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Die
Erfindung betrifft ein Messelement, eine Anordnung von Messelementen
und ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Druckbildes
auf einem Druckform- oder Plattenzylinder einer Druckmaschine, wobei
das Druckbild aus der farbführenden
Bildpunktmatrix einer beschreibbaren Oberfläche einer Druckform gebildet
ist. Die Druckform ist als Beschichtung auf dem Mantel eines Druckformzylinders
aufgebracht oder als Druckplatte auf einen Plattenzylinder aufgespannt
und das Messelement enthält
ein Linienmuster, welches gemeinsam mit dem Druckbild auf die Druckformoberfläche aufgebracht
ist und von einem dem Druckformzylinder zugeordneten optischen Sensor
erfassbar ist. Zum genauen (registerhaltigen) Übereinanderdruck von mehreren
Druckfarben, die in verschiedenen Druckwerken einer Druckmaschine
nacheinander auf einen Bedruckstoff aufgebracht werden, ist es Voraussetzung,
dass das Druckbild lagerichtig auf dem Druckform- oder Plattenzylinder
positioniert wird. Während
ein Lagefehler des Druckbildes bei einem bebilderbaren beschichteten
Druckformzylinder nur durch Positionsfehler des Gelichters oder
fehlerhafte Druckbilddaten aus der Vorstufe auftreten kann, ist die
Wahrscheinlichkeit von Druckbildlagefehlern insbesondere bei außerhalb
der Druckmaschine mit dem Druckbild beschriebene Druckplatten höher, denn
hier können
sich mehrere Positionierfehler addieren. Zum einen kann das Druckbild
bereits bei der Belichtung der Druckplatte mit einer Lageabweichung
auf die Druckplatte aufgebracht werden und zum anderen ist eine
fehlerhafte Ausrichtung der Druckplatte oder ein Verziehen derselben
beim Aufspannen auf den Plattenzylinder möglich. Deshalb hat es in der
Vergangenheit umfangreiche Bemühungen
gegeben, die Druckplattenpositionierung beim Aufziehen auf den Plattenzylinder
durch mechanische Positionierhilfen (Passlochstifte auf dem Plattenzylindermantel,
die in korrespondierende Aussparungen am Druckplattenrand eingreifen)
zu vereinfachen und Druckbildlagefehler nach dem Aufspannen der
Druckplatte sensorisch zu erfassen, um entgegengerichtete Registerkorrekturen
zur Herstellung der gewünschten
Druckbildposition vornehmen zu können.
Die Registerkorrekturen können
manuell oder motorisch durch Verschieben der Spanneinrichtungen
für die
Druckplatte auf dem Plattenzylindermantel und/oder durch Lageänderungen
in Umfangs-, Seiten- und Diagonalrichtung des gesamten Plattenzylinders
relativ zu den weiteren, die Druckfarbe auf den Bedruckstoff übertragenden
Zylindern vorgenommen werden.
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Druckbildlagefehler
können
durch eine direkte Lagemessung von Positionsmarken im Druckbild auf
dem Druckform- oder Plattenzylinder vor Druckbeginn oder im Rahmen
des Einrichtens bzw. Probedruckens indirekt mit einer Vermessung
der auf den Bedruckstoff aufgedruckten Passermarken der einzelnen
Druckfarben erfasst werden. Dazu werden auf den Druckrand an definierten
Positionen Passerkreuze, Kreise, Dreiecke oder ähnliche, für das Auge gut sichtbare und
geometrisch einfache Markierungen (Passermarken) mit jeder Druckfarbe
mit auf den Bedruckstoff gedruckt, um dann inline oder offline mit
Videokameras oder Scannern die Lageabweichungen der Markierungen
und damit die Verschiebungen der einfarbigen Druckteilbilder gegenüber der
Solllage auf dem Bedruckstoff zu erfassen. Zunehmend werden bereits
automatisierte Registerkorrektureinrichtungen verwendet, die aus
der optisch-sensorischen Erfassung der Passermarken auf dem Bedruckstoff und
einer anschließenden
Bildanalyse die Lageabweichungen der in den einzelnen Druckwerken
aufgebrachten Druckteilbilder ermitteln und die in jedem Druckwerk
vorhandenen Registerkorrektureinrichtungen danach ansteuern, so
dass ein möglichst
exakter Übereinanderdruck
der Druckteilbilder erreicht wird. Die Erfassung der Passermarkenlage
wird zunehmend im Rahmen einer Bildinspektion des gesamten Druckbildes
zur Qualitätskontrolle
durchgeführt
bzw. mit spektrometrischen oder farbmetrischen Druckbildanalysen
verknüpft.
