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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur zyklischen Förderung
von Bogen durch eine drucktechnische Maschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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In
dem
DE 197 30 042
C2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bogenführung in
einer Bogendruckmaschine beschrieben, bei der mit einem Sensor an
einem Bezugspunkt die Istlage eines Bogens bestimmt und mit einer
Solllage verglichen wird. Abhängig
von der Soll-Ist-Differenz werden Stellglieder einer auf einen Bogen
gerichteten Blas- und/oder Saugluftvorrichtung betätigt, so
dass beim Fördern eines
Bogens auf einem Zylinder das Bogenende glatt und vollständig auf
der Mantelfläche
des Zylinders aufliegt. Bei der Steuerung der Bogenführung im Anleger
der Bogendruckmaschine können
mehrere Sensoren auf verschiedene Stellen auf der Oberseite eines
Bogenstapels gerichtet sein. Weiterhin können Sensorreihen als berührungslose
Abstandssensoren parallel zu den Kanten eines Bogenstapels verwendet
werden. Durch eine unkontrollierte Bewegung eines Bogens ergeben
sich Fehler beim Messen der Lage oder des Abstandes, wodurch die
Steuerung der Bogenführung
ungenau ist.
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Die
DE 102 05 985 A1 zeigt
ein Bedruckstoffleitelement mit integriertem Abstandssensor für Bogen.
Beim Fördern
von Bogen werden einem Maschinenbediener die Sensormeßwerte eines
bestimmten Sensors oder eine Mittelung von Messwerten benachbarter
Sensoren angezeigt. Anhand der Anzeige kann der Maschinenbediener
ein Luftströmungsfeld einstellen.
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Aus
der
DE 100 38 774
A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes
in einer Vervielfältigungsmaschine
bekannt, bei der Ionenlüfter verwendet
werden, um ein nachlaufendes freies Ende eines in Greifern gehaltenen
Bogens mittels eines spezifisch eingestellten Strömungsfeldes
derart beim Transport zu unterstützen,
dass ein Flattern reduziert wird. Mit einem Detektor wird die Lage
des freien Endes eines Bogens bestimmt und die lokale Stärke eines
Strömungsfeldes
mit einer Regeleinrichtung so variiert, dass die Lage einer gewünschten Solllage
angenähert
wird. Zur Bogenlagedetektion können
optische oder Ultraschallsensoren eingesetzt werden, die einzelne
Punkte oder flächenhaft
abtasten.
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Bei
der Vorrichtung zum Fördern
von Bogen auf einen Stapel nach
DE 43 28 445 A1 wird ein die Flatterbewegung
der Bogen erfassender Sensor verwendet. Die Sensorsignale werden
in einer Steuer- oder Regelvorrichtung zu Stellsignalen für eine Blasluft-
oder Saugvorrichtung verarbeitet.
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In
der
DE 103 12 162
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung
der Bogenlage beschrieben, bei denen die seitliche Bogenkontur mit einem
Flächensensor,
insbesondere mit einer Kamera, aufgenommen wird. Die Bogenkontur
ergibt sich aus einer Graustufenanalyse der in einem Raster aufgenommenen
Bilddaten. Überschreitet
die Bogenkontur eine Begrenzungslinie, werden Stellelemente von
Bogenführungsmitteln
betätigt.
Eine zweidimensionale Abbildung der Bogenkontur ist nur bedingt
für eine
Bogenlageregelung verwendbar, weil real der Bogen dreidimensionale
Lageabweichungen aufweist, so dass Lageabweichungen z. B. in der
Bogenmitte nur indirekt berücksichtigt
werden. Eine Graustufenanalyse ist zudem rechenintensiv und für eine Bogenlageregelung
in Echtzeit weniger geeignet.
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Eine
Druckmaschine nach der
DE
200 08 731 U1 verarbeitet in Echtzeit die Signale zweier
auf eine Bogenkontur und auf die Oberfläche des Bogen gerichteten Videokameras.
