DE102010017004A1

DE102010017004A1 - Verfahren zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung und derart angesteuerte Bearbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE102010017004A1
Application number: DE102010017004A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Thiemann Peter
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-19
Also published as: US8911049B2; DE102010017004B4; WO2011144465A1; US20130050326A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren einer Vorrichtung zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung zum Bearbeiten einer Oberfläche eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes. Die Bearbeitung unterliegt einer Zeitverzögerung zwischen einer Ansteuerung der bearbeiteten Einrichtung und der Einwirkung der Bearbeitung auf dem Werkstück. Die Bewegung des Werkstückes wird mit einem Inkrementalgeber erfasst. Erfindungsgemäß werden in einem Zeitintervall, das der Verzögerung entspricht, die Anzahl der von Inkrementalgeber erzeugten Arbeitspulse gemessen. Entsprechend der Anzahl der gemessenen Arbeitspulse wird ein Steuerpuls zum Ansteuern der Bearbeitungseinrichtung früher ausgegeben, wodurch die Verzögerung bei der Bearbeitung kompensiert wird. Dieses Verfahren wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mittels zweier Schieberegister und einem Zwischenspeicherregister sehr einfach in einer Hardwareschaltung umgesetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung, welche die Oberfläche eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes in regelmäßigen Abständen bearbeitet, wobei zwischen einem Ansteuersignal der Bearbeitungseinrichtung und der Einwirkung der Bearbeitung auf der Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes eine vorbestimmte Zeitdauer vergeht.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers mittels eines Tintenstrahldruckkopfes. Ein Tintenstrahldruckkopf spritzt kleine Tröpfchen von Drucktinte in Richtung zum Aufzeichnungsträger ab. Diese Tintentröpfchen benötigen eine gewisse Zeitdauer, um auf dem Aufzeichnungsträger aufzutreffen. Dies ist die vorbestimmte Zeitdauer, die zwischen dem Ansteuersignal des Druckkopfes und der Einwirkung der Bearbeitung auf der Oberfläche, nämlich dem Auftreffen des Tintentröpfchens auf dem Aufzeichnungsträger vergeht.
In Verfahren, bei denen mehrere untergeordnete Abläufe ortsgetreu auf einem bahnförmigen Werkstück zu verzahnen sind, bewirken Anteile, die sich nicht entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes verändern oder verändern lassen, eine Phrasenverschiebung, die sich mit zunehmender Geschwindigkeit verändert. Dies führt zu einer Ortsabweichung und damit beispielsweise zu Positionierungs-, Passer- oder Montageabweichungen.
Beim Tintenstrahldruck wird der Tropfenschuss-Zeitpunkt mit der Bewegung des Aufzeichnungsträgers synchronisiert. Den ruhenden Aufzeichnungsträger trifft der Tropfen an einem bestimmten Ort der Bahn, wohingegen bei der maximalen Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers eine Abweichung entsprechend der Bahngeschwindigkeit eintritt. Diese Abweichung beträgt die Bahngeschwindigkeit multipliziert mit dem Abstand des Tintenstrahldruckkopfes, geteilt durch die Tropfengeschwindigkeit.
Ist die Geschwindigkeit konstant, ergibt sich ein konstanter Versatz, der statisch kompensiert werden kann. So können die Druckköpfe der einzelnen Farben entsprechen kompensiert angesteuert werden und es wird ein passergenaues Druckbild erzeugt. Wird jedoch in einer Beschleunigungs-Rampe gedruckt, so baut sich dieser Versatz von Null bis zu einem Maximum allmählich auf und bewirkt eine Verzerrung des Druckbildes. Die Druckköpfe der unterschiedlichen Farben sind an unterschiedlichen Orten angeordnet, sodass einzelne Bereiche des Druckbildes unterschiedlichen Verzerrungen bezüglich der unterschiedlichen Farbauszüge unterliegen. Hierdurch ergeben sich erhebliche Passerfehler, die die in der Praxis erlaubten Toleranzwerte weit überschreiten.
Bei herkömmlichen Druckvorrichtungen ist es daher meistens nicht möglich während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsphase einen Farbdruck durchzuführen.
Aus der US 6,361,137 B1 geht ein Verfahren zur Tintentropfen-Abfeuerungs-Zeitsteuerung für eine Tintenstrahl-Druckvorrichtung hervor. Bei diesem Verfahren wird der Druckkopf mittels eines Wagens über dem Aufzeichnungsträger bewegt. Da sich die Bewegung des Wagens mit der Bewegung der aus dem Druckkopf abgeschossenen Tinte überlagert, wird die Tinte nicht vertikal auf den Aufzeichnungsträger geschossen, sondern trifft unter einem Winkel auf den Aufzeichnungsträger auf, der von der Geschwindigkeit des Wagens abhängt. Auch wenn bei diesem Verfahren eine Kompensation der Bewegung des Druckkopfes erfolgt, unterscheidet sich die Problemstellung von dem oben erläuterten Problem, bei welchem eine Bearbeitungseinrichtung zur Bewegung eines bahnförmigen Werkstückes synchronisiert werden muss. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere Bearbeitungseinrichtungen auf unterschiedlichen Stellen des bahnförmigen Werkstückes einwirken.
