的TMS320C31型的数字信号处理器成为可能。

在信号处理机(14)中获得的雕刻控制数据(GSD)在一个D/A转换器(15)中转换为模拟的雕刻控制信号(G)，该信号接着在一个串接的模拟放大器(16)中放大，并且通过传输线(8)进一步传送给雕刻部件(4)用于控制雕刻刀(5)。放大器(16)例如可以形成为开关电流放大器。

为了调节，在雕刻部件(4)上可以安装一个测量部件(17)，其在本实施例中测量雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动。一个另外的测量部件可以确定雕刻部件(4)的工作温度。相应的模拟测量信号(M)通过反馈传输线(18)被供给一个A/D转换器(19)。该A/D转换器(19)把这个模拟的测量信号(M)转换为反馈数据(RD)，其通过一个控制总线(20)被供给信号处理机(14)。

图3示出了信号处理机(14)的一个实施例。该信号处理机(14)原理上具有一个计算机(21)、一个数字滤波器(22)和加法器(23)，这些组件串联连接。

在计算机(21)中首先根据一个等式(I)校正雕刻数据(GD)。

GD’＝(GD×k₁+KD×k₂)×(EP_L×k₃)+EP_T×k₄ (I)

在等式(I)中：

GD＝雕刻数据

GD’＝校正的雕刻数据

KD＝用于切割深度校正的校正数据

EP_L＝“亮度”调整值

EP_T＝“深度”调整值

k_X＝传输系数

雕刻数据(GD)的校正包括一个用于补偿雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的机械磨损的切割深度校正，并且包括“亮度”和“深度”的雕刻数据(GD)的一个校准，其中如此实现雕刻数据(GD)的校准，代表色度值“亮度”和“深度”的雕刻的杯突与预先确定的标准色度值“亮度”和“深度”一致。

为了雕刻数据(GD)的校正，在一个第一表存储器(24)中存入用于切割深度校正的校正值表KD＝f(GD)，其可以通过数据总线(10)上的雕刻数据(GD)寻址。二个参数存储器(25、26)包含“亮度”和“深度”的调整值(EP_L，EP_T)。通过数据总线(10)上的控制数据(SD)可以在表存储器(24)中存入一个新的校正值表KD＝f(KD)，并且在参数存储器(25、26)中存入新的调整值(EP_L，EP_T)。在乘法器(27、28、29、30)中，以在其中存储的传输系数(k1、k2、k3、k4)加权雕刻数据(GD)和从存储器(24、25、26)中读出的数值，同样可以通过控制数据(SD)改变这些系数。校正的雕刻数据(GD’)被供给数字滤波器(22)。

在数字滤波器(22)中，为了得到校正的和滤波的雕刻数据(GD”)，按照一个带有统计学的滤波系数a_n和b_n的滤波函数H(z)，对用于线性地补偿象振动和拖尾作用一类的雕刻部件(4)的干扰作用的校正的雕刻数据(GD’)进行一个数字的滤波。

H (z) = \frac{{CD}^{''}}{{CD}^{'}} = \frac{a_{0} + a_{1} \cdot z^{- 1} + a_{2} {\cdot z}^{- 2} + \dots + a_{N} {\cdot z}^{- N}}{l {+ b}_{1} \cdot z^{- 1} + b_{2} \cdot z^{- 2} + \dots b_{N} \cdot z^{- N}}

雕刻数据(GD’)在叠加网格信号前进行滤波。因此以优选的方式可以使用恒定的数字滤波器，因为滤波系数a_n和b_n不依赖于“亮度”和“深度”的调整值。此外，节约计算时间，因为在信号滤波时不必考虑网格信号。