Aus den Bilddaten wird eine tatsächliche
räumliche
Lage des Bogens bestimmt. Im Vergleich mit einer idealen räumlichen Lage
werden Steuersignale für
eine Einrichtung zur Beeinflussung des Bogenlaufes generiert. Der
Steuerungsaufwand ist mit zwei Kameras und einem Echtzeitrechner
relativ hoch. Die Rechenleistung des Echtzeitrechners begrenzt die
maximal mögliche Fördergeschwindigkeit
der Bogen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur zyklischen Förderung
von Bogen durch eine drucktechnische Maschine zu entwickeln, welches
es ermöglicht,
einen Bogen mit hoher Genauigkeit auf einer vorgegebenen Bahn zu
halten.
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Die
Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach
Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Gemäß dem Verfahren
werden in Förderrichtung
eines Bogens mit einem Sensor eine Vielzahl von Lagemeßwerten
bestimmt, aus denen ein Kennwert für die Bogenlage ermittelt wird.
Der Kennwert wird mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Abhängig vom
Vergleichswert wird eine Blas- und/oder Saugluftvorrichtung eingestellt,
die eine Lagekorrektur an einem nachfolgenden Bogen bewirkt. Die
Lagemeßwerte
werden vorzugsweise in einem vorgegebenen Bereich an der nachlaufenden
Hinterkante eines Bogens abgeleitet. Bei schwankender Bogenlänge ist
es vorteilhaft, den Bereich aus einem Signal des Sensors an der
Bogenhinterkante festzulegen. Es ist von Vorteil, wenn zur Ermittlung
des Kennwertes für
die Bogenlage die n kleinsten Lagemeßwerte gemittelt werden, weil
Abschmieren verhindert werden soll. Wenn ein Ultraschallsensor verwendet
wird, dann können
mit diesem Verfahren auch Ausreißer eleminiert werden. Eine
Kalibrierung an einer Fläche
eines den Bogen haltenden Greifersystems kann vorgenommen werden,
um eine Drift im Messsystem, durch Temperaturschwankungen o. ä. zu eliminieren.
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Die
Blasluft- und/oder Saugluftvorrichtung kann mittels einer aus Betriebspunkten
bestehenden Kennlinie voreingestellt werden. Die Kennlinie gibt die
Abhängigkeit
der Blas- bzw. Saugluft vom Kennwert wieder. Die Betriebspunkte
können
vorab für
ein begrenztes Spektrum an Maschineneinstellungen und/oder Bedruckstoffeigenschaften
empirisch ermittelt werden. Die Kennlinie kann anhand der aus den Lagemeßwerten
bestimmten Kennwerte korrigiert werden.
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Die
Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden,
es zeigen:
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1:
ein Schema einer Vorrichtung zur Förderung von Bogen mit Greifern,
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2:
ein Blockschaltbild einer Regelung einer Bogenführung, und
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3–6:
Diagramme zur Signalverarbeitung.
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1 zeigt
die Förderung
eines Bogens 1 von einem Druckzylinder 2 zu einer
Transfertrommel 3. Der Druckzylinder 2 und die
Transfertrommel 3 oder ein Auslagekettengreifersystem rotieren
synchron in den mit Pfeilen angegebenen Richtungen 4, 5 um
parallele Achsen. In der Übergabelinie 6 wird der
Bogen 1 an der Vorderkante von einem Greifersystem 7 der
Transfertrommel 3 übernommen.
Beim Fördern
auf dem Druckzylinder 2 liegt der Bogen 1 auf
dessen Mantelfläche 8 auf.
Mit dem Greifersystem 7 wird der Bogen 1 an der
Vorderkante gehalten und frei entlang eines Leitblechs 9 geführt.
