DE102008058458A1

DE102008058458A1 - Verfahren zur Achskorrektur bei einer Verarbeitungsmaschine sowie Verarbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102008058458A1
Application number: DE102008058458A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schultze; Holger Schnabel; Joachim Thurner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-05-27
Also published as: US20110307082A1; WO2010057636A1; EP2358534B1; EP2358534A1; US8768491B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Achskorrektur bei einer Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer wellenlosen Druckmaschine, die wenigstens eine Achse zur Bearbeitung und/oder zum Transport eines Materials, wenigstens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bearbeitungsparameters (y) und wenigstens eine Reglereinrichtung zur Berechnung einer Reglerausgangsgröße (uR) für eine Achskorrektur der wenigstens einen Achse anhand des erfassten Bearbeitungsparameters (y) aufweist, wobei iterativ Vorsteuerausgangswerte (rf) zur Vorsteuerung der Achskorrektur während einer (n+1)-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse (110-115) anhand einer Beobachtung der Reglerausgangsgröße (uR) und/oder des Bearbeitungsparameters (y) während einer n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse (110-115) bestimmt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Verarbeitungsmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Achskorrektur bei einer Verarbeitungsmaschine sowie eine entsprechende Verarbeitungsmaschine, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Verarbeitungsmaschinen mit angetriebenen und nicht angetriebenen Achsen bzw. Walzen gerichtet. Die Erfindung ist insbesondere bei Druckmaschinen wie z. B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen sowie bei Verarbeitungsmaschinen wie z. B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen verwendbar. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
Stand der Technik
Bei Verarbeitungsmaschinen, insbesondere Druckmaschinen, wird Material in Bogenform oder Form einer Warenbahn entlang von angetriebenen Achsen (Transportachsen), wie z. B. Zugwalzen oder Vorschubwalzen, und nicht angetriebenen Achsen, wie z. B. Umlenk-, Leit- oder Kühlwalzen, bewegt. Das Material wird gleichzeitig mittels meist ebenfalls angetriebener Bearbeitungsachsen bearbeitet, bspw. bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw.
Die Bearbeitung und der Transport des Materials beeinflussen sowohl eine Bahnspannung als auch ein Bearbeitungsregister, bspw. ein Farb- oder Längsregister. Bei herkömmlichen Verarbeitungsmaschinen ist es daher üblich, das Verarbeitungsregister und/oder die Bahnspannung zu regeln. Bei Druckmaschinen werden bspw. Längs- und/oder Seitenregister geregelt, um ein optimales Druckergebnis zu erzielen.
Im Stand der Technik werden Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge nur in geringem Maße in die Bahnspannungsregelung und die Registerregelung einbezogen, bspw. mittels Berücksichtigung einer fest hinterlegten Hochlaufkurve der Bearbeitungsachsen oder mittels Berücksichtigung von fest hinterlegten konstanten Bahnspannungs-Sollwertänderungen.
Nachteilig an diesen Maßnahmen ist, dass bei Beschleunigungsvorgängen Fehler im Register und in der Bahnspannung nicht aufgrund des aktuellen, sondern nur aufgrund eines fest hinterlegten Beschleunigungswertes berücksichtigt werden, weshalb alle auftretenden Fehler als Regeldifferenz eines Bahnspannungs- oder eines Registerreglers ausgeregelt werden müssen.
In der DE 101 35 773 A1 wird eine Vorsteuerung für den Zeitpunkt eines Rollenwechsels beschrieben, wobei Parameter der neuen Rolle wie z. B. Feuchtigkeit, Dicke, Spannungs-Dehnungs-Charakteristik und Aufnahmevermögenvermögen für Feuchtigkeit berücksichtigt werden.
In der DE 10 2007 037 564 wird beschrieben, Vorsteuerwerte für die Registerregelung während einer Geschwindigkeitsänderung unter Berücksichtigung des Trägheitsmoments von nicht-angetriebenen Walzen zu bestimmen.