在一个系数计算机(31)中计算滤波系数a_n和b_n，并且其存储在一个系数存储器(32)中，滤波系数a_n和b_n从这个系数存储器输入到数字滤波器(22)中。如此产生滤波系数a_n和b_n，即恰好补偿雕刻部件(4)的干扰作用，其中作为放大因数，如此限定滤波系数a_n，即全部数字滤波器(22)的增益等于“1”。从滤波函数的顶点和零点中得出数字滤波器(22)的时间特性。

借助于计算参数进行所需要的滤波系数a_n和b_n的计算，该计算参数通过控制总线(SD)被供给系数计算机(31)。借助于控制总线(SD)也可以在系数存储器(32)中选出事先计算的滤波系数a_n和b_n组，并且转交给数字滤波器(22)。

可以依赖于事先确定的参数(零点和顶点)实现滤波系数a_n和b_n的计算，该参数表明各使用的雕刻部件(4)的转移函数。对此，雕刻部件(4)的转移函数给出在雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的所测量的冲程与所供给的雕刻控制信号(G)之间的关系。

在一个有益的改进中，有选择地或附加地依赖于至少一个象周期性网格信号的频率和幅度和/或雕刻部件(4)的自然谐振和衰减度的的雕刻参数计算滤波系数a_n和b_n。

在一个另外的有益改进中，依赖于关于雕刻刀(5)的上升移动和/或关于雕刻部件(4)的工作温度的测量值唯一地计算滤波系数a_n和b_n或通过匹配控制或调整连续修改滤波系数a_n和b_n。

在匹配控制的情况下，预先规定例如雕刻部件(4)的工作温度的和/或雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动的标准值。相应的雕刻部件(4)的反馈数据(RD)作为实际值通过控制总线(20)被供给系数计算机(31)，在该系数计算机中依赖于在标准值与实际值之间的比较在线地计算滤波系数(a_n、b_n)，并且通过系数存储器(32)把滤波系数传送给数字滤波器(22)。

在一个实用的实施例中，为了补偿拖尾作用，在一个单独的IIR滤波器中或在一个具有固定滤波系数(a_n、b_n)的全部滤波器的IIR组成部分中首先对雕刻数据(GD)滤波。接着为了补偿振动作用，在一个单独匹配的FIR滤波器中或在一个具有可变滤波系数(a_n、b_n)的全部滤波器的匹配的FIR组成部分中再次对已滤波的雕刻数据(GD)进行滤波。对此，可以通过匹配滤波器或滤波器组成部分的放大实现雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动的调整。

为了补偿振动作用，以优选的方式使用一个至少2级的、具有二个零点的FIR滤波器(FIR＝有限脉冲响应)。因为一个简单的机械振荡系统可能作为振荡作用的原因，所以为了补偿振荡作用，使用了拉普拉斯变换H(p)的反函数H^-1(p)。因此得出数字的补偿函数作为在滤波函数中具有二个零点的Z变换：H^-1(z)＝a₀+a₁z^-1+a₂z^-2。

图4示出了一个二级FIR滤波器作为用于补偿雕刻部件(4)的振动作用的单个滤波器的实施例。

在图5中图解地描述了在雕刻控制信号(G)的信号突变的情况下的振动作用和在补偿振动作用时FIR滤波器的作用，其中，(a)表明雕刻控制信号的信号突变作为时间t的函数，(b)表明在未滤波雕刻控制信号的情况下刀具移动的进程作为时间t的函数和(c)表明在滤波雕刻控制信号的情况下刀具移动的进程作为时间t的函数。

为了补偿拖尾作用，以优选的方式使用一个至少2级的、在滤波函数中具有一个零点和一个顶点的IIR滤波器(IIR＝有限脉冲响应)。

图6示出了一个二级IIR滤波器作为用于补偿雕刻部件(4)的拖尾作用的单个滤波器的实施例。

在图7中图解地描述了拖尾作用和在补偿拖尾作用时IIR滤波器的作用，其中(a)再度表明雕刻控制信号的信号突变作为时间t的函数，(b)表明在未滤波雕刻控制信号的情况下刀具移动的进程作为时间t的函数和(c)表明在滤波雕刻控制信号的情况下刀具移动的进程作为时间t的函数。

