-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
der Lage von Materialbahnen bzw. -strängen bei Druckmaschinen.
Die Maschine ist vorzugsweise eine Rollenrotationsdruckmaschine,
bevorzugt für den Offsetdruck, insbesondere Nassoffset.
Es kann sich um eine Akzidenzdruckmaschine, oder bevorzugter um
eine Zeitungsdruckmaschine für große Auflagen
handeln.
-
In
einer Druckmaschine können seitliche Verschiebungen einer
Materialbahn in Rotationen vor, während und nach dem Zusammenlauf
der Stränge zu Strangbündeln vorkommen. Mögliche Gründe
dafür sind die Papierqualität, Geschwindigkeitsanderungen,
Bahnzug und Bahndehnungen, Registerverstellungen, mechanische Ausrichtung
der Papierleitelemente, Papierwege, Umlenkungen usw. Die Verschiebungen
kommen vor allem in Bereichen vor, bei denen die Stränge
oder Strangbündel nicht geklemmt und geführt werden.
-
Nach
dem Fächer werden die einzelnen Stränge auf der
Trichtersammel- und -einlaufwalze so zusammengeführt, dass
sie übereinander zu liegen kommen. In manchen Anlagen kann
der Längsschnitt der Materialbahn erst auf der Trichtersammel- und
-einlaufwalze erfolgen. In vielen Anlagen erfolgt der Längsschnitt
vor dem Wendemodul.
-
Über
dem Trichter bis zur nächsten Lenkwalze und/oder Zugwalze
ist das Strangbündel nicht geführt. Bei Broadsheetprodukten
sind die Bündel durch den sich bildenden Falz auf dem Trichter schwach
geführt. Bei Tabloidprodukten wird die Bahnführung über
dem Trichter um 90 Grad gedreht, ohne dass ein Längsfalz
entsteht. Insbesondere bei Tabloidprodukten können sich
daher einzelne Stränge im Strangbündel seitlich
verschieben. Verschiebungen der Stränge über den
Trichtern in den Strangbündeln sind bei Tabloidprodukten
mit so genanntem falschen Panorama besonders störend. Strangverschiebungen
sind von der Entstehung der Stränge durch den Längsschnitt
der Materialbahn bis zum fertigen Produkt prinzipiell möglich.
-
Im
Stand der Technik sind Systeme zur Bestimmung der seitlichen Lage
und Lage des Druckbildes zum Querschnitt und Längsschnitt
einer Materialbahn schon lange bekannt. Solche Systeme benötigen
spezielle Marken oder verwenden das gedruckte Bild, um die seitliche
Position des gedruckten Bildes auf der Materialbahn und die Position
des gedruckten Bildes zum Produktschnitt im Falzturm zu bestimmen.
Für die Bestimmung der seitlichen Lage einer Materialbahn
werden auch Sensoren eingesetzt, die dazu geeignet sind, die Materialbahnkanten zu
erfassen.
-
Die
bei bekannten Systemen verwendeten Mess- und Erfassungstechniken
können jedoch nur die Lage einer Materialbahn erfassen
und die Erfassungsverfahren sind höchstens in der Lage,
in einer Ebene mehr als eine Materialbahn zu erfassen. Die Mehrbahnigkeit
wird dadurch erreicht, dass der Sensor beweglich angebracht wird
und verschoben werden kann. Es können aber mit einer Messvorrichtung aus
dem Stand der Technik nicht mehr als eine Bahn oder Strang gleichzeitig
erfasst und vermessen werden.
-
Bekannte
Verfahren zur Erfassung der seitlichen Lage einer Materialbahn haben
zudem den Nachteil, dass der Messort sehr früh im Druck-
bzw. Herstellungsprozess gewählt werden muss. Die Messorte
werden so gewählt, dass die Sensoren nahe den Positioniereinheiten
angeordnet sind und werden dort platziert, wo die Zugänglichkeit
zu jeder Materialbahn gewährleistet ist. Eine frühe
Messung und Erfassung der Materialbahnlage kann dazu führen,
dass Materialbahnverschiebungen, die später auftreten können,
nicht mehr erfasst und folglich nicht mehr automatisch korrigiert
werden können.