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Wenn
der Bogen 1 frisch bedruckt ist, muss verhindert werden,
dass der Aufdruck bzw. der Bogen durch Berührung mit dem Leitblech 9 beschädigt wird,
deshalb wird der Bogen 1 entlang des Leitbleches 9 mit
einer Blasluftvorrichtung in Schwebung gehalten. Die Blasluftvorrichtung
umfasst unter anderem ein Blasrohr 10 oder einen Blaskasten,
welches bzw. welcher über
die Breite des Bogens 1 fest am Gestell 11 der
Bogendruckmaschine befestigt ist. Das Blasrohr oder der Blaskasten 10 besitzen
radiale Luftaustrittsöffnungen,
aus denen eine divergierende Luftströmung 12 tritt, die
in einem spitzen Winkel 13 auf die Mantelfläche 8 trifft.
Das Blasrohr oder der Blaskasten 10 steht über Leitungen 14 und
ein steuerbares Ventil 15 mit einer Blasluftquelle 16 in
Verbindung.
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Bei
der Förderung
eines Bogens 1 ist insbesondere die Phase kritisch, in
der der Bogen 1 die Übergabelinie 6 verlässt. Das
nachlaufende Ende des Bogens 1 ist in dieser Phase frei
geführt
und neigt zu Flatterbewegungen, so dass Kollisionsgefahr besteht.
Um zu gewährleisten,
dass der Bogen 1 auf einer vorgegebenen Bahn gehalten wird,
ist eine Steuer- und Regelvorrichtung 17 vorgesehen. Die Steuer-
und Regelvorrichtung 17 ist mit dem Ventil 15 und/oder
der Blasluftquelle 16 verbunden. Weiterhin steht die Steuer-
und Regelvorrichtung 17 mit einem Ultraschallsensor 18 und
einem Drehgeber 19 in Verbindung. Der Ultraschallsensor 18 enthält einen
Ultraschallsender, der Ultraschallwellen 20 in Richtung eines
Reflektors 21 aussendet. Die reflektierten Strahlen 22 gelangen
durch eine Öffnung 23 im
Leitblech 9 auf den im Greifersystem 7 gehaltenen
Bogen 1. Die vom Bogen 1 zurück reflektierten Strahlen 22 gelangen
auf einen Ultraschallempfänger
des Ultraschallsensors 18. Prinzipiell kann auf den Reflektor 21 verzichtet
werden, wenn die Mantelfläche 8 des
Druckzylinders 1 als Reflektor für die Ultraschallwellen 20 verwendet
wird. Der Drehgeber 19 ist mit einem Laufrad 24 gekoppelt,
welches in rollendem Kontakt mit der Mantelfläche 8 steht. Der Drehgeber 19 kann
ebenso direkt mit der Achse des Druckzylinders 1 oder eines
anderen synchron laufenden Zylindern oder einer Trommel 3 gekoppelt
sein.
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Anhand
des Blockschaltbildes nach 2 soll die
Funktion der Vorrichtung erläutert
werden. Die Steuer- und Regelvorrichtung 17 enthält einen Rechner 25,
der über
Leitungen 26 bis 28 mit einer Steuerung 29 der
Bogendruckmaschine in Verbindung steht. In der Steuer- und Regelvorrichtung 17 befindet
sich ein Analog-Digital-Wandler 30, dessen Eingang mit
dem Ausgang des Ultraschallsensors 18 verbunden ist. Die
digitalisierten Signale des Ultraschallsensors 18 gelangen
vom Analog-Digital-Wandler 30 zur Verarbeitung in den Rechner 25. An
den Rechner 25 ist ein Digital-Analog-Wandler 31 angeschlossen, über den
Stellsignale zu einem Blasluftsystem 32 gelangen, welches
unter anderem die Blasluftquelle 16, das steuerbare Ventil 15 und
den Bogen 1 umfasst. Dem Rechner 25 ist weiterhin
ein Geber 33 für
einen Sollwert des Abstandes des Bogens 1 vom Leitblech 9 zugeordnet.