In der EP 0 709 184 A1 werden Vorsteuerwerte für unterschiedliche Druckgeschwindigkeiten durch Messfahrten ermittelt. Diese sind relativ zeitaufwendig und führen darüber hinaus zu Makulatur.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass die zugrunde liegenden Modelle, auf deren Grundlage aus den jeweilig zu berücksichtigen Parametern Vorsteuerwerte berechnet werden, die Realität nur unvollkommen abbilden und sich während der Bearbeitung außerdem die tatsächlichen Maschinen- und Materialdaten aufgrund von physikalischen Einflüssen wie z. B. Temperatur im Trockner, Umgebungstemperatur ändern, was zu weiteren Abweichungen führt. Auch wird beispielsweise kein dämpfungsabhängiger Anteil der Materialbahn, der besonders bei folienartigen Bedruckstoffen die Bahnspannung und das Register während Beschleunigungsphasen stark beeinflusst, berücksichtigt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Achskorrektur während einer Geschwindigkeitsänderung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Achskorrektur, eine Verarbeitungsmaschine, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Eine erfindungsgemäße Verarbeitungsmaschine, insbesondere eine wellenlosen Druckmaschine, weist wenigstens eine Achse zur Bearbeitung und/oder zum Transport eines Materials, wenigstens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Bearbeitungsparameters und wenigstens eine Reglereinrichtung zur Berechnung einer Reglerausgangsgröße bzw. Stellgröße für eine Achskorrektur der wenigstens einen Achse anhand des erfassten Bearbeitungsparameters auf. Bei dem erfassten Bearbeitungsparameter kann es sich insbesondere um eine Registerlage oder um eine Bahnspannung oder um die entsprechenden Abweichungen bzw. Fehler handeln, wobei dann im Falle eines erkannten Register- und/oder Bahnspannungsfehlers als Achskorrektur eine Register- und/oder Bahnspannungskorrektur durchgeführt wird. Die Reglereinrichtung ist dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, nämlich Vorsteuerausgangswerte zur Vorsteuerung der Achskorrektur während einer zweiten Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse anhand einer Beobachtung der Reglerausgangsgröße während einer ersten Rotationsgeschwindigkeitsänderung zu bestimmen. Das Verfahren wird iterativ durchgeführt. Da beim ersten Durchlauf des Verfahrens noch keine adaptierten Vorsteuerwerte vorliegen, können die zugehörigen Vorsteuerwerte (bzw. die später noch zu erläuternden Kompensationswerte) bspw. modellbasiert ermittelt oder aus einer abgespeicherten Rezeptur entnommen werden, wie es weiter unten beschrieben wird. Als Modell eignet sich bspw. eines der oben bei der Darstellung des Standes der Technik beschriebenen.
Zusätzlich ist es möglich, zweite Vorsteuerausgangswerte modellbasiert anhand bekannter Maschinen- bzw. Materialparameter zu bestimmen, die zusätzlich zu den Vorsteuerausgangswerte zur Vorsteuerung der Achskorrektur verwendet werden und bspw. in der Summe Gesamtvorsteuerausgangswerte bilden.
Obwohl nachfolgend die Erfindung im wesentlichen unter Bezugnahme auf die Beobachtung der Reglerausgangsgröße beschrieben wird, ist damit immer auch die Beobachtung des Bearbeitungsparameters gemeint. Beispielsweise wäre im Falle eines reinen P-Registerreglers die Reglerausgangsgröße proportional zum Registerfehler, weshalb in diesem Fall die Beobachtung des Registerfehlers gleichwertig mit der Beobachtung der Reglerausgangsgröße ist. Als Registerfehler wird zweckmäßigerweise der jeweilig an der Achse ermittelte Registerfehler beobachtet. Allgemein können Vorsteuerausgangswerte zur Vorsteuerung der Achskorrektur während einer nachfolgenden Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse auch anhand einer Beobachtung der Regelgröße (Rückführgröße) bzw. der Regelabweichung während einer vorherigen Rotationsgeschwindigkeitsänderung bestimmt werden.
Vorteilhafterweise erfolgt die Vorsteuerung aller betroffenen Achsen der Verarbeitungsmaschine. Insbesondere wird zur Regelung bzw. Einstellung der Bahnspannung in einem Bahnspannungsabschnitt eine Vorsteuerung der den Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstellen und zur Regelung bzw. Einstellung des Registers einer Bearbeitungsachse innerhalb eines Bahnspannungsabschnitts eine Vorsteuerung der Bearbeitungsachse und/oder der den Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstellen durchgeführt. Sorgen die Bearbeitungsachsen zugleich für den Transport des Materials und sind somit als Klemmstellen ausgebildet, wird zur Regelung bzw. Einstellung des Registers eine Vorsteuerung dieser Bearbeitungsachse selbst durchgeführt.
Typischerweise werden als Vorsteuerausgangswerte additive Winkel-Offsets, additive Geschwindigkeiten und/oder multiplikative Geschwindigkeitsfaktoren (sogenannter Feinabgleich, Getriebefaktoren) vorgesteuert.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße adaptive Vorsteuerung stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, da nun eine prädiktive Vorsteuerung der zu erwartenden Fehler bereitgestellt werden kann, statt auf einen bereits aufgetretenen Fehler reagieren zu müssen. Das adaptive Verfahren beobachtet iterativ die Reglerausgangsgröße und/oder den Bearbeitungsparameter während eines Beschleunigungsprozesses, um diese Ausgangsgröße bzw. den Bearbeitungsparameter dann im nachfolgenden, gleichartigen Beschleunigungsprozess als Vorsteuerausgangsgröße zu verwenden bzw. in diese einfließen zu lassen und damit das Auftreten von Achsabweichungen zu vermindern. Der Regler muss somit beim zweiten Durchlauf nur mehr kleinere Restabweichungen korrigieren, wobei die dazu notwendigen Reglerausgangsgrößen bzw. die dann ermittelten Bearbeitungsparameter wiederum verwendet werden, um die Vorsteuerung zu verbessern. Es ist sehr vorteilhaft, dass für dieses Verfahren keinerlei Maschinen- oder Materialparameter verwendet werden müssen. Die Erfindung ist somit universal einsetzbar. Es ist nicht nötig, Maschinen- und Materialdaten teilweise äußerst aufwendig zu ermitteln, die dennoch mit Fehlern behaftet sind oder sich während des Betriebs wieder ändern. Durch die Achskorrektur werden Register- und/oder Bahnspannungsänderungen während einer Beschleunigungs- oder Abbremsphase verringert, was sich unmittelbar in einer Reduzierung des Ausschusses, der sogenannten Makulatur, niederschlägt. Aufgrund der zusätzlichen Vorsteuerung können effektivere Regelstrategien entworfen werden, da eine größere Einflussnahme auf die Warenbahn möglich ist. Eine iterative Vorsteuerung unter Berücksichtigung der Reglerausgangsgröße bzw. eines Bearbeitungsparameters wird im bekannten Stand der Technik nicht eingesetzt. Daher können nur langsam verlaufende Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge durchgeführt werden. Darüber hinaus ist ein während dieser Phasen erzeugter Ausschuss in Kauf zu nehmen. Die Erfindung überwindet diese Nachteile.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine stärkere Entkopplung der Warenbahn bei Register- und/oder Bahnspannungsregelungen erreicht. Der stationäre und dynamische Fehler zwischen den einzelnen Verarbeitungs- bzw. Druckwerken nimmt ab. Darüber hinaus kann eine schnellere Ausregelung von Registerfehlern erfolgen. Die Rückwirkung einer Beschleunigungs- oder Abbremsphase auf den Bearbeitungsparameter (Bahnspannung bzw. Register) wird vermindert, was insbesondere schnellere bzw. dynamischere Beschleunigungs- oder Abbremsvorgänge möglich macht. Insgesamt wird Ausschuss bzw. Makulatur deutlich vermindert, was unter anderem zu einer Senkung der Produktionskosten führt.