Weiterhin ist in der nachveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2009 038 480 der Anmelderin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtasten einer Bahnbewegung zum Steuern eines Bearbeitungsprozesses offenbart, bei dem ein Inkrementalgeber zum Abtasten der Bahnbewegung verwendet wird. Bei einer an sich nicht vorgesehenen Rückwärtsbewegung der Materialbahn wird die Ausgabe der vom Inkrementalgeber erzeugten Signale unterdrückt und diese werden erst wieder ausgegeben, wenn auf die Rückwärtsbewegung eine Vorwärtsbewegung folgt, wobei der Weg der Vorwärtsbewegung dem Weg der zuvor ausgeführten Rückwärtsbewegung entspricht. Erst danach werden die Signale des Inkrementalgebers wieder als Steuersignale ausgegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung, welche an einem bewegenden bahnförmigen Werkstück die Oberfläche in regelmäßigen Abständen bearbeitet, wobei zwischen einem Ansteuersignal der Bearbeitungseinrichtung und der Einwirkung der Bearbeitung auf der Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes eine vorbestimmte Zeitdauer vergeht, und eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer solchen Bearbeitungseinrichtung zu schaffen, wobei möglichst einfach und zuverlässig die zur Einwirkung auf die Oberfläche notwendige Zeitdauer kompensiert werden soll.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung, welche die Oberfläche eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes in regelmäßigen Abständen bearbeitet, wobei zwischen einem Ansteuersignal der Bearbeitungseinrichtung und der Einwirkung der entsprechenden Bearbeitung auf der Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes eine vorbestimmte Zeitdauer vergeht, umfasst die folgenden Schritte:

– Abtasten der Bewegung des bahnförmigen Werkstückes mit einem Inkrementalgeber, der Arbeitspulse erzeugt, und Erzeugen von jeweils einem Steuerpuls, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitspulsen erzeugt wurde, die einem vorbestimmten Weg des bahnförmigen Werkstückes entsprechen, wobei dieser Weg den regelmäßigen Abständen zum Bearbeiten der Oberfläche des Werkstückes entspricht, so dass eine Folge von Steuerpulsen erzeugt wird,
– wiederholtes Erfassen der Anzahl von Arbeitspulsen in einem Zeitintervall, das der vorbestimmten Zeitdauer, mit welcher die Bearbeitungseinrichtung auf die Oberfläche des Werkstückes verzögert einwirkt, entspricht,
– Erzeugen eines Ansteuersignals, wobei zu jedem Steuersignal der Folge von Steuerpulsen jeweils ein Ansteuersignal erzeugt wird, und die Ansteuersignale entsprechend der Anzahl von Arbeitspulsen, die im vorhergehenden Zeitintervall erfasst worden sind, gegenüber dem korrespondierenden Steuerpuls zeitlich nach vorne versetzt werden, und
– Ausgeben der Ansteuersignale an die Bearbeitungseinrichtung.

Die Bewegung des bahnförmigen Werkstücke wird mit einem Inkrementalgeber abgetastet, der Arbeitspulse erzeugt. Anhand der Arbeitspulse wird jeweils ein Steuerpuls erzeugt, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitspulsen erzeugt wurde, die einem vorbestimmten Weg des bahnförmigen Werkstückes entspricht, der wiederum den regelmäßigen Abständen zum Bearbeiten der Oberfläche des Werkstückes entspricht. Dies bedeutet, dass die Steuerpulse in zeitlichen Abständen erzeugt werden, die das bahnförmige Werkstück benötigt, um einen solchen regelmäßigen Abstand zu durchlaufen zwischen welchen die Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes zu bearbeiten ist. In anderen Worten heißt dies, dass wenn das bahnförmige Werkstück jeweils einen Weg zurückgelegt hat, der dem regelmäßigen Abstand zweier aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgänge auf dem Werkstück entspricht, dann wird ein Steuerpuls erzeugt. Der zeitliche Abstand der Steuerpulse variiert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher das bahnförmige Werkstück bewegt wird. Bei einer geringeren Geschwindigkeit dauert es länger bis das bahnförmige Werkstück diesen regelmäßigen Abstand zurückgelegt hat, wohingegen bei einer höheren Geschwindigkeit der entsprechende zeitliche Abstand geringer ist. Die Ausgabe dieser Steuerpulse an die Bearbeitungseinrichtung zum Ansteuern der entsprechenden Bearbeitung wird jedoch erfindungsgemäß dadurch korrigiert, dass die Steuerpulse entsprechend der Anzahl an Arbeitspulsen, die innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer erfasst werden früher ausgegeben werden.