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Zur
Erfassung von Druckbildpositionsfehlern auf der Druckplatte sind
Offline- Messungen mit Videokameras bekannt, die durch Messung der
Passermarkenlage relativ zu den Ausstanzungen für die Passlochstifte und Vergleich
mit den Vorstufenbilddaten die Lageabweichungen bestimmen. Ebenso
werden Videokameras zur Inline- Messung der Passermarkenlage nach
dem Aufspannen auf den Druckzylinder in Bezug auf die Passlochstifte,
die die mechanische Plattenvorpositionierung auf dem Plattenzylinder
für Plattenwechselautomaten
erleichtern, eingesetzt.
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Nachteilig
an den bekannten Lösungen
ist, dass eine genaue Positionsbestimmung der Druckbildlage erst
am fertig ausgedruckten Druckbild möglich ist. Die bekannten Videomesseinrichtungen
("Registerkameras") zur Erfassung der
Druckbildlage auf der aufgespannten Druckplatte relativ zu den Passstiftpositionen
liefern unzureichende Messgenauigkeiten. Die Anforderungen an die
Positionsmessgenauigkeit liegen etwa im Bereich von 5–10 μm.
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Aus
der
DE 195 17 842
A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Längs- und
Querpassermarken auf einem Druckprodukt bekannt, wobei eine von einer
CCD-Matrix abtastbare Strichfolge längs und quer auf dem Druckprodukt
abgedruckt wird und nacheinander unter Schwenken des CCD-Sensors
in eine Vorzugsmessrichtung erfasst wird.
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Aus
der
DE 44 37 603 A1 ist
ein Verfahren zur Bestimmung von Passerdifferenzen zwischen zwei
gedruckten Teilbildern unter Anwendung von Messskalen mit parallelen
Linien bekannt, bei welchem fehlerhafte Abstandsmessungen aufgrund
der in der Auswerteeinrichtung gespeicherten Linienabstände herausgefiltert
werden können.
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Aus
der
DE 100 23 813
A1 ist ein zweidimensionales Messelement zur Bestimmung
von Passerabweichungen bekannt, das ebenfalls auf den Bedruckstoff
aufgedruckt wird und aus treppenartig aneinander gereihten Strichen
mit unterschiedlicher Strichlänge
besteht, wobei über
die Abfolge von Teilstrichen mit vorgegebenen Strichlängen Daten
kodiert werden können.
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Nachteilig
an den bekannten aufdruckbaren Passermarken bzw. Messelementen ist,
dass sie aufgrund ihrer Struktur nicht für eine Messung der Druckbildlage
auf einem Druckform- oder
Plattenzylinder mit hoher Genauigkeit geeignet sind.
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Der
Erfindung liegt ausgehend von den Nachteilen aus dem bekannten Stand
der Technik die Aufgabe zugrunde, die Messgenauigkeit von Messeinrichtungen
zur Bestimmung der Druckbildposition auf Druckform- oder Plattenzylindern
zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Messelement mit den Merkmalen des ersten Anspruchs,
eine Anordnung von Messelementen mit den Merkmalen des achten Anspruchs
oder ein Verfahren mit den Merkmalen des zehnten Anspruchs gelöst.
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Das
Messelement besteht aus mindestens einem Paar paralleler Geraden,
das von einem Paar paralleler Geraden im Winkel von 90° gekreuzt
wird, so dass ein Rechteck gebildet wird. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit
und Erweiterung der Messergebnisse ist es vorteilhaft, die Anzahl
von sich kreuzenden horizontalen und vertikalen Linien mit einer
definierten Breite und einem definierten Abstand zueinander zu erhöhen, so
dass ein Linienraster mit einer Vielzahl von Parallelen mit definierten
Abständen entsteht.
Durch eine höhere
Anzahl von Linien in jeder der Koordinatenrichtungen wird die Anzahl
der Messwerte und damit die Genauigkeit der Messung im Vergleich
zu den bekannten drei Passerkreuzen pro Druckbild bedeutend verbessert.