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In 3 sind
entlang einer Zeitachse t Fenster 34.1, 34.2 dargestellt,
in denen rein rechnerisch der Bogen 1 vom Ultraschallsensor 18 erfasst
wird. Weil die Bogen 1 in Transportrichtung 5 unterschiedliche
Längen
aufweisen, weicht die Zeitdauer t4–t2 des tatsächlichen
für die
Bogenerfassung zur Verfügung
stehenden Fensters 35 von der Zeitdauer t5–t2 des
rechnerischen Fensters 34 ab. Im dargestellten Fall ist
der Bogen 1 zu kurz oder der Bogen 1 wird durch
Wellenbildung verkürzt.
Das tatsächliche
Fenster 35 endet bereits bei t4 um die Zeitdauer t5–t4 vor t5.
Mit dem Ultraschallsensor 18 werden durch getakteten Betrieb
entlang einer in Transportrichtung liegenden Linie eine Vielzahl
von Messwerten gewonnen, die den Abstand des Bogens 1 am
jeweiligen Messort vom Leitblech 9 wiedergeben. Bei einer
vorgegebenen Drehstellung der Transfertrommel 3, welche
sich aus der Auswertung der Signale des Drehgebers 19 ergibt,
wird über
die Leitung 26 von der Steuerung 29 ein Signal „Regelung
aktiv" an den Rechner 25 gegeben.
Wie aus 6 hervorgeht, ist die Regelung
in einem Zeitbereich von t6–t7
aktiv, der zwischen einem Zeitpunkt t6 und einem Zeitpunkt t8 liegt
mit t6 ≥ t5
und t7 < t8. Mit
dem Signal „Regelung aktiv" werden Stellsignale
an das Blasluftsystem 32 gegeben. Die Blasluftwirkung auf
den Bogen 1 kann durch Einstellung des Ventils gesteuert
werden. Damit wird die Regelung frühestens bei dem unmittelbar nachkommenden
Bogen 1 wirksam, der zum Zeitpunkt t8 vom Ultraschallsensor 18 erfasst
werden kann. Jeweils unmittelbar vor dem Erfassen eines Bogens 1 mit
dem Ultraschallsensor 18 wird von einer Referenzmarke am
Greifersystem 7 eine Referenzmessung des Abstandes zum
Leitblech 9 durchgeführt.
Damit kann die Meßwertverarbeitung
kalibriert werden.
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Durch
Auswertung des Signals des Drehgebers 19, dessen Signal
proportional dem Drehwinkel des Druckzylinders 2 und der
Transfertrommel 3 ist, erzeugt die Maschinensteuerung 29 ein
Signal „Messwerte
auswerten" in einem
Zeitfenster 36 mit der Zeitdauer t6–t3, was näher in 5 gezeigt
ist. Nur in diesem Zeitfenster 36 liegende Messwerte des Ultraschallsensors 18 kommen
zur Auswertung im Rechner 25. Der Beginn t3 des Zeitfensters 36 liegt um
eine einstellbare Zeit t3–t2
nach t2. Damit kommen keine Messwerte zur Auswahl, die in der Umgebung
der vorlaufenden Bogenkante liegen. Das Ende des Zeitfensters 36 liegt
bei dem Zeitpunkt t6, bei dem die Hinterkante des Bogens 1 sicher
den Ultraschallsensor 18 passiert hat. Die Breite und der
Anfang des Zeitfensters 36 ist damit abhängig von
der Länge
des Bogens 1 in Transportrichtung 5.
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Der
Ultraschallsensor 18 gibt den maximalen Wert seines Meßbereiches
aus, wenn der Bogen 1 zu weit vom Leitblech 9 gefördert wird
oder wenn der Bogen nach vorbeilaufen der Hinterkante nicht mehr vorhanden
ist. Die analogen Messwerte des Ultraschallsensors 18 werden
im Analog-Digital-Wandler 30 digitalisiert und im Rechner 25 gespeichert.