-
In
der
EP 1 521 715 B1 wird
eine Messvorrichtung zur Erfassung einer Materialbahn beschrieben.
Der Sensor ist parallel zur Materialbahnebene bewegbar und ist nach
dem Wendemodul für jede Materialbahnführung vorgesehen.
Die Lagen der Materialbahnen werden einzeln vor dem Trichter, bevor die
Materialbahnen aufeinander zu liegen kommen, gemessen.
-
In
der
EP 0 850 763 B1 wird
ein System zur Erfassung der Lage und Qualität eines Druckbildes auf
einer Materialbahn beschrieben, welches anhand optischer Mittel
Farbmarkierungen auf der Materialbahn aufnimmt. Für jede
Seite einer Materialbahn wird ein Sensor benötigt.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung,
- – eine
Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um die Lage von einzelnen
aufeinander liegenden Materialbahnen zu erfassen,
- – eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur von
erfassten Verschiebungen bereitzustellen.
-
Mindestens
eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch
1 bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.
Die untergeordneten Ansprüche definieren dabei bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung.
-
Zur
Erfassung von aufeinander liegenden Materialbahnen gemäß der
vorliegenden Erfindung kann ein optisches oder ein kapazitives Messsystem eingesetzt
werden.
-
Die
Messvorrichtung kann dabei zur Erfassung von Materialbahnlagen und
insbesondere seitlichen Lagen von Materialbahnen dienen. Die Materialbahnen
können am Messort in flächenmässigem Kontakt
zu anderen Bahnen stehen. Die Materialbahnen können am
Messort auch sehr dicht übereinander geführt sein,
so dass sie sich zum Teil berühren können. Denkbar
ist auch, dass mit dem gleichen Messverfahren weit auseinanderliegende
Materialbahnen gleichzeitig erfasst werden können. In einer anderen
Ausführungsform können die zu erfassenden Materialbahnen
jedoch auch zumindest teilweise in gleichen Ebenen verlaufen.
-
Die
erfindungsgemässe Messvorrichtung kann sich ein-, zwei-
und/oder dreidimensionaler Messtechniken bedienen. Solche Messtechniken sind
bekannt und werden in der Geometrieprüfung von Objekten
eingesetzt. Bekannte Techniken zur Geometrieprüfung beruhen
auf dem Grundprinzip der Triangulation, wie beispielsweise das Lichtschnittverfahren,
die flächenhafte strukturierte Beleuchtung und die Photogrammetrie.
Verwendet werden können dabei beispielsweise punkt-, linien-
oder flächenhaft messende Triangulationsverfahren.
-
Das
Messsystem kann beispielsweise das Lichtschnittverfahren auf Basis
des Triangulationsprinzips nutzen. Dabei wird ein gefächerter
Laserstrahl (Linienprojektor) auf das Messobjekt projiziert, wodurch
auf der Objektoberfläche eine scharfe Hell-Dunkel-Linie
erzeugt wird, deren Verlauf wiederum von einer Kamera aufgenommen
und mit speziellen Algorithmen automatisch ausgewertet werden kann.
-
Die
beispielsweise bei der vorliegenden Erfindung einsetzbare Triangulation
ist ein aktives Verfahren und nutzt eine Lichtquelle, zumeist einen
Laser, der die Materialbahnen beleuchtet, welche vermessen werden
sollen. Ein elektronischer Bildwandler, zumeist eine CCD- oder CMOS-Kamera
oder ein PSD, registriert das Streulicht. Bei Kenntnis der Strahlrichtung
und des Abstandes zwischen Kamera und Lichtquelle kann damit der
Abstand vom Objekt zur Kamera bestimmt werden. Die Verbindung Kamera-Lichtquelle
sowie die beiden Strahlen von und zum Objekt bilden hierbei ein
Dreieck, daher die Bezeichnung Triangulation. Wird das Verfahren
rasterartig oder kontinuierlich bewegt durchgeführt, kann das
Oberflächenrelief mit großer Genauigkeit, bei handelsüblichen
Sensoren bis zu 0,01 mm, bestimmt werden. Projiziert man ein Muster,
zum Beispiel eine Linie oder ein Streifenmuster, kann die Distanzinformation
zu allen Punkten des Musters mit einem einzigen Kamerabild berechnet
werden. Bei einer Linie spricht man auch von Lichtschnitt, Streifenmuster kommen
in der Streifenprojektion zum Einsatz.