Durch die Verwendung eines Inkrementalgebers kann die Bewegung des bahnförmigen Werkstückes sehr einfach und präzise erfasst werden und es kann auch die vorbestimmte Zeitdauer, die notwendig ist, bis die Bearbeitungseinrichtung nach einer entsprechenden Ansteuerung auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkt, sehr einfach vorgegeben werden. Durch das Erfassen der Anzahl der Arbeitspulse innerhalb dieses Zeitintervalls wird somit dem Verfahren eine Größe bereitgestellt, die einerseits sehr einfach erfasst werden kann und andererseits sehr präzise den örtlichen Versatz der Einwirkung der Bearbeitungseinrichtung aufgrund der Verzögerung der Einwirkung wiedergibt. Somit wird durch das um die entsprechende Anzahl von Arbeitspulsen frühere Ausgeben der Steuerpulse die Verzögerung der Bearbeitung exakt kompensiert. Es ist somit möglich, mehrere Bearbeitungseinrichtungen mit diesem Verfahren anzusteuern, wobei bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des bahnförmigen Werkstückes die einzelnen Bearbeitungsvorgänge der einzelnen Bearbeitungseinrichtungen an exakt den gewünschten Orten auf dem Werkstück in regelmäßigen Abständen einwirken. Die Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinrichtung kann somit während der Beschleunigung oder während der Verzögerung des bahnförmigen Werkstückes erfolgen, ohne dass Positionierungs-, Passer- oder Montageabweichungen auftreten.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern einer Druckvorrichtung mit einem Tintenstrahldruckkopf verwendet. Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger sowohl während der Beschleunigungsphase als auch während der Verzögerungsphase bedruckt werden kann, ohne dass bei einem Mehrfarbendruck Passerabweichungen auftreten. Da sowohl beim Beschleunigen als auch beim Verzögern des Aufzeichnungsträgers der Druckvorgang ausgeführt werden kann, wird der Ausschuss im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erheblich reduziert. Weiterhin ist es möglich einen Druckvorgang im Bereich eines Druckbildes anzuhalten und wieder vorzusetzen, wobei das Druckbild kontinuierlich und korrekt gedruckt wird. Die gilt insbesondere in Verbindung mit dem eingangs erläuterten Verfahren nach der DE 10 2009 038 480 .
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren wird durch das Erzeugen von Synchronisationspulsen mit einem zeitlichen Abstand, der der vorbestimmten Zeitdauer entspricht, die zwischen dem Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung und der entsprechenden Bearbeitung auf der Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes vergeht, vorgegeben. Innerhalb dieser Zeitdauer bzw. diesem Zeitintervall wird die Anzahl der erzeugten Arbeitspulse erfasst.
Vorzugsweise wird die Anzahl von Arbeitpulsen, die zwischen den letzten Intervallen zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, mittels eines Mess-Schieberegisters gemessen. Das Mess-Schieberegister wird mit den Arbeitspulsen getaktet und beim Vorliegen eines Synchronisationspulses an einem Eingang des Mess-Schieberegisters wird ein Messpuls gesetzt, der bei jedem Arbeitstakt um eine Stelle verschoben wird. Beim nächsten Synchronisationspuls wird das im Mess-Schieberegister befindliche Bitmuster in ein Zwischenspeicherregister kopiert und der Inhalt des Mess-Schieberegisters gelöscht. Im Zwischenspeicherregister befindet sich somit ein Bitmuster, bei dem lediglich ein einziges Bit gesetzt ist, das dem Messpuls entspricht, wobei dieses Bit bzw. dieser Messpuls von der Eingangseite dieses Musters um eine bestimmte Anzahl von Stellen beabstandet ist, die der Anzahl der Arbeitstakte entspricht, die zwischen den beiden letzten aufeinander folgenden Synchronisationspulsen aufgetreten sind.
Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, die Anzahl der Arbeitspulse zwischen zwei Synchronisationspulsen auf andere Art und Weise zu messen. Beispielsweise kann ein entsprechender Zähler vorgesehen sein, wobei dann nach Ablauf des Zeitintervalls der Zählwert zwischengespeichert wird. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Intervall, das der vorgeschriebenen Zeitdauer entspricht, die die Bearbeitungseinrichtung zum Einwirken auf das Werkstück benötigt, durch andere Mittel als den Synchronisationspuls vorgegeben wird. Beispielsweise kann ein Timer entsprechend angesteuert werden, der einen Zähler zum Zählen der Arbeitspulse ansteuert.