Dabei sind durch die regelmäßigen oder
definierten unregelmäßigen Abstände der
Linien, die in der Einrichtung zur Positions- und Abstandsermittlung
gespeichert sind, der Maßstab
der Abbildung und damit die tatsächlichen
Größenverhältnisse
im Druckbild sowie lokale Verzerrungen durch optische Fehler oder
Verformungen der Druckplatte bestimmbar.
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In
vorteilhafter Weise können
die nicht mit Bildpunkten gefüllten
Zwischenräume
(Rechtecke) genutzt werden, um zusätzliche Datencodierungen einzutragen
(Druckplatte, Auftrag, Farbe...) oder die Rechtecke nach einem regelmäßigen Muster
mit Bildpunkten zu füllen,
die dann zusammen eine grobe Markierungen, vorzugsweise in Passkreuzgestalt, bilden.
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Mit
einem solchen Messelement auf der Druckplatte sind zwei Messvorgänge mit
abgestufter Genauigkeit möglich:
- 1. Kontrolle der Druckplattenvorausrichtung
auf eine hinreichend genaue Position anhand der aus den gefüllten Zwischenräumen gebildeten
Passermarkierungen im Hundertstel-Millimeterbereich.
- 2. Präzise
Bestimmung der Druckbildlage zur Einstellung der Druckmaschine mit
Vermessung des Linienrasters und Vergleich mit den bekannten Soll-Liniendaten
(im Tausendstel-Millimeterbereich).
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Mit
dem vorgeschlagenen Messelement kann ebenso die Stirnfläche eines
oder mehrerer Passstifte ausgestattet sein. Durch Füllen von
Flächen
kann eine Kodierung im Passstift untergebracht werden. Auch hier
dient eine aus gefüllten
Zwischenräumen
gebildete grobe Struktur für
die Kontrolle auf „Platte
vorhanden und hinreichend genau eingeführt" und die feine Linienstruktur zur genauen
Bestimmung der Druckbildlage zum Passstift.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des
Messelementes sind folgende Funktionen des Auswerteverfahrens realisierbar:
- – Korrektur
von Abbildungsfehlern:
- – Kompensation
der Trapezverzehrung
– Kompensation
der „Kissenverzehrung"
– Flächige Vermessung
des Abstandes des Sensors von der Druckplattenoberfläche
- – Verwendung
von zwei Koordinatensystemen (Druckplatte, Passstift) zum Ausgleichen
von unterschiedlichen Messebenen
- – Messfunktion
1: Druckplatte vorhanden und an richtiger Position zum Spannen der
Druckplatte
- – Messfunktion
2: Positionsbestimmung des Druckbildes gegenüber dem Passstift bei geschlossenen
Spannschienen
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Die
Erfindung hat folgende Vorteile:
- – Der Aufwand
für die
mechanische Halterung des Sensors und die Anforderungen an die optische Leistungsfähigkeit
des Sensors kann reduziert werden, da das Messelement die nötigen Korrekturdaten
liefert für
eine Korrektur der optischen Messfehler durch ungenaue Sensorpositionierung
oder optische Verzerrungen, dadurch geringerer Aufwand für die Sensoren.
- – Es
besteht eine Kombinationsmöglichkeit
der Druckbild-Positionsbestimmung mit einem vorhandenen Plattenerkennungssystem.
- – Durch
die Kodierung der Passstifte kann eine automatische Erkennung des
Druckwerkes und der Lage (rechts links) erfolgen, es entfällt die
Parametrierung des Sensors und ein Wechsel des Sensors wird wesentlich
vereinfacht.
- – Geneigte,
gewölbte
oder nicht gespannte Druckplatten können wesentlich präziser vermessen werden.
- – Die
bei der Vermessung des Messelementes nunmehr mögliche Verwendung von Kantenerkennungsalgorithmen
und linearen Interpolationsverfahren benötigt weniger Rechenzeit als
die bisher verwendeten Mustervergleiche, so dass die Reaktionszeiten
auf Lageabweichungen verkürzt werden
können.