-
Die
sich aus der erfindungsgemäßen Strangkantenerfassung
ergebenden Vorteile umfassen auch die Möglichkeit, dass
Kanten in einem Strangbündel, also wo mehrere Stränge
aufeinander zum Liegen kommen, vermessen werden können.
Auch ist dabei eine spätere Messung als bei bekannten Systemen
möglich und deshalb eine spätere und nachhaltige
Korrektur und Beeinflussung der seitlichen Stranglage möglich.
Auch sind weniger Sensoren bzw. Messsysteme als im bekannten Stand
der Technik nötig, um die Messungen durchzuführen. Auch
können Zusammenhänge und Abhängigkeiten in
Bezug auf Bahnspannungen und auf die Schnittlage verfolgt werden.
-
Als
Lichtquellen für eine Beleuchtungseinheit der Messvorrichtung
können beispielsweise Laser-, LED- oder LCD-Gitter-Projektoren
dienen. Das verwendete Licht kann punktförmig und/oder
linienförmig und/oder in Form eines bestimmten Musters
auf das zu messende Objekt projiziert werden. Die Lichtquellen können
dauerhaft oder pulsierend betrieben werden. Das reflektierte Licht
kann beispielsweise durch CCD-, CMOS-, PMD-Sensoren oder Photo dioden
erfasst werden. Es können pro Messung und/oder Messvorrichtung
ein oder mehrere Sensoren und/oder eine oder mehrere Lichtquellen
zum Einsatz kommen.
-
Zweidimensionale
Messverfahren aus der Bildverarbeitung ohne Triangulationsverfahren,
wie beispielsweise die Bildaufnahme mit nachträglicher Kantenextraktion
sind bei der vorliegenden Erfindung als Messverfahren jedoch auch
denkbar.
-
Bei
einem optischen Messverfahren kann es vorkommen, dass einzelne Materialbahnkanten durch
andere darüber liegende Materialbahnen abgedeckt werden.
Für die vorliegende Aufgabenstellung können deshalb
eine oder eine Mehrzahl von Messvorrichtungen und/oder Messungen
vorgesehen werden. Eine Messvorrichtung kann ein Profil einer Bündelkante
und/oder zwei Profile einer Bündelseite erfassen. In einer
anderen Ausführungsform ist es möglich, mit einer
Messvorrichtung Vor- und Rückseite einer Materialbündelkante
zu erfassen. In einer weiteren Ausführungsform lassen sich
alle vier Strangbündelprofile mit einer Messvorrichtung
erfassen. Die Erfassung von zwei Strangbündelkanten benachbarter
Bündel ist weiterhin auch denkbar.
-
Die
Messeinheit kann dabei fest an einem Maschinenelement montiert oder
beweglich positionierbar sein. Die Messeinheit kann in Zusammenhang
mit einem kinematischen Bewegungserfassungssystem zur Ortung der
genauen Messvorrichtungsposition verwendet werden.
-
Um
die Erfassung der Kanten zu vereinfachen, können die ebenen
Bündel schwach gebogen werden insbesondere, um die genaue
Erfassung von dünnen Materialbahnlagen, von denen unter
Umständen nur Bruchteile eines Millimeters an der Bündelkante
sichtbar sind, zu ermöglichen. Durch die Biegung der Bündel
wird erreicht, dass die einzelnen Materialbahnkanten im Bündel
besser sichtbar werden. Die Biegung der Bündel kann beispielsweise mechanisch
durch Umlenkbleche oder durch einen Luftstrom erfolgen. Die Biegung
des Bündels ist an jeder Stelle der Materialbahn denkbar
und kann beispielsweise bereits über dem Trichter erfolgen.