Sobald das Signal „Messwerte
auswerten" auf niedrigem
Pegel steht, wird das Signal „Regelung
aktiv" ausgegeben.
Im Rechner 25 läuft
dann ein Regelalgorythmus ab, bei dem aus dem im Meßfenster 36 gespeicherten
Messwerten ein Kennwert für
die Bogenlage über
dem Leitblech 9 bestimmt wird. Gemäß dem Algorythmus werden die
n kleinsten Messwerte herausgesucht und gemittelt. Um eine hohe
Genauigkeit zu erreichen, werden typisch 10 bis 50 Meswerte herangezogen,
die bei Bedarf gewichtet werden können. Der Kennwert wird mit
dem Sollwert für
die Lage des Bogens 1 über
dem Leitblech 9 verglichen. Der Sollwert ist abhängig vom
Material und der Dicke des Bogens 1 sowie vom Druckbild
auf dem Bogen 1 und wird über den Geber 33 an
den Rechner 25 geleitet. Aus der Differenz zwischen Sollwert
und Kennwert werden Stellsignale für das Blasluftsystem 32 abgeleitet.
Der verwendete Regelalgorythmus bildet einen PID Regler, mit dem
die Blasluft so gestellt wird, dass die Differenz verschwindet.
Wie in 1 dargestellt, wirkt die Blasluft 12 gegen
die Mantelfläche 8.
Die Strömungsgeschwindigkeit
der Blasluft 12 ist höher
als die Umfangsgeschwindigkeit der Mantelfläche 8. Durch den spitzen
Anströmwinkel
legt die Luftströmung 12 an
der Mantelfläche 8 an.
Zwischen dem Leitblech 9 und der Mantelfläche 8 besteht
ein Spalt 37, der den Durchtritt der Luftströmung 12 beschränkt. Wenn
die Luftströmung 12 durch
den Spalt 37 tritt, dann entsteht an der Leitblechkante 38 eine Druckwirkung
auf den Bogen 1, so dass der Bogen 1 nicht an
der Leitblechkante 38 abschmiert. Die raue Oberfläche der
Mantelfläche 8 begünstigt durch
eine dünne
turbulente Strömungsschicht
das Anlegen der Luftströmung 12.
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Wenn
das Blasluftsystem 32 mehrere Blasrohre und/oder Blasluftquellen
enthält,
dann können die
Blasrohre in funktionaler Abhängigkeit
mit Blasluft versorgt werden. Z. B. kann eine Blasrohr ein Tragluftpolster
zwischen Leitblech 9 und Bogen 1 bilden, während das
zweite Blasrohr 10, wie in 1 gezeigt,
eine Luftströmung 12 in
Richtung der Mantelfläche 8 erzeugt.
Durch die Kombination der Blasrohre stellt sich ein Gleichgewicht
der Kraftwirkungen auf den Bogen 1 ein, so dass ein Bogen 1 auf
einer vorgegebenen Bahn gehalten werden kann.
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- 1
- Bogen
- 2
- Druckzylinder
- 3
- Transfertrommel
- 4,
5
- Richtung
- 6
- Übergabelinie
- 7
- Greifersystem
- 8
- Mantelfläche
- 9
- Leitblech
- 10
- Blasrohr
- 11
- Gestell
- 12
- Luftströmung
- 13
- Winkel
- 14
- Leitung
- 15
- Ventil
- 16
- Blasluftquelle
- 17
- Steuer-
und Regelvorrichtung
- 18
- Ultraschallsensor
- 19
- Drehgeber
- 20
- Ultraschallwelle
- 21
- Reflektor
- 22
- Strahl
- 23
- Öffnung
- 24
- Laufrad
- 25
- Rechner
- 26–28
- Leitung
- 29
- Steuerung
- 30
- Analog-Digital-Wandler
- 31
- Digital-Analog-Wandler
- 32
- Blasluftsystem
- 33
- Geber
- 34–36
- Fenster
- 37
- Spalt
- 38
- Leitblechkante