Vorteilhafterweise werden die Vorsteuerausgangswerte in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit, bspw. einer Achsgeschwindigkeit (Rotation), einer Maschinengeschwindigkeit (Leitachse) und/oder von einer Beschleunigung (bspw. der wenigstens einen Achse und/oder der Maschine) bestimmt. Es bietet sich an, die Vorsteuerausgangswerte produktionsabhängig zu bestimmen, d. h. alle Maschinen- und Materialdaten bleiben im wesentlichen konstant bzw. bewegen sich nur innerhalb eines gewissen Rahmens. In diesem Fall nehmen im wesentlichen nur die aktuelle Geschwindigkeit und/oder die aktuelle Beschleunigung Einfluss auf den Bearbeitungsparameter während einer Rotationsgeschwindigkeitsänderungsphase. Das Verfahren kann somit auf sehr einfache Art implementiert werden. Die unvermeidbaren Änderungen der Maschinen- und Materialdaten werden durch das iterative Vorgehen weitestgehend kompensiert.
Die Vorsteuerung erfolgt somit vorteilhaft unter Berücksichtigung der momentanen Geschwindigkeit und/oder der momentanen Beschleunigung. Da der zu erwartende Fehler proportional zur auftretenden Geschwindigkeitsänderung, d. h. positive oder negative Beschleunigung, ist, wird diese Beschleunigung vorteilhaft ebenfalls bei der Vorsteuerung berücksichtigt. Erfolgt die Vorsteuerung unter Berücksichtigung einer Leitachsgeschwindigkeit, kann die Beschleunigung aus dieser Leitachse bspw. durch Zeitableitung bestimmt werden. Erfolgt die Vorsteuerung unter Berücksichtigung einer realen Geschwindigkeit einer Bearbeitungseinrichtung, bspw. einer Rotationsgeschwindigkeit, kann die Beschleunigung beispielsweise durch Ableitung bestimmter Geberwerte, beispielsweise zweimaliger Ableitung der Lagegeberwerte oder einmaliger Ableitung der Geschwindigkeitsgeberwerte bestimmt werden. Für die Lage- oder Geschwindigkeitsmessung kann beispielsweise auch eine Abtastung von auf der Warenbahn aufgedruckten Informationen wie z. B. Marken, Lochung usw. erfolgen. Ebenfalls ist die Bestimmung mittels eines Beschleunigungsgebers möglich. In Frage kommen weiterhin die Übertragung der Werte von der Maschinensteuerung zur Recheneinheit für die Bahnspannungsregelung bzw. Registerregelung z. B. mittels Feldbus-Kommunikation, wobei z. B. eine Soll-Position, Soll-Geschwindigkeit, Soll-Beschleunigung, Soll-Ruck, Ist-Position, Ist-Geschwindigkeit, Ist-Beschleunigung oder Ist-Ruck der Maschinen-Leitposition übertragen werden können. Besonders vorteilhaft ist eine Feldbuskommunikation, die als Echtzeitkommunikation ausgebildet ist und synchron Daten zwischen der Maschinensteuerung und der Bahnspannungs- bzw. Registerregelung austauscht. Derartige Feldbussysteme sind beispielsweise unter dem Namen SERCOS III, PROFINET oder Ethernet Powerlink bekannt. Auch ist eine Übertragung binärer Signale, die eine Geschwindigkeitsänderung anzeigen, von der Maschinensteuerung zur Recheneinheit für die Bahnspannungs- bzw. Registerregelung sowie die Kenntnis fest vorgegebener Rucke bzw. Beschleunigungswerte in der Recheneinheit für die Bahnspannungs- bzw. Registerregelung möglich. Schließlich kann eine Schätzung der Beschleunigung anhand weiterer Prozessgrößen wie z. B. der Antriebsmomente erfolgen.