-
Eine
gleichzeitige und synchronisierte Aufnahme von mehreren Materialbündelkanten
durch die Messvorrichtung ist möglich, wobei eine der Geschwindigkeit
angepasste Abtastung der Materialbahnen ist für die Erfassung
von dynamischen Vorgängen von Vorteil ist. Das Messverfahren
kann dabei Informationen über die Lage der einzelnen Materialbahnen
zueinander liefern.
-
Durch
geeignete Markierung in der Nähe der Bündelführung
lässt sich eine in Bezug auf ein fixes oder bewegtes Maschinenelement
absolute Positionserfassung der einzelnen Strangkanten im Bündel realisieren.
Die Markierung kann dabei zwei oder dreidimensional sein. Die Markierung
kann dabei ferner nahe der Strang- bzw. Bündelmitte und/oder -kante
angebracht sein. Da durch das Messverfahren die absolute Position
der Strangkanten im Bündel in Bezug auf das Koordinatensystem
der Erfassungseinheit bestimmt wird, wird jedoch nicht zwingend eine
Markierung benötigt.
-
Denkbar
sind ferner Messvorrichtungen, bei denen die Erfassungseinheit in
einem festen geometrischen Bezug zur Beleuchtungseinheit steht und auch
Messvorrichtungen, bei denen die Erfassungseinheit und/oder Beleuchtungseinheit
in ihrer Lage positionierbar oder in ihrer Lage oder Ausrichtung veränderbar
ausgeführt sind. Durch eine optische Überwachung
der Strangkanten kann ferner auch eine Aussage in Bezug auf den
Zustand der Papierschneidmesser für den Längsschnitt
gemacht werden.
-
Mit
dem erfindungsgemäßen Messverfahren kann auch
die Papierbahnstärke bestimmt werden. Umgekehrt kann aus
den Planungs- und Produktionsdaten die Papierstärke und/oder
Grammatur dazu verwendet werden, die Messung zu verbessern.
-
Um
die Papierkanten besser unterscheiden zu können, ist das
stirnseitige Besprühen oder Bedrucken der Papier-Rollen
mit bestimmten Muster denkbar. Dadurch lassen sich beispielsweise
die äusseren Strangkanten durch die Messvorrichtung direkt
und eindeutig identifizieren, wobei die Markierung für
das menschliche Auge unsichtbar ausgeführt sein kann.
-
Die
Materialbahnen und insbesondere die Papierrollen können
aufgrund von Herstelltoleranzen unterschiedlich breit sein und können
im Verlauf der Verarbeitung ihre Breite leicht verändern
(Fan in/out). In ihrer Breite unterschiedliche Stränge
können dazu führen, dass andere schmalere Stränge
bzw. Strangkanten immer abgedeckt bleiben und für die optische Messung
verborgen bleiben.
-
Um
solche Probleme zu vermeiden, können Mittel vorgesehen
werden, um die Breite und Lage der Materialbahn vor und nach dem
Längsschnitt, zu bestimmen. Beispielhaft sind als mögliche
Messorte der Rollenkeller, Rollenwechsler, vor und nach der Rollenklebung,
vor oder nach den Druckeinheiten, vor oder nach dem Wendemodul und
jede beliebige Stelle im Verlauf des Druckprozesses oder seiner Vorbereitung
denkbar und/oder auch dazu, die Materialbahn auf die Schneidvorrichtung
und/oder die Schneidvorrichtung auf die Materialbahn auszurichten.
Die gewonnen Informationen können auch dazu verwendet werden,
die Stränge zum Trichter auszurichten oder die Trichter
auf die Stränge auszurichten.