Das frühere Ausgeben der Steuerpulse wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass alle Steuerpulse um eine vorbestimmte Anzahl Arbeitspulse abzüglich der Anzahl von Arbeitspulsen, die im letzen Intervall erzeugt worden sind, verzögert werden. Durch die Verzögerung aller Steuerpulse um eine vorbestimmte Anzahl Arbeitspulse, die einem vorbestimmten Weg auf dem Werkstück entsprechen, können die einzelnen Steuerpulse durch Verringerung der Verzögerung gegenüber ihrer regulären Position früher ausgegeben werden. Mit dieser Verzögerung lässt sich somit das zeitliche „Nachvornesetzen” der Steuerpulse einfach realisieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Verzögerung mittels eines Ausgabe-Schieberegisters ausgeführt, in das die einzelnen Steuerpulse mittels einer oder-Verknüpfung eingetragen werden, wobei sie an einer Stelle in das Ausgabe-Schieberegister eingetragen werden, die vom maximalen Abstand vom Ausgang abzüglich der Anzahl von Arbeitspulsen versetzt ist, die zwischen dem letzten Intervall erzeugt worden sind.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und insbesondere eine Druckvorrichtung. Die Vorrichtung weist vorzugsweise ein Mess-Schieberegister zum Messen der Anzahl von Arbeitspulsen, die im letzten Intervall zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, ein Zwischenspeicherregister, das den Inhalt des Mess-Schieberegisters zwischenspeichert, und ein Ausgabe-Schieberegister auf, mit welchem alle Steuerpulse um eine vorbestimmte Anzahl Arbeitspulse abzüglich der Anzahl von Arbeitspulsen, die im letzten Intervall zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, verzögert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Beabreitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch in einem Blockschaltbild, und
2 eine weitere Vorrichtung zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Blockschaltbild.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung 1. Mit der Bearbeitungseinrichtung 1 wird eine Oberfläche eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes 2 in regelmäßigen Abständen bearbeitet, Eine typische Bearbeitungseinrichtung ist ein Tintenstrahldruckkopf einer Druckvorrichtung. Mit diesem Druckkopf werden Tintentröpfchen auf eine Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers geschossen. Der Aufzeichnungsträger stellt das Werkstück 2 dar. In Hochleistungsdruckmaschinen ist der Aufzeichnungsträger in der Regel eine Papierbahn, die mit hoher Geschwindigkeit (z. B. 1,25 m/s) entlang dem Druckkopf 1 bewegt wird. Auf der Papierbahn sollen die einzelnen Tintentropfen in unterschiedlicher Größe in einem vorbestimmten Raster aufgetragen werden. Dies heißt, dass in Bewegungsrichtung 3 der Papierbahn 2 die Tintentropfen in einem regelmäßigen Abstand aufgetragen werden. Die Bearbeitungseinrichtung 1, der Tintenstrahldruckkopf, soll somit das Werkstück 2, die Papierbahn, in regelmäßigen Abständen bearbeiten.
Da ein jeder Tintentropfen eine vorbestimmte Zeitdauer benötigt, um von dem Tintenstrahldruckkopf 1 auf den Aufzeichnungsträger 2 zu gelangen, erfolgt die Bearbeitung des Aufzeichnungsträgers 2 bezüglich eines Ansteuersignals zum Ansteuern des Tintenstrahldruckkopfs 1 zeitlich um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert. Diese Zeitdauer ist die Tropfenflugzeit (t_flug), die sich aus dem Abstand zwischen dem Tintenstrahldruckkopf 1 und dem Aufzeichnungsträger 2 (s_flug) und der Geschwindigkeit des Tintentropfens (v_flug) berechnet. Diese Parameter variieren in Abhängigkeit von der verwendeten Tinte und insbesondere deren Viskosität, und von der Art des Aufzeichnungsträgers und der Anordnung des Tintenstrahldruckkopfes bezüglich des Aufzeichnungsträgers 2. Diese Parameter sind bekannt und erlauben die exakte Berechnung der Tropfenflugzeit. Die Tropfenfluggeschwindigkeit (v_flug) beträgt beispielsweise 5 m/s und der Abstand (s_flug) beträgt beispielsweise 1,5 mm, sodass sich eine Verzögerung von 0,3 ms ergibt.
Die Steuervorrichtung weist einen Verzögerungszeitgeber 4 auf, der ein um eine Verzögerungszeit Δt proportionales Ausgangssignal ausgibt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Verzögerungszeit Δt der Tropfenflugzeit (t_flug). Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Ausgangssignal des Verzögerungszeitgebers 4 ein digitales Signal, das einen die Verzögerungszeit Δt beschreibenden Zahlenwert ausgibt. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Verzögerungszeitgeber 4 ein analoges Signal ausgibt. Am Verzögerungszeitgeber 4 werden entsprechende Parameter der Bearbeitungseinrichtung 1 eingestellt, wie z. B. Tintenqualität, Papierqualität und/oder Abstand zwischen dem Tintenstrahldruckkopf und der Papierbahn, der Verzögerungszeitgeber 4 die Verzögerungszeit Δt berechnet und ausgibt.