In der Folge lassen sich vorteilhafterweise ein erster funktionaler Zusammenhang zwischen dem Vorsteuerausgangswert und der Geschwindigkeit und ein zweiter funktionaler Zusammenhang zwischen dem Vorsteuerausgangswert und der Beschleunigung ermitteln und angeben, in die jeweils ein Kompensationswert eingeht, der anhand der Beobachtung der Reglerausgangsgröße bzw. des Bearbeitungsparameters leicht bestimmt werden kann.
Der erste, von der Geschwindigkeit abhängige, Kompensationswert für die Vorsteuerung der Achskorrektur während des (n + 1)-ten Durchlaufs wird bevorzugterweise iterativ aus einem ersten Korrekturwert und dem ersten Kompensationswert des n-ten Durchlaufs, vorzugsweise als Summe, bestimmt.
Der zweite, von der Beschleunigung abhängige, Kompensationswert für die Vorsteuerung der Achskorrektur während des (n + 1)-ten Durchlaufs wird ebenso vorteilhaft iterativ aus einem zweiten Korrekturwert und dem zweiten Kompensationswert des n-ten Durchlaufs, vorzugsweise als Summe, bestimmt.
Die jeweiligen Korrekturwerte wiederum werden zweckmäßigerweise anhand der Reglerausgangsgrößen bzw. Bearbeitungsparameter bei bestimmten, ausgewählten Geschwindigkeiten während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung ermittelt. Der Abstand und die Anzahl der herangezogenen Geschwindigkeitswerte ist prinzipiell frei wählbar. Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, den ersten Korrekturwert als Differenz der Reglerausgangsgrößen bzw. Bearbeitungsparameter bei einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung zu bestimmen. Somit ist der erste Korrekturwert gemäß dieser Ausgestaltung besonders einfach zu berechnen. Es ist von Vorteil, wenn die erste Geschwindigkeit die Geschwindigkeit zu Beginn der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung und die zweite Geschwindigkeit die Geschwindigkeit am Ende der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung ist.
Es hat sich ebenso als zweckmäßig erwiesen, dass in den zweiten Korrekturwert vorteilhafterweise die Reglerausgangsgröße bzw. der Bearbeitungsparameter bei einer dritten Geschwindigkeit, die insbesondere der ersten Geschwindigkeit, d. h. insbesondere der Geschwindigkeit zu Beginn der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung, entsprechen kann, ein Beschleunigungswert während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung, für den vorzugsweise der Maximalwert der Beschleunigung verwendet wird, und eine differenzierte Reglerausgangsgröße, d. h. insbesondere ein Maximalwert der Ableitung, während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung eingehen.
Es ist von Vorteil, wenn in den ersten und/oder zweiten Korrekturwert noch ein Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 eingeht, um die Stärke der iterativen Anpassung der Korrektur zwischen den einzelnen Rotationsgeschwindigkeitsänderungen einzustellen. Dieser Gewichtungsfaktor kann auch während des Betriebes zwischen den Rotationsgeschwindigkeitsänderungen verändert werden, um beispielsweise bei größeren Reglerausgangsgrößen (oberhalb eines Schwellwerts) einen auftretenden Einschwingvorgang des iterativen Anpassungsprozesses durch größere Gewichtungsfaktoren bspw. > 0,5 zu beschleunigen und bei kleineren Reglerausgangsgrößen (unterhalb eines Schwellwerts) durch kleinere Gewichtungsfaktoren bspw. < 0,5 nur noch geringere Änderungen am Iterationsvorgang zuzulassen.
Auf diese Weise lassen sich besonders einfach Vorsteuerausgangsgrößen in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit und/oder einer Beschleunigung ermitteln, die letztendlich durch jeweils einen Kompensationswert charakterisiert werden. Zweckmäßigerweise werden der erste bzw. der zweite funktionale Zusammenhang in wenigstens zwei Abhängigkeitsbereiche unterteilt. Dabei wird der erste funktionale Zusammenhang in wenigstens zwei Geschwindigkeitsbereiche unterteilt und der zweite funktionale Zusammenhang in wenigstens zwei Beschleunigungsbereiche. Die Bereiche können in einfacher Weise dazu verwendet werden, um abschnittsweise verschiedene Abhängigkeiten zu definieren. Bspw. kann die Vorsteuerausgangsgröße in einem Bereich konstant sein, in einem anderen Bereich proportional zur momentanen Geschwindigkeit bzw. zur momentanen Beschleunigung und in einem wieder anderen Bereich eine andere Abhängigkeit, z. B. polynomisch, aufweisen. Die Kompensationswerte beschreiben in diesen Fällen bspw. die Konstante, den Proportionalitätsfaktor, einen Polynomfaktor usw.
Es bietet sich an, die einmal ermittelten Kompensationswerte produktionsabhängig im Sinne einer Rezeptur zu speichern, um diese auch nach Produktionswechseln zu einem späteren Zeitpunkt wieder verwenden zu können. Jede Rezeptur wird durch bestimmte, produktionsspezifische Parameter wie z. B. verwendete Maschine, verwendetes Material, verwendete Farben usw. gekennzeichnet.
Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Verarbeitungsmaschine, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Verarbeitungsmaschine, ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMS, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer als Druckmaschine ausgebildeten erfindungsgemäßen Verarbeitungsmaschine,
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises einer Bearbeitungsmaschine umfassend eine Vorsteuerung und
3 zeigt schematisch drei Verläufe von Registerfehlern während aufeinanderfolgender. Beschleunigungsphasen einer Druckmaschine.
In 1 ist eine als Druckmaschine ausgestaltete Verarbeitungsmaschine insgesamt mit 100 bezeichnet. Ein Bedruckmaterial, beispielsweise Papier 101, wird der Maschine über ein Einzugswerk (Infeed) 110 zugeführt. Das Papier 101 wird durch als Druckwerke 111, 112, 113, 114 ausgebildete Bearbeitungseinrichtungen geführt und bedruckt und durch ein Auszugswerk (Outfeed) 115 wieder ausgegeben. Die Ein-, Auszugs- und Druckwerke sind positionierbar, insbesondere zylinder- bzw. winkelkorrigierbar, angeordnet. Die Druckwerke 111 bis 114 liegen in einem bahnspannungsgeregelten Bereich zwischen dem Einzugswerk 110 und dem Auszugswerk 115.
Die Druckwerke 111 bis 114 weisen jeweils einen Druckzylinder 111' bis 114' auf, gegen den jeweils ein Presseur 111'' bis 114'' mit starkem Druck angestellt ist. Die Druckzylinder sind einzeln und unabhängig antreibbar. Die zugehörigen Antriebe 111''' bis 114''' sind schematisch dargestellt. Die Presseure sind frei drehbar ausgebildet. Die Druckwerke 111 bis 114 bilden jeweils zusammen mit dem durchlaufenden Papier 101 eine reibschlüssig verbundene Einheit (Klemmstelle). Die Antriebe der einzelnen Werke sind über eine Datenverbindung 151 mit einer Steuerung 150 verbunden. Weiterhin befinden sich zwischen den Druckwerken mehrere Sensoren 132, 133, 134 zur Erfassung von Registermarken, die ebenfalls mit der Steuerung 150 verbunden sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist nur ein Sensor 134 mit der Steuerung verbunden gezeigt. Die Steuerung 150 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
In den Bahnabschnitten zwischen den einzelnen Druckwerken 111 bis 114 wird das Papier 101 über nicht näher erläuterte Rollen geführt, die mit 102 bezeichnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Rollen mit Bezugszeichen 102 versehen. Es kann sich insbesondere um Umlenkrollen, Trocknungs-, Kühlungs-, oder Beschneideeinrichtungen usw. handeln.
Nachfolgend wird beschrieben, wie bei der dargestellten Druckmaschine eine Register- und/oder Bahnspannungsregelung durchgeführt wird. In den einzelnen Bahnabschnitten zwischen den Druckwerken 112 bis 114 sind die Sensoren 132, 133, 134 angeordnet, die die Registerlage der Warenbahn 101 bestimmen und dazu bspw. als Markenleser ausgebildet sind. Beim Durchlauf der Warenbahn 101, z. B. Papier, wird jeweils von einem Markenleser erfasst, wann eine Druckmarke (nicht gezeigt), die vorzugsweise vom ersten Druckwerk 111 aufgebracht wird, den Markenleser erreicht. Der Messwert wird einer Einrichtung zur Registerregelung (Registerregler) zugeführt. Anschließend wird die Position des entsprechenden Druckzylinders 112' bis 114' festgestellt und dieser Messwert ebenfalls dem Registerregler zugeführt. Daraus kann eine jeweilige Registerabweichung berechnet werden (Bahn/Zylinder-Korrektur). Die festgestellten Registerabweichungen werden zur Positionierung der Druckwerke 112 bis 114 und bevorzugterweise auch für die Positionierung des Einzugswerks 110 und des Auszugswerks 115 verwendet.
Alternativ kann der Markenleser Positionen bzw. Markenabstände aller zuvor aufgebrachten Registermarken vermessen und der Einrichtung zur Registerregelung zuführen. Daraus kann eine jeweilige Registerabweichung zwischen aufgebrachten Registermarken berechnet werden (Bahn/Bahn-Korrektur) und zur Positionierung der Druckwerk 111 bis 114 und bevorzugterweise auch für die Positionierung des Einzugswerks 110 und des Auszugswerks 115 verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich ist die Bahn vorzugsweise zwischen dem Einzugswerk 110 und dem ersten Druckwerk 111 mit einem ersten Sensor und zwischen dem letzten Druckwerk 114 und dem Auszugswerk 115 mit einem zweiten Sensor versehen, die als Bahnspannungssensoren ausgeführt sind. Von den Sensoren (nicht gezeigt) erfasste Bahnspannungswerte werden einer Einrichtung zur Bahntransportregelung (Zugregler) zugeführt. Der Zugregler steuert in Abhängigkeit von den Bahnspannungswerten die Antriebe 110''' und 115''' des Einzugswerks 110 und des Auszugswerks 115, sowie vorteilhafterweise die Antriebe 111''' bis 114''' der Druckwerke 111 bis 114. Es versteht sich, dass die bisher genannten Zugregler und Registerregler in einer gemeinsamen Recheneinheit 150, beispielsweise einem Computer, verkörpert sein können.