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Im
Folgenden soll die Erfindung beispielhaft mit einigen Messelement-
und Anordnungsvarianten an einem Plattenzylinder mit aufgespannter
Druckplatte und Passstiftpositionierhilfe erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen
stellen dabei dar:
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1:
Darstellung des Messelementes in der einfachsten Form
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2:
Darstellung des Messelementes mit Parallelenscharen
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3:
Darstellung des Messelementes mit Kodierungen
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4:
Darstellung des Messelementes mit schrägen Linien
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5:
Vergleich von geraden und schrägen Linien
in Bezug auf die Sensorpixelmatrix
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6:
Darstellung des Messelementes auf Druckplatte und Passstift
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Das
erfindungsgemäße Messelement 4 zur Bestimmung
der Position eines Druckbildes auf einem Druckform- oder Plattenzylinder
einer Druckmaschine, wobei das Messelement 4 als auf der
Druckformoberfläche
angeordnetes, optisch erfassbares Linienmuster ausgestaltet ist,
welches von einem dem Druckformzylinder zugeordneten optischen Sensor
erfassbar ist, weist zwei sich im Messelement 4 kreuzende
Parallelenscharen 6, 7 auf, die in einem Winkel
von 90° zueinander
angeordnet sind. Die Linien besitzen definierte Breiten und definierte
Abstände
und die Breiten-, Winkel- und Abstandsdaten sind in einer mit dem
Sensor gekoppelten Einrichtung zur Positions- und Abstandsermittlung
des Messelementes 4 gespeichert. Die Linien bilden ein
regelmäßiges Muster
und können
durch die Hinterlegung der Musterdefinition im Auswertealgorithmus,
der in der dem Sensor zugeordneten Bildauswerteeinrichtung implementiert
ist, zu einer großen
Anzahl von Messwerten und zu einer statistisch begründeten höheren Genauigkeit
bei der Positionsbestimmung führen.
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Das
Messelement 4 umfasst in der in 1 dargestellten
einfachsten Form zwei sich kreuzende Parallelenscharen 6, 7 aus
jeweils zwei Linien, wobei ein rechteckförmiger Zwischenraum 8 gebildet
wird. Das Messelement 4 ist außerhalb des Druckbildes im Druckformrandbereich
oder innerhalb des Druckbildes als Bildelement angeordnet, vorzugswei se
an einer der Passstiftaussparungen 2 auf der Druckplatte 1,
und weist beispielsweise eine Größe von etwa
7 × 12
mm auf. Die Linien werden an relativ zum Druckbild festgelegter
Position und mit definierter Breite als Bildpunktstruktur bei der
vorhergehenden Belichtung der Druckplatte 1 zusammen mit
dem eigentlichen Druckbild aufgebracht. Der zugeordnete optische Sensor,
der ein CCD-Sensor mit Pixelmatrix sein kann, erfasst den Bereich
des Messelementes 4. In der nachgeordneten Einrichtung
zur Positions- und Abstandsermittlung werden die Bilddaten mit den
Liniendaten des Messelementes 4 verglichen und daraus Linienpositionswerte
ermittelt, deren Abweichungen von den Sollpositionen zur Ermittlung
der erforderlichen Registerkorrekturbewegungen des Plattenzylinders
dienen. Parallel zur Lageermittlung werden die erfassten Liniendaten
auf Verzerrungen oder relative Lageänderungen zueinander überprüft, woraus sich
Korrekturwerte für
die Lagedaten der Linien ergeben, womit die Positionswerte des Druckbildes korrigiert
werden. Infolge der Druckplattenkrümmung auf der Plattenzylinderoberfläche oder
Verformungen der Druckplatte 1 an den ausgestanzten Aussparungen 2 für die Passstifte 3 treten
stets Verfälschungen der
aus den unkorrigierten Bilddaten berechneten Druckbildlage auf,
die mit dem erfindungsgemäßen Messelement 4 vorteilhaft
mit erfasst und berücksichtigt
werden können.