数字滤波器(22)可以具有一个级联的、并联的或一个直接的形式。数字滤波器(22)主要是FIR/IIR型的一个组合的数字滤波器，其包括一个具有滤波系数a_n的横向组成部分(FIR)和一个具有滤波系数b_n的递推的组成部分(IIR)。

图8示出了FIR/IIR型的组合数字滤波器(22)，其具有带有4个顶点的4个FIR级，和具有带有6个零点的6个IIR级。

可以通过一个适应于磁滞作用的雕刻数据(GD)的处理实现非线性的磁滞作用的补偿。在一个具有一个电磁驱动元件的雕刻部件(4)中，通过在电磁铁的铁心中的磁滞现象产生磁滞作用。在雕刻数据(GD)突变的情况下铁心保留了依赖于事先生效的雕刻数据(GD)的值的剩余磁化，因此雕刻部件(4)的雕刻刀(5)不能实现标准的雕刻深度。也可能通过摩擦或阻尼产生磁滞现象。这例如因此而出现，即附着摩擦大于滑动摩擦。以类似的方式，一个具有压电驱动元件的雕刻部件也处于这种情况。

通过在图9的流程图中描述的雕刻数据(GD)的处理，借助于一个与电磁铁的磁滞曲线相反的磁滞曲线补偿了磁滞作用。通过相应地选择参数b、c和d，可以多样地改变该相反的磁滞曲线。参数b是磁滞曲线的宽度。参数c和d确定在雕刻数据(GD)的方向变换时的关系。对此，参数c是一个因数，其得出，应当多快地“忘记”铁心中的磁性以前的变化情况。参数d得出在磁滞曲线中转折的斜度。

按照在图9中示出的流程图，首先按照下面等式：

Diff＝GD(n)-GD(n-1)

计算在一个当前的雕刻数据GD(n)和前面一个雕刻数据GD(n-1)之间的差值(Diff)。

如果盖差值Diff＝0，则在雕刻数据中没有发生突变，保留旧的校正值Korr(n-1)。如果差值Diff≠0，则按照下面等式：

Korr(n)＝c×Korr(n-1)+d×Diff计算一个新的校正值Korr(n)。

接着校正值(Korr)的数值限制在在b，并且因此确定磁滞曲线的宽度。然后根据这个新的校正值Korr(n)，按照下面等式：

GD_Korr＝GD(n)+Korr(n)计算已校正的雕刻数据(GD*)。

以适当的方式在滤波前，在数字滤波器(22)中实现用于补偿磁滞作用的信号处理。

在补偿了雕刻部件的干扰作用后，通过在加法器(23)中按照等式(III)，已校正和已滤波的雕刻数据(GD”)加上加权的函数值数据(FD)的形式的网格信号的方法，获得用于控制雕刻部件(4)的雕刻控制数据(GSD)。

GSD＝GD”+FD×k₅ (III)

函数值数据(FD)作为用于产生周期性的网格信号的振动表保存在一个另外的表存储器(33)中。通过一个雕刻时钟脉冲序列(T_G)从表存储器(33)中读出函数值数据(FD)，通过在一个分频级(34)中的分频从控制时钟脉冲序列(T_SYN)中获得这个雕刻时钟脉冲序列。在一个另外的乘法器(35)中以传输系数(k₅)加权读出的函数值数据(FD)，并且供给加法器(23)。借助于控制数据(SD)可以在表存储器(33)中存入一个新的振动表，并且在乘法器(35)中修改传输系数(k₅)。