In 2 ist ein Regelkreis 200 dargestellt, der die Grundzüge der erfindungsgemäßen Regelung beschreibt. Dem Regelkreis kann beispielsweise eine Druckmaschine gemäß 1 zugrunde liegen. Der Regelkreis 200 umfasst ein Vergleichsglied 201, dem die Führungsgröße w sowie die Regelgröße y zugeführt werden. Die Führungsgröße w beschreibt im Falle einer Druckmaschine – abhängig von der gewählten Regelstrategie – beispielsweise eine Registerabweichung und ist in diesem Fall üblicherweise als ”0” vorgegeben. Die Regelgröße y liefert in diesem Fall den ermittelten Registerfehler. Das Vergleichsglied 201 berechnet daraus die Regeldifferenz e, die dem eigentlichen Regelglied 202 zugeführt wird.
Das Regelglied 202 berechnet abhängig von seiner Ausgestaltung, beispielsweise als PI-Glied, PT1-Glied usw. eine Reglerausgangsgröße u_R, die mit einer Vorsteuerausgangsgröße rf – im gezeigten Beispiel additivbeaufschlagt wird und schließlich als Stellgröße einer Regelstrecke G, die mit 204 bezeichnet ist, zugeführt wird. Bei einer Druckmaschine gemäß 1 wirkt die Stellgröße auf ein Druckwerk, um dessen Winkellage zu korrigieren. Es versteht sich, dass anstelle der abgebildeten additiven Vorsteuerung 203 ebenso eine multiplikative oder anders ausgestaltete Vorsteuerung verwendet werden kann.
Störungen d, die bei einer Registerregelung üblicherweise ausgeregelt werden sollen, gehen im gezeigten Beispiel ebenfalls additiv über ein Addierglied 205 in die Regelgröße y ein. Die Störgröße d bewirkt eine Veränderung der Regelgröße, die nicht gewünscht ist und kompensiert werden muss.
Anhand von 3 wird nun die Verminderung des Längsregisterfehlers bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei drei aufeinanderfolgenden Maschinenanlaufphasen beschrieben. In einem Diagramm 300 sind drei Registerabweichungs- bzw. Registerfehlerverläufe 301, 302 und 303, die den Registerfehler bzw. die Regelgröße y an einem ausgewählten Druckwerk, beispielsweise dem Druckwerk 112 gemäß 1, während dreier Maschinenanlaufphasen über die Zeit t darstellen. Der Registerfehler y ist in dem Diagramm 300 auf einer Ordinate 310 gegen die Zeit t auf einer Abszisse 311 aufgetragen. 3 zeigt die Registerfehlerverläufe in einem dynamischen Fall, wobei pro Durchlauf zwei Beschleunigungen des beteiligten Druckwerks stattfinden.
Die erste Beschleunigung startet beginnend mit dem Stillstand der Maschine etwa bei t = 18 s. Die Maschine wird dabei gleichmäßig auf eine erste Geschwindigkeit, in diesem Fall eine Bahngeschwindigkeit von 30 m/min beschleunigt, was bei etwa t = 30 s abgeschlossen ist. Es ist erkennbar, dass der durch diese Beschleunigung hervorgerufene Registerfehler des ersten Durchlaufs 301 bei etwa t = 20 s eine maximale Abweichung von 0,4 mm erreicht. Da eine zulässige Abweichung üblicherweise im Bereich von 0,1 mm liegt, wird hier bereits Ausschuss erzeugt.
Die Maschine hat nun eine sogenannte Einrichtgeschwindigkeit erreicht, in der die einzelnen Druckwerke üblicherweise vom Drucker eingerichtet werden. Der Einrichtvorgang ist bei etwa t = 80 s abgeschlossen, woraufhin anschließend die Maschine auf eine zweite Geschwindigkeit, in diesem Fall auf eine Warenbahngeschwindigkeit von 300 m/min beschleunigt wird, was bei etwa t = 110 s abgeschlossen ist. Man erkennt wiederum, dass der während der ersten Beschleunigungsphase auftretende Registerfehler 301 große Ausschläge nach oben und nach unten zeigt, die über die zulässige Grenze von 0,1 mm hinausgehen. Somit wird auch in dieser Phase Makulatur erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Reglerausgangsgröße im Beschleunigungsbereich zwischen t = 80 s und t = 110 s während des ersten Durchlaufs herangezogen, um Korrekturwerte zur Korrektur der geschwindigkeits- und beschleunigungsabhängigen Kompensationswerte für diesen Geschwindigkeitsbereich von 30 bis 300 m/min bestimmen. Gemäß einer anderen, nicht gezeigten Ausgestaltung kann auch der Registerfehler bzw. die Regelgröße y im Beschleunigungsbereich herangezogen werden, um die Korrekturwerte zu bestimmen.