Erhöht
man die Anzahl der Parallelen in jeder Richtung beispielsweise von
zwei auf drei, wobei die mittlere Linie definitionsgemäß exakt mittig
zwischen den äußeren beiden
Linien verlaufen soll, lassen sich aus der sensorisch ermittelten
Verschiebung der mittleren Linie Rückschlüsse über eine Plattenverformung
an dieser Stelle ableiten. In vergleichbarer Weise kann aus dem
Bild-Abstand der Linien durch Vergleich mit dem Sollabstand die
Entfernung zwischen Sensor und Druckplatte 1 im Bereich
des Messelementes 4 und damit eine eventuelle Aufwölbung der
Druckplatte 1 ermittelt werden. Aus den Linienmustern kann
auch eine optische Bildverzerrung („Kisseneffekt") durch Weitwinkelobjektive
erkannt werden und bei der Bestimmung der genauen Druckbildlage
herausgerechnet werden. Ebenso kann aus dem Linienmuster die Trapezverzerrung
in x- und y-Koordinatenrichtung durch Zentrierungsfehler des Fokusmittelpunktes
und durch nicht parallele Ausrichtung der Sensorfläche zur Druckplatte 1 ausgeglichen
werden.
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Aus
der Analyse der Flächenkoordinaten
x, y und des Abstandes der Linien vom Sensor (z-Koordinate) lassen
sich vorteilhaft mechanisch bedingte Fehler (Montage, Toleranzen,
Platteneinzug, leichte Beulen) aus dem Messergebnis eliminieren.
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Mit
zunehmender Linienzahl pro Messelement 4 (2)
steigt die Genauigkeit der Bildauswertung und damit der Positionsbestimmung
des Druckbildes, wobei die Linienabstände weniger als einen Millimeter
betragen.
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In 3 ist
eine einfache Möglichkeit
für die Kodierung 10 von
Produkt- oder Logistikdaten im Flächenelement dargestellt. In
den von den Parallelenscharen 6, 7 gebildeten
recht eckigen Zwischenräumen 8 können matrixförmig Bildelemente
als Kodierungen 10 angeordnet sein, die über ihre
Anordnung im Messelement 4 oder durch ihre Größe druckwerksspezifische
oder bedruckstoffspezifische Daten kodieren.
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Einzelne
oder mehrere Zwischenräume 8 können in
einer vorteilhaften Ausführungsform
teilweise oder ganz mit Bildpunkten gefüllt werden zur Ausbildung einer
groben Positionsmarkierung für eine
Vorausrichtung des Druckbildes, vorzugsweise in Gestalt von Passkreuzen.
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Die
Linien sind in der Grundform im 90° Winkel zueinander in Umfangs-
und Seitenrichtung ausgerichtet, können jedoch zur Erhöhung der
Messgenauigkeit einzeln jeweils um einen Winkel in positiver oder
negativer Richtung verdreht sein (4). Im Vergleich
zur Pixelmatrix des Sensors sind schräg verlaufende Linien 9 für die Messgenauigkeit
von Vorteil, wenn die Linienbreite geringer ist als die Größe der Sensorpixel 11 bzw.
deren Erfassungsbereich, da die Lage einer parallel zu einer Pixelreihe des
Sensors verlaufenden Linie 6 innerhalb der Pixelbreite
nicht genau erfassbar ist. Erstreckt sich das von der Pixelmatrix
des Sensors erfasste Bild 11.B einer Linie 9 über mehrere
Pixelreihen und Pixelspalten des Sensors (s. 5), liegt
eine höhere
Zahl von Lagewerten in x- und y-Richtung
vor, die eine genauere Ermittlung der Linienlage und deshalb auch genauere
Positionsbestimmung ermöglicht.
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Eine
zweckmäßige Anordnung
von Messelementen zur Bestimmung der Position eines Druckbildes
auf einem Plattenzylinder mit Passstiftpositionierhilfe in einer
Druckmaschine umfasst – wie
in 6 dargestellt – ein Messelement 4 auf
der aufgespannten Druckplatte 1 in der Nähe einer
Aussparung 2 für
einen Passstift 3 und zusätzlich eine dem Messelement 4 entsprechendes
Messelement 5 auf wenigstens diesem Passstift 3,
wobei der Sensor dem Passstiftbereich zur gemeinsamen Erfassung der
beiden Messelemente 4, 5 zugeordnet ist. Aus der
Definition der Linienbreiten- und -abstandsdaten des/der Messelementes) 5 auf
dem/den Passstift(en) 3 und den Sensorbilddaten ist auch
der Abstand zwischen Passstift 3 und Sensor bestimmbar.