-
Zur
genauen Bestimmung der Lage und der Breite einer Materialbahn können
fest angebrachte oder bewegliche Sensoren vorgesehen werden, welche
die Papierbahnkante, das bedruckte Bild oder bestimmte gedruckte
Marken erfassen. Die Sensoren können in einer Koordinatenrichtung
manuell oder automatisiert verschoben werden. Durch die mindestens
zweifache Positionserfassung an den seitlichen Kanten einer Materialbahn
kann die Breite der Materialbahn bestimmt werden.
-
Die
erfasste Druckbildposition kann dazu verwendet werden, die Druckposition
seitlich so wie in Längsrichtung zum Schnitt zu beeinflussen.
-
In
einer Ausführungsform können die gewonnen Abweichungen
bzw. Messwerte über Stranglagen dazu verwendet werden,
die Strangführung und somit die Position der Materialbahn
zu beeinflussen bzw. zu regeln. Geeignete Elemente hierfür
sind beispielsweise verstellbare Excenterwalzen, Parallelogramme,
Wendestangen, Papierrollenkanten oder ähnliche Vorrichtungen.
-
Materialbahnen,
die zu schwach gespannt sind, tendieren zu unruhigem Lauf. Zu stark
gespannte Materialbahnen tendieren zur Verschmälerung und weisen
ein unterschiedliches Verhalten auf. Falsch gespannte Stränge
können den Verlauf von darunter und darüberliegenden
Strängen im Bündel negativ beeinflussen. Es kann
deshalb vorgesehen sein, die Messresultate einem Bahnspannungsregler
zur Verfügung zu stellen. Da die Bahnspannung den Querschnitt
im Falzapparat zu beeinflussen vermag, können die Messresultate
einem Schnittlageregler zugeführt werden.
-
Wird
die Druckbildposition der Stränge erfasst, kann die Information
den Druckwerken zur Verfügung gestellt werden, um die geeignete
Druckbildposition zu stellen. Die von der Messvorrichtung erfassten
Bilder und/oder Messwerte können dazu verwendet werden,
die Stränge oder Bündel zu visualisieren. Umgekehrt
können Messwerte von anderen Erfassungs- und Messeinrichtungen
dazu verwendet werden, die Messung bzw. die Regelungen der Materialbahnen
zu beeinflussen.
-
Erhältlich
sind Sensoren, insbesondere CDD Kameras von beispielsweise Sick,
die gleichzeitig einen Lichtschnitt und ein Bild des Objektes erfassen können.
In diesem Speziellen Fall kann also die Kanten-Messung gleichzeitig
mit der Bilderfassung erfolgen. Ein Visualisierung der gemessenen
Strangkante und Bündel ist zeitecht („real time")
möglich. Mit einer normalen CCD lässt sich diese
Funktionalität auch realisieren, wenn auch vermutlich nicht
zeitecht sondern sequentiell.
-
Für
den falschen Panorama maßgebend ist die Lage der Papierbahn
und die Lage des Druckbildes auf dem Papier. Die Berücksichtigung
der Lage des Druckbildes wurde bereits erwähnt und berücksichtigt.
Vorzugsweise ermittelt die Messvorrichtung zusätzlich auch
die seitliche Lage des Druckbildes je Strang.
-
Dazu
werden mit der gleichen Messvorrichtung Bilder von zusammenlaufenden
Papierbahnen vorzugsweise zwischen Fächer und Trichtersammel und
-einlaufwalze aufgenommen. Die Messvorrichtung ist dabei so ausgerichtet,
dass die Strangkanten sicher ausgemessen werden und der Rand des
Satzspiegels jedes Stranges auf einem aufgenommenen Bild sichtbar
wird.