Um gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung den ersten Korrekturwert ΔCP für den ersten, geschwindigkeitsabhängigen Kompensationswert CP für den Bereich von v₁ bis v₂ zu bestimmen, gilt: ΔCPn = uR(v2) – uR(v1)mit

ΔCP_n:: erster Korrekturwert, der aus dem n-ten Durchlauf ermittelt wird;
u_R(v₂):: Reglerausgangsgrößen bei einer zweiten Geschwindigkeit v₂;
u_R(v₁):: Reglerausgangsgrößen bei einer ersten Geschwindigkeit v₁;

Im betrachteten Beispiel berechnet sich der erste Korrekturwert zweckmäßigerweise als Differenz der Reglerausgangsgröße u_R zu dem Zeitpunkt, zu dem die Endgeschwindigkeit erreicht ist (im Beispiel 300 m/min) und dem Wert der Reglerausgangsgröße zu dem Zeitpunkt, zu dem die Beschleunigungsphase begonnen wird (im Beispiel 30 m/min).
Der auf diese Weise erhaltene Korrekturwert wird zu dem bestehenden Kompensationswert addiert, um den Kompensationswert für den nachfolgenden Durchlauf zu erhalten.
Allgemein gilt wieder: CPn+1 = CPn + ΔCPn mit

CP_n:: erster Kompensationswert während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung;
ΔCP_n:: erster Korrekturwert, der basierend auf der Beobachtung der Reglerausgangsgröße während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung bestimmt wird.

Mit Hilfe dieses neuen Kompensationswertes CP₂ wird eine Vorsteuerung während des zweiten Durchlaufs 302 vorgenommen. Es ist deutlich erkennbar, dass der auftretende Registerfehler signifikant vermindert ist und im gesamten Beschleunigungsbereich unter der Makulaturgrenze von 0,1 mm liegt.
In einer besonderen Ausgestaltung kann der Korrekturwert ΔCP des Kompensationswertes CP mit einem Gewichtungsfaktor μ_n versehen werden, um die Änderungen der Kompensation bei aufeinanderfolgenden Rotationsgeschwindigkeitsänderungen beeinflussen zu können, d. h. CP_n+1 = CP_n + μ_n·ΔCP_n
Die Vorsteuerausgangsgröße rf selbst berechnet sich für den betrachteten Geschwindigkeitsbereich von v₁ = 30 m/min bis v₂ = 300 m/min auf einfache Weise zu:
mit

v:: Momentangeschwindigkeit

Hier ist eine Definition der Vorsteuerausgangsgröße rf für ein Intervall der Geschwindigkeit angeben. Für andere Intervalle können andere Zusammenhänge vorteilhaft sein. Beispielsweise wäre im vorliegenden Fall für die angrenzenden Bereiche eine konstante Vorsteuerung zweckmäßig, die stetig in die proportionale Vorsteuerung übergeht:
Mit den im zweiten Durchlauf erhaltenen Reglerausgangsgrößen u_R kann wiederum ein Korrekturwert ΔCP₂ zur Korrektur des Kompensationswertes CP₂ ermittelt werden, wobei der daraus erhaltene Kompensationswert CP₃ zur Vorsteuerung für den dritten Durchlauf verwendet wird. Der zugehörige Registerfehlerverlauf ist mit 303 bezeichnet und weist wiederum kleinere Werte auf die Verläufe 301 und 302 auf.
Vorzugsweise werden gleichzeitig auch beschleunigungsabhängige Vorsteuerausgangsgrößen rf bestimmt, die zu den geschwindigkeitsabhängigen Vorsteuerausgangsgrößen rf addiert werden. Dabei hat sich die Verwendung der nachfolgenden Zusammenhänge als zweckmäßig erwiesen:
mit

ΔCA_n:: zweiter Korrekturwert, der aus dem n-ten Durchlauf ermittelt wird;
μ_A:: Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1;
u*_R:: maximale Reglerausgangsgröße während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung [zwischen v₃ und dem Ende der Beschleunigungs- oder Abbremsphase];
u_R(v₃):: Reglerausgangsgrößen bei einer dritten Geschwindigkeit v₃ (hier 30 m/min);
a*:: maximale Beschleunigung während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung [zwischen v₃ und dem Ende der Beschleunigungs- oder Abbremsphase];

Der zweite Kompensationswert berechnet sich zu: CAn+1 = CAn + ΔCAn.
Der zweite funktionale Zusammenhang ist geben als: (rf)n+1 = a·CAn+1 mit

a:: Momentanbeschleunigung

Auch der Gewichtungsfaktor μ_A kann zwischen Beschleunigungsphasen verändert werden, um die Änderungen des zweiten Kompensationswertes bei aufeinanderfolgenden Rotationsgeschwindigkeitsänderungen beeinflussen zu können.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit möglich, Registerfehler und/oder Bahnspannungsabweichungen während einer Beschleunigungs- oder Abbremsphase von Bearbeitungsmaschinen iterativ zu verringern, so dass bereits nach wenigen Durchläufen das Auftreten von Makulatur nahezu vermieden werden kann. Vorteilhafterweise sind zur Durchführung des Verfahrens keinerlei Maschinen- und/oder Materialparameterkenntnisse nötig.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Insbesondere wurde in der Figur nur eine Ausführungsform des Verfahrens beschrieben, in der die Reglerausgangsgröße beobachtet wird. Daneben sind andere Ausführungsformen ebenfalls bevorzugt, in denen die Regelgröße, die Regelabweichung und/oder der Bearbeitungsparameter, bspw. eine Register- oder Bahnspannungsabweichung, beobachtet werden.