Der Verzögerungszeitgeber 4 gibt die Verzögerungszeit Δt an einen Zähler 5 weiter. Der Zähler 5 ist mit einem Inkrementalgeber 6 verbunden, der zum Abtasten der Bewegung des bahnförmigen Werkstücks verwendet wird. Der Inkrementalgeber 6 ist beispielsweise mit einer Walze verbunden, auf welcher das bahnförmige Werkstück 2 aufliegt und die sich mit der Bewegung des Werkstücks 2 entsprechend mitbewegt. Der Inkrementalgeber 6 erzeugt Arbeitspulse, wobei jeweils ein Arbeitspuls erzeugt wird, wenn eine Welle des Inkrementalgebers 6 um einen vorbestimmten Drehwinkel gedreht wird. Der Drehwinkel entspricht einem bestimmten Weg des Werkstücks 2. Bei einem Prototypen der vorliegenden Erfindung beträgt der Weg des Werkstücks 2 zwischen zwei Arbeitspulsen 42,3 μm. Typische Werte für diese Ortsauflösung liegen im Bereich von 10 μm bis 100 μm und vorzugsweise im Bereich von 20 μm bis 60 μm.
Die Arbeitspulse werden vom Inkrementalgeber 6 dem Zähler 5 zugeführt. Der Zähler 5 zählt während des Zeitintervalls Δt jeweils die eingehenden Arbeitspulse. Nach Ablauf des Zeitintervalls wird der Zählerwert C an einen Subtrahierer 7 weiter gegeben und der Zähler beginnt von neuem die Arbeitspulse während eines neuen Zeitintervalls der Dauer Δt zu zählen.
Im Subtrahierer 7 wird der gezählte Wert C von einem voreingestellten Offsetwert Of abgezogen. Dieser voreingestellte Offsetwert entspricht einer maximalen Verzögerung. Das Ergebnis dieser Subtraktion ergibt einen Versatzwert V, der der maximalen Verzögerung verringert um den Zählwert C entspricht.
Weiterhin ist der Inkrementalgeber 6 mit einem Filter 8 verbunden, der an seiner Ausgangsseite nur jeden n-ten Arbeitspuls ausgibt. Diese Ausgangspulse an dem Filter 8 stellen Steuerpulse dar. Der Wert von n ist so gewählt, dass der Weg den das Werkstück 2 zwischen zwei Steuerpulsen zurück legt exakt dem regelmäßigen Abstand entspricht, mit welchen die Oberfläche des Werkstücks 2 zu bearbeiten ist. Somit werden vom Filter 8 Steuerpulse ausgegeben, die zum Ansteuern der Bearbeitungsrichtung 1 verwendet werden könnten, um die Bearbeitung der Oberfläche in dem vorgegebenen regelmäßigen Abstand sicherzustellen, wenn sich das Werkstück 2 mit konstanter Geschwindigkeit bewegen würde.
Da sich jedoch die Papierbahn 2 nicht immer mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, werden die vom Filter 8 ausgegebenen Steuerpulse zum Starten eines Abwärts-Zählers verwendet, in dem der vom Subtrahierer 7 ermittelte Versatzwert V eingetragen ist. Der Abwärtszähler 9 wird mit den Arbeitspulsen getaktet, sodass der Wert des Arbeitszählers mit jedem Arbeitspuls um eins verringert wird. Ist der Inhalt des Abwärtszählers 9 Null, dann wird vom Abwärtszähler ein Ansteuersignal an die Bearbeitungseinrichtung 1 ausgegeben. Hierdurch wird die Bearbeitung mittels der Bearbeitungseinrichtung 1 ausgelöst.
Da vom Filter 8 bereits weitere Steuerpulse ausgegeben werden können, bevor der Abwärtszähler 9 den Wert null erreicht hat, sind vorzugsweise mehrere Abwärtszähler 9 vorgesehen, die gleichzeitig in Betrieb sein können. Alle Abwärtszähler 9 werden mit den Arbeitspulsen getaktet. Jedes Mal wenn der Filter 8 einen Steuerpuls ausgibt, wird einer der Abwärtszähler 9 mit dem zuletzt vom Subtrahierer 7 berechneten Verzögerungswert V gestartet. Ein jeder Abwärtszähler 9 zählt die Zeitdauer, bis ein entsprechender Steuerpuls als Ansteuersignal an die Bearbeitungseinrichtung 1 ausgegeben wird. Somit entsprechen die mehreren Abwärtszähler einer Folge von Steuerpulsen, die aufeinanderfolgend als Ansteuersignale an die Bearbeitungseinrichtung ausgegeben werden.