-
Die
Auswertung der Bildlage auf der Papierbahn erfolgt bilddatenbasiert
oder ohne Bilddaten mittels bedruckten Marken oder markenlos. Bilddatenbasiert
ohne Marken und markenbehaftet mit oder ohne Bilddaten liefern absolute
Referenz-Lagen und lassen sich direkt auswerten. Im Falle einer
Markenlosen Messung ohne Bilddaten kann durch z. B. Plausibil tätsprüfung,
Fuzyfizierung des Entscheides, Mehrfacherfassung, usw. und durch
adaptive und/oder wissensbasierte Systeme die Lage des Druckbildes
bestimmt werden. Auf diese Weise kann auf vorgelagerte Systeme verzichtet
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher
erläutert. Sie kann dabei beschriebene Merkmale einzeln
sowie in jedweder sinnvollen Kombination umfassen.
-
Dabei
zeigen:
-
1 ein
Bündel zu vier Strängen in einer ersten Anordnung
und schematisch die daraus resultierenden Messergebnisse,
-
2 ein
Bündel zu vier Strängen in einer zweiten Anordnung
und schematisch die daraus resultierenden Messergebnisse,
-
3 ein
Bündel zu vier Strängen in einer dritten Anordnung
und schematisch die daraus resultierenden Messergebnisse,
-
4 ein
Bündel zu vier Strängen in einer vierten Anordnung
und schematisch die daraus resultierenden Messergebnisse, wobei
die Strangkanten flächenmäßig vermessen
werden,
-
5 schematisch
den von einer Messvorrichtung ausgehenden Datenstrom, schematisch
neben der Messvorrichtung weitere gemessene Größen
und die dadurch beeinflussten Größen, und die beeinflussbaren
Einrichtungen bzw. Größen,
-
6 durch
Pfeile angegebene beispielhafte Messorte bei der vorliegenden Erfindung.
-
X0
stellt in den 1 bis 4 die Sollposition
aller Stränge (S), welche sich in Richtung des Pfeils (R)
bewegen, in Bezug auf ein beliebiges Koordinatensystem dar. In den
aufgeführten Figuren wird jeweils ein Bündel bestehend
aus vier Strängen (S) dargestellt. Die horizontale Linie
(B) quer zu den Strängen zeigt dabei in den 1 bis 3 den
Ort der Messung.
-
Die
zwei dünnen vertikalen Linien zeigen die Sollposition X0
(A) der Stränge einerseits und die Sichttrennung (D) von
linker Kante und rechter Kante einer Strangbündelseite
für die zweiseitige Auswertung der Messung. Zu beiden Seiten
des Bündels ist schematisch das Resultat der Messung (C)
als Messprofil dargestellt. Die Nummern im Messprofil entsprechen
dabei den Nummern der Strangkanten im Bild. Die Messprofile zu beiden
Seiten der Figuren lassen sich zu einem Profil zusammensetzen, wie
es eine einzige Messvorrichtung für eine Bündelseite und
zwei Bündelkanten liefern würde.
-
In 3 ist
ersichtlich, dass ein Strang (Kante 4) durch die gewählte
Betrachtungsrichtung auf einer Seite zunächst nicht erfasst
wird. Das Problem lasst sich durch weitere Messvorrichtungen auf
der gegenüberliegenden Bündelseite und/oder durch sukzessive
und/oder rekursive Korrektur der Stranglagen der sichtbaren Stränge
beheben.
-
Beispielhaft
soll ein Verfahren zur Fehlerkorrektur der Situation in 3 beschrieben
werden bei dem die Bündelkanten nur von einer Seite des
Bündels betrachtet werden.
- 1. Verschieben
von Kante 1 auf Position X0
- 2. Verschieben von Kante 2 auf Position X0
- 3. Verschieben von Kante 3 auf Position X0
- 4. Verschieben des zuvor verdeckten Stranges so, dass Kante
4 auf Position X0 zu liegen kommt.
-
In 4 ist
schematisch die flächenmässige Erfassung der Strangkanten
dargestellt. Durch die Erfassung der Kanten über eine gewisse
Breite oder an einer Mehrzahl von Stellen, kann der Winkel bzw. die
Schräge der Stränge (S) relativ zu anderen Strängen
(S) oder absolut in Bezug auf ein beliebiges Koordinatensystem bestimmt
werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1521715
B1 [0008]
- - EP 0850763 B1 [0009]