100: Druckmaschine
101: Papierbahn
110: Einzugswerk
111–114: Druckwerk
111'–114': Druckzylinder
111''–114'': Presseur
111'''–114''': Antrieb
115: Auszugswerk
132, 133, 134: Registermarkensensor
150: Steuerung
151: Datenverbindung
200: Regelkreis
201: Vergleichsglied
202: Regelglied
203, 205: Addierglied
204: Regelstrecke
300: Diagramm
301, 302, 303: Registerfehlerverlauf
310: Ordinate
311: Abszisse

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

- DE 10135773 A1 [0007]
- DE 102007037564 [0008]
- EP 0709184 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Achskorrektur bei einer Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer wellenlosen Druckmaschine (100), die wenigstens eine Achse (110–115) zur Bearbeitung und/oder zum Transport eines Materials (101), wenigstens eine Erfassungseinrichtung (132–134) zur Erfassung eines Bearbeitungsparameters (y) und wenigstens eine Reglereinrichtung (150) zur Berechnung einer Reglerausgangsgröße (u_R) für eine Achskorrektur der wenigstens einen Achse (110–115) anhand der erfassten Bearbeitungsparameters (y) aufweist, wobei das Verfahren iterativ durchgeführt wird, so dass Vorsteuerausgangswerte (rf) zur Vorsteuerung der Achskorrektur während einer (n + 1)-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse (110–115) anhand einer Beobachtung der Reglerausgangsgröße (u_R) und/oder des Bearbeitungsparameters (y) während einer n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung der wenigstens einen Achse (110–115) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorsteuerausgangswerte (rf) in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit (Rotationsgeschwindigkeit der wenigstens einen Achse (110–115) und/oder Maschine oder Maschinengeschwindigkeit (Leitachse)) ep und/oder von einer Beschleunigung anhand der Beobachtung der Reglerausgangsgröße (u_R) bzw. des Bearbeitungsparameters (y) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei anhand der Beobachtung der Reglerausgangsgröße (u_R) bzw. des Bearbeitungsparameters (y) ein erster Kompensationswert bestimmt wird, der in einen ersten funktionalen Zusammenhang zwischen dem Vorsteuerausgangswert (rf) und der Geschwindigkeit eingeht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Kompensationswert, der in die Vorsteuerung der Achskorrektur während der (n + 1)-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung eingeht, aus einem ersten Korrekturwert und dem ersten Kompensationswert, der in die Vorsteuerung der Achskorrektur während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung eingeht, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste Korrekturwert die Differenz der Reglerausgangsgrößen (u_R) bzw. der Bearbeitungsparameter (y) bei einer ersten und einer zweiten Geschwindigkeit während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei anhand der Beobachtung der Reglerausgangsgröße (u_R) bzw. des Bearbeitungsparameters (y) ein zweiter Kompensationswert bestimmt wird, der in einen zweiten funktionalen Zusammenhang zwischen dem Vorsteuerausgangswert (rf) und der Beschleunigung eingeht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Kompensationswert, der in die Vorsteuerung der Achskorrektur während der (n + 1)-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung eingeht, aus einem zweiten Korrekturwert und dem zweiten Kompensationswert, der in die Vorsteuerung der Achskorrektur während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung eingeht, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei in den zweiten Korrekturwert eingehen: die Reglerausgangsgröße (u_R) bzw. der Bearbeitungsparameters (y) bei einer dritten Geschwindigkeit während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung, ein Beschleunigungswert während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung und eine differenzierte Reglerausgangsgröße bzw. ein differenzierter Bearbeitungsparameter (y) während der n-ten Rotationsgeschwindigkeitsänderung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der erste bzw. der zweite funktionale Zusammenhang in wenigstens zwei Abhängigkeitsbereiche unterteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der erste bzw. der zweite Kompensationswert in einer Rezeptur gespeichert werden und bei einem erneuten Durchführen des Verfahrens die gespeicherten Kompensationswerte zur Bestimmung der Vorsteuerausgangswerte (rf) während der ersten Rotationsgeschwindigkeitsänderung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei der erste bzw. der zweite Kompensationswert zur Bestimmung der Vorsteuerausgangswerte (rf) während der ersten Rotationsgeschwindigkeitsänderung modellbasiert anhand bekannter Maschinen- bzw. Materialparameter bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zweite Vorsteuerausgangswerte modellbasiert anhand bekannter Maschinen- bzw. Materialparameter bestimmt werden, die zusätzlich zu den Vorsteuerausgangswerte (rf) zur Vorsteuerung der Achskorrektur verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Achskorrektur zur Korrektur eines Registers durchgeführt wird.
Verarbeitungsmaschine, insbesondere einer wellenlosen Druckmaschine, mit wenigstens einer Achse (110–115) zur Bearbeitung und/oder zum Transport eines Materials (101), wenigstens einer Erfassungseinrichtung (132–134) zur Erfassung eines Bearbeitungsparameters (y) und wenigstens einer Reglereinrichtung (150) zur Berechnung einer Reglerausgangsgröße (u_R) für eine Achskorrektur der wenigstens einen Achse (110–115) anhand der erfassten Bearbeitungsparameters (y), wobei die Reglereinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (150), insbesondere in einer Verarbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 14, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit (150), insbesondere in einer Verarbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 14, ausgeführt wird.