Durch die Abwärtszähler 9 wird die Ausgabe bzw. Weiterleitung der Steuerpulse an die Bearbeitungseinrichtung 1 verzögert, da ein Ansteuersignal erst ausgegeben wird, wenn der Abwärtszähler 9 den jeweiligen Verzögerungswert V bis auf Null gezählt hat. Diese Verzögerung entspricht einer vorbestimmten Anzahl von Arbeitspulsen – dem Offsetwert – abzüglich des Zählwertes C des Zählers 5. Mit diesem Zählwert C werden die Anzahl der Arbeitspulse gezählt, die zwischen dem Intervall der zeitlichen Verzögerung der Bearbeitung des Werkstückes erzeugt werden. Diese Anzahl von Arbeitspulsen ist eine Größe für den Weg, den das Werkstück 2 während der Verzögerung der Bearbeitung zurücklegt. Da dieser Zählwert vom Offsetwert abgezogen wird, wird die Ausgabe des Steuerpulses an die Bearbeitungseinrichtung 1 bezüglich des Offsetwertes zeitlich nach vorne versetzt. Bei einer höheren Geschwindigkeit des Werkstückes 2 werden somit die Steuerpulse früher als bei geringerer Geschwindigkeit des Werkstücks 2 ausgegeben.
Dieses Verfahren lässt sich sehr einfach realisieren und arbeitet sehr exakt. Dies ermöglicht die Bearbeitung des Werkstücks auch während einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsphase des Werkstücks. Die regelmäßigen Abstände, mit welchen die Oberfläche des Werkstücks bearbeitet werden soll, werden exakt eingehalten.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel kann einfach durch entsprechende digitale Schaltungen oder auch durch ein auf einem Mikroprozessor ausführbares Computerprogramm realisiert werden.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung 1. Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet nach dem gleichen Funktionsprinzip wie das erste Ausführungsbeispiel, weshalb auch gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Diese Vorrichtung umfasst wiederum einen Inkrementalgeber 6, der an ein bahnförmiges Werkstück, insbesondere an eine Papierbahn 2 gekoppelt ist, um die Bewegung des Werkstücks 2 zu erfassen. Mit dieser Vorrichtung werden mehrere Bearbeitungseinrichtungen 1 angesteuert, die jeweils als Tintenstrahldruckköpfe ausgebildet sind und Tinte mit unterschiedlicher Farbe auf die in das Werkstück bildenden Aufzeichnungsträger 2 schießen. Der Inkrementalgeber 6 ist mit einer in der DE 10 2009 038 480 beschriebenen Schaltung verbunden. Der Inkrementalgeber 6 erzeugt zwei phasenversetzte Ausgangssignale, die einem Quadraturdekoder 10 zugeführt werden. Der Quadraturdekoder erzeugt zwei digitale Ausgangssignale mit jeweils zwei Signalpegeln, wobei eines der Signale nur bei einer Bewegung der Papierbahn in Vorwärtsrichtung 20 und das andere der Ausgangssignale nur bei einer entgegengesetzten Rückwärtsbewegung der Papierbahn 2 erzeugt wird. Jeder Wechsel zwischen den Signalpegeln entspricht einer Bahnbewegung um einen bestimmten Weg. Die beiden Signale können auch als Vorwärtssignal (up) und als Rückwärtssignal (dn) bezeichnet werden.
Eine Auswerteschaltung 11 erzeugt aus diesen beiden Signalen Arbeitspulse. Die Auswerteschaltung 11 weist einen ersten Zähler auf, der die Signalwechsel des Vorwärtssignals (up) zählt und hiervon die Signalwechsel des Ruckwärtssignals (dn) abzieht, und einen zweiten Zähler, der die Signalwechsel der Arbeitspulse zählt. Ein Vergleicher vergleicht die Werte des ersten und des zweiten Zählers miteinander und eine Sperreinrichtung gibt das Vorwärtssignal (up) bei gleichen Werten der beiden Zähler frei, sodass das Vorwärtssignal als Arbeitpuls ausgegeben wird., Bei unterschiedlichen Werten der beiden Zähler wird das Vorwärtssignal (up) gesperrt, sodass kein Arbeitspuls ausgegeben wird.
Diese Schaltung bewirkt, dass lediglich bei einer Vorwärtsbewegung des Werkstückes 2 Arbeitspulse von der Auswerteschaltung 11 ausgegeben werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einer unbeabsichtigten Rückwärtsbewegung des Werkstücks 2 keine unerwünschten Arbeitspulse erzeugt werden, die Fehler verursachen könnten. Diese Schaltung ist in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 038 480 genauer beschrieben, weshalb hierauf vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel weist wiederum eine Verzögerungszeitgeber 4 auf, der mit einem Pulsgeber 12 verbunden ist. Der Pulsgeber 12 erzeugt Synchronisationspulse 13, die jeweils um eine Verzögerungszeit (t_flug) voneinander beabstandet sind. Dieser Abstand der Synchronisationspulse 13 stellt somit eine andere Darstellungsform der Verzögerungszeit (t_flug) dar. Der Pulsgeber 12 kann somit als Bestandteil der Verzogerungszeitgebers 4 betrachtet werden.