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Durch
die Verwendung von zwei Koordinatensystemen und Kalibrierebenen
für Druckplatte 1 und
Passstift 3 ist eine sehr genaue Ermittlung der Lage des
Druckbildes relativ zu den Passstiften 3, deren Position
auf dem Plattenzylinder bekannt ist, möglich, so dass aus der Relativlage
des Druckbildes und der bekannten Passstiftposition unter Berücksichtigung
der Lagekorrekturwerte die Berechnung der Druckbildposition auf
dem Plattenzylinder mit bisher nicht erreichbarer Präzision erfolgt.
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Bei
Verwendung von zumindest zwei Messelementen 4, 5 kann
auf die Passstiftpositionierhilfe verzichtet werden. Es genügt die Aufbringung
des Messelementes 5 auf die Druckplattenfreie Zone als Referenzmarke,
wobei ein Messelement 4 auf der Druckform oder Druckplatte 1 und
ein Messelement 5 auf der druckformfreien Druckform- oder
Plattenzylinderoberfläche
aufgebracht ist und beide Messelemente 4, 5 benachbart
im Erfassungsbereich des zugeordneten Sensors angeordnet sind. Anstelle
der Relativlage des Druckbildes zum Passstift wird die Relativlage
zum zweiten Messelement 5 bestimmt. In diesem Fall ist
keine Stanzung der Druckplatte 1 notwendig.
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Das
Verfahren zur Bestimmung der Position eines Druckbildes auf einem
Plattenzylinder einer Druckmaschine mit einem optischen Sensor und
optisch erfassbaren Messelementen 4, 5 mit einer
Anordnung der Messelemente 4, 5 auf der Druckplatte 1 und
auf einem oder mehreren Passstiften 3 nutzt das erfindungsgemäße Messelement 4 zur
Grob- und Feinausrichtung der Druckplatte, indem die im Messelement 4 integrierten
groben Positionsmarkierungen (z. B. Passkreuze) für die Vorausrichtung
detektiert werden und die Feinausrichtung mit den Registerkorrektureinrichtungen
des Plattenzylinders auf der Basis der Bildanalyse der (Fein-)Linienstruktur erfolgt.
läuft mit
folgenden Schritten ab:
- 1. Aufziehen der Druckplatte 1 auf
den Plattenzylinder,
- 2. Grobmessung der Lage von Passkreuzen in den Messelementen 4, 5 mit
dem Sensor oder – anstelle
des Messelementes 4 – anderen
groben Strukturen mit bekannter Lage auf der Druckplatte und anschließende Vorausrichtung
der Druckplatte 1 auf der Basis der Groblagedaten und Spannen
der Druckplatte 1, (alternativ: mechanische Vorausrichtung
der Druckplatte 1 mit Hilfe einer vorhandenen Passstiftpositionierhilfe)
- 3. gemeinsame optische Erfassung des Messelements 4 auf
der Druckplatte 1 und des Messelements 5 auf dem
zugeordneten Passstift 3 oder auf der angrenzenden Plattenzylinderoberfläche,
- 4. Berechnung der Druckbildposition und des Druckbildabstandes
aus der Bildanalyse der vom Sensor erfassten Abbildungen der Messelemente 4, 5 und
den in der Einrichtung zur Positions- und Abstandsermittlung gespeicherten
Linienbreiten, -abständen
und -winkeln der Messelemente zur Ermittlung von Registerkorrekturwerten
für den Plattenzylinder.
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Vorteilhafterweise
kann auch das Messelement 5 auf dem Passstift 3 eine
Kodierung 10 enthalten, beispielsweise einen Kode, der
eine automatische Erkennung des Druckwerkes und der Sensorzuordnung
zur Vereinfachung der Parametrierung des Sensors und eines Sensorwechsels
ermöglicht.
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- 1
- Druckplatte
- 2
- Aussparung
- 3
- Passstift
- 4
- Messelement
auf Druckplatte
- 5
- Messelement
auf Passstift
- 6
- Parallelenschar
- 7
- Parallelenschar
- 8
- Zwischenraum
- 9
- schräge Linie
- 10
- Kodierung
- 11
- Sensorpixel
- 11.B
- Bild
einer Linie
- x
- Umfangskoordinate
- y
- Seitenkoordinate