Claims

1.在一个电子雕刻机中信号处理的方法，该雕刻机用于凹板印刷的印刷板的雕刻，特别是用于印刷滚筒的雕刻，其中

-提供雕刻数据(GD)，其代表要雕刻的在“白色”和“黑色”之间的色度值，

-通过雕刻数据(GD)与一个用于产生雕刻网格的周期性的网格信号的叠加获得雕刻控制信号(G)，

-雕刻控制信号(G)控制雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动，和

-通过雕刻刀(5)的上升移动在印刷滚筒(1)上雕刻一系列在雕刻网格中布置的杯突，其特征在于，为了补偿雕刻刀(5)的有错误的上升移动(振动作用、拖尾作用)，雕刻数据(GD)在与网格信号叠加(23)前进行数字滤波(22)。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，按照一个具有统计学的滤波系数(a_n、b_n)的滤波函数实现雕刻数据(GD)的数字滤波。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，为了补偿振动作用以一个至少二级的数字FIR滤波器实施雕刻数据(GD)的滤波。

4.按照权利要求3的方法，其特征在于，FIR滤波器的滤波函数具有二个零点。

5.按照权利要求1至4的至少一个权利要求的方法，其特征在于，为了补偿拖尾作用，以一个至少二级的数字IIR滤波器实施雕刻数据(GD)的滤波。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，IIR滤波器的滤波函数具有一个顶点和一个零点。

7.按照权利要求1至6的至少一个权利要求的方法，其特征在于，FIR滤波器和IIR滤波器串联连接。

8.按照权利要求1至6的至少一个权利要求的方法，其特征在于，FIR滤波器和IIR滤波器合并为一个FIR/IIR型的滤波器。

9.按照权利要求1至8的至少一个权利要求的方法，其特征在于，依赖于雕刻部件(4)的转移函数计算滤波系数(a_n、b_n)。

10.按照权利要求1至9的至少一个权利要求的方法，其特征在于，依赖于对于印刷滚筒(1)的雕刻相关的雕刻参数计算滤波系数(a_n、b_n)。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于，依赖于至少一个如网格信号的幅度和频率和/或雕刻部件(4)的固有频率和衰减度的雕刻参数计算滤波系数(a_n、b_n)。

12.按照权利要求1至8的至少一个权利要求的方法，其特征在于，

-测量雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动，和

-依赖于所测量的上升移动计算滤波系数(a_n、b_n)。

13.按照权利要求1至8的至少一个权利要求的方法，其特征在于，

-测量雕刻部件(4)的工作温度，和

-依赖于所测量的工作温度计算滤波系数(a_n、b_n)。

14.按照权利要求1至13的至少一个权利要求的方法，其特征在于，

-测量雕刻部件(4)的雕刻刀(5)的上升移动，和

-依赖于测量值通过一个匹配的控制修改滤波系数(a_n、b_n)。

15.按照权利要求1至14的至少一个权利要求的方法，其特征在于，

-测量雕刻部件(4)的工作温度，和

-依赖于测量值通过一个匹配的控制修改滤波系数(a_n、b_n)。

16.按照权利要求1至15的至少一个权利要求的方法，其特征在于，通过雕刻数据(GD)的校正，按照一个与磁滞曲线相反的校正曲线补偿磁滞作用。

17.按照权利要求16的方法，其特征在于，在雕刻数据(GD)的数字滤波前进行磁滞作用的补偿。

18.按照权利要求1至17的至少一个权利要求的方法，其特征在于，雕刻数据(GD)在数字滤波前进行切割深度校正。

19.按照权利要求1至18的至少一个权利要求的方法，其特征在于，雕刻数据(GD)在数字滤波前在“亮度”和“深度”上校准。

20.按照权利要求1至19的至少一个权利要求的方法，其特征在于，从存储的函数值数据(FD)中计算周期性的网格信号。

21.按照权利要求1至20的至少一个权利要求的方法，其特征在于，

-为了得到雕刻控制数据(GDS)，函数值数据(FD)与已滤波的雕刻数据(GD”)相加，和

-雕刻控制数据(GSD)通过数/模转换转换为雕刻控制信号(G)。