Zum Messen der Anzahl der Arbeitspulse zwischen zwei Synchronisationspulsen 13 sind ein Mess-Schieberegister 14 und ein Zwischenspeicherregister 15 vorgesehen.
Das Mess-Schieberegister 14 wird mit den Arbeitspulsen getaktet. Das Mess-Schieberegister 14 weist einen Eingang auf, der mit einem Tor (Gate) verbunden ist. Dem Tor 16 wird sowohl das Signal der Synchronisationspulse 13 als auch das Signal der Arbeitspulse zugeführt. Wenn ein Synchronisationspuls am Tor 16 anliegt, dann wird das Tor freigeschaltet und der nächste Arbeitspuls wird am Tor 16 zum Eingang des Mess-Schieberegisters 14 durchgeleitet. Danach ist das Tor bis zum nächsten Synchronisationspuls wieder geschlossen. Dieser Arbeitspuls wird am Eingang in das Mess-Schieberegister 14 in dem Bitmuster an der äußersten linken Stelle als Messpuls eingetragen. Mit jedem Arbeitstakt wird das Bitmuster mit dem Messpuls im Mess-Schieberegister 14 um eine Stelle nach rechts verschoben.
Sowohl das Mess-Schieberegister 14 als auch das Zwischenspeicherregister 15 sind mit dem Signal der Synchronisationspulse 13 verbunden. Liegt ein Synchronisationspuls an diesen beiden Registern 14, 15 an, so liest das Zwischenspeicherregister 15 das Bitmuster des Mess-Schieberegisters 14 mit dem Messpuls aus und speichert es ab. Ein vorher im Zwischenspeicherregister 15 befindliches Bitmuster wird überschrieben. Das Mess-Schieberegister 14 wird somit parallel eingelesen. Nach dem Auslesen des Mess-Schieberegisters 14 wird der Inhalt des Mess-Schieberegisters gelöscht, um den nächsten Arbeitspuls einzulesen.
Durch das Tor 16 wird sichergestellt, dass das Einlesen eines Arbeitspulses mit kurzem zeitlichen Versatz zum Löschen des Mess-Schieberegisters 14 erfolgt.
Das im Zwischenspeicherregister 15 gespeicherte Bitmuster enthält lediglich ein einziges gesetztes Bit, den Messpuls, wobei der Messpuls sich an einer Stelle befindet, die vom linken Rand des Bitmusters um die Anzahl der Arbeitspulse zwischen den beiden letzten Synchronisationspulsen beabstandet ist. Dieser Abstand des gesetzten Bits vom linken Rand des Bitmusters gibt somit die Anzahl der zwischen den beiden letzten Synchronisationspulsen erzeugten Arbeitspulse wieder. Mit den beiden Registern 14, 15 kann somit wiederholt die Anzahl der Arbeitspulse zwischen den Synchronisationspulsen, d. h. innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer der Verzögerungszeit, gemessen werden und wird im Zwischenspeicherregister 15 bis zur nächsten Messung vorgehalten.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Ausgabe-Schieberegister 17, das genauso wie das Mess-Schieberegister 14 mittels der Arbeitspulse getaktet wird und ein darin erhaltenes Bitmuster bei jedem Arbeitspuls um eine Stelle nach rechts verschiebt. Das Ausgabe-Schieberegister 17 ist ein Register mit einem seriellen Ausgang 18, an dem jeweils das zuletzt vom äußersten rechten Rand des Bitmusters zum Ausgang geschobene Bit anlegt. Ein Eingang 19 des Ausgabe-Schieberegisters 17 ist mit einem Filter 8 verbunden, der genauso funktioniert wie der Filter 8 des ersten Ausführungsbeispieles und nur jeden n-ten Arbeitspuls als Steuerpuls durchlässt und an den Eingang 19 des Ausgabe-Schieberegisters 17 anlegt. Das Ausgabe-Schieberegister 17 ist derart mit dem Zwischenspeicherregister 15 verschaltet, dass das Bitmuster des Zwischenspeicherregisters 15 mit einer oder -Verknüpfung auf das Bitmuster des Ausgabe-Schieberegister 17 übertragen wird. Hierdurch wird das jeweils einzelne gesetzte Bit des Zwischenspeicherregisters 15 an die entsprechende Stelle des Ausgabe-Schieberegisters 17 geschrieben und die bereits vorhanden gesetzten Bits des Ausgabe-Schieberegisters 17 werden nicht verändert.
Liegt ein Steuerpuls am Eingang 19 des Ausgabe-Schieberegisters 17 an, so wird ein weiteres Bit im Ausgabe-Schieberegister 17 gesetzt, wobei dessen Position um die Anzahl der Arbeitspulse, die zwischen den beiden letzten Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, vom linken Rand des Bitmusters versetzt ist. Die einzelnen gesetzten Bits werden mit jedem Arbeitspuls im Ausgabe-Schieberegister 17 nach links verschoben und sukzessiv am Ausgang 18 ausgegeben und dort als Ansteuersignal zu einer oder mehreren der Bearbeitungseinrichtungen 1 weitergeleitet. Die einzelnen gesetzten Bits im Ausgabe-Schieberegister 17 stellen somit eine Folge von Steuerpulsen dar, die aufeinanderfolgend als Ansteuersignale an die Bearbeitungseinrichtung 1 ausgegeben werden.
Die Anzahl aller Stellen des Bitmusters des Ausgabe-Schieberegisters 17 entspricht dem Offsetwert Of des ersten Ausführungsbeispieles. Der Versatz des einzelnen im Zwischenspeicherregister 15 gesetzten Bits vom linken Rand des jeweiligen Bitmusters entspricht dem Zählerwert C des ersten Ausführungsbeispiels. Je schneller das Werkstück 2 bewegt wird, desto größer ist dieser Versatz und desto früher gelangt das jeweilige Bit zum Ausgang 18 des Ausgabe-Schieberegisters 17 und wird als Ansteuersignal ausgegeben.
Die in 2 gezeigte Schaltung ist eine sehr elegante und schnelle Hardwareschaltung, mit welcher mit geringem technischen Aufwand die Verzögerung in der Bearbeitung des Werkstückes durch die Bearbeitungseinrichtung derart korrigiert werden kann, dass die Bearbeitung sowohl während einer Beschleunigungs- als auch während einer Verzögerungsphase des Werkstückes 2 exakt auf dem Werkstück 2 positioniert ausgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Bearbeitungseinrichtung
2: Werkstück
3: Bewegungsrichtung
4: Verzögerungszeitgeber
5: Zähler
6: Inkrementalgeber
7: Subtrahierer
8: Filter
9: Abwärtszähler
10: Quadraturdekoder
11: Auswerteschaltung
12: Pulsgeber
13: Synchronisationspuls
14: Mess-Schieberegister
15: Zwischenspeicherregister
16: Tor
17: Ausgabe-Schieberegister
18: Ausgang
19: Eingang
20: Vorwärtsrichtung

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

US 6361137 B1 [0007]
DE 102009038480 [0008, 0015, 0038, 0040]

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Bearbeitungseinrichtung (1), welche eine Oberfläche eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes (2) in regelmäßigen Abständen bearbeitet, wobei zwischen einem Ansteuersignal der Bearbeitungseinrichtung (1) und der Einwirkung der Bearbeitung auf der Oberfläche des bahnförmigen Werkstückes (2) eine vorbestimmte Zeitdauer vergeht, umfassend die folgenden Schritte: – Abtasten der Bewegung des bahnförmigen Werkstückes (2) mit einem Inkrementalgeber (6), der Arbeitspulse erzeugt, und Erzeugen von jeweils einem Steuerpuls, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Arbeitspulsen erzeugt wurde, die einem vorbestimmten Weg des bahnförmigen Werkstückes (2) entspricht, wobei dieser Weg den regelmäßigen Abständen zum Bearbeiten der Oberfläche des Werkstückes entspricht, so dass eine Folge von Steuerpulsen erzeugt wird, – wiederholtes Erfassen der Anzahl von Arbeitspulsen in jeweils einem Zeitintervall, das der vorbestimmten Zeitdauer, mit welcher die Bearbeitungseinrichtung (1) auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkt, entspricht, – Erzeugen eines Ansteuersignals, wobei zu jedem Steuersignal der Folge von Steuerpulsen jeweils ein Ansteuersignal erzeugt wird, und die Ansteuersignale entsprechend der Anzahl von Arbeitspulsen, die im vorhergehenden Zeitintervall erfasst worden sind, gegenüber dem korrespondierenden Steuerpuls zeitlich nach vorne versetzt werden, und – Ausgeben der Ansteuersignale an die Bearbeitungseinrichtung (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Zeitintervall, das der vorbestimmten Zeitdauer, mit welcher die Bearbeitungseinrichtung (1) auf die Oberfläche des Werkstückes (2) einwirkt, entspricht, durch Synchronisationspulse mit einem entsprechenden zeitlichen Abstand, vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Arbeitspulsen, die zwischen dem letzten Intervall zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, mittels eines Mess-Schieberegisters (14) gemessen wird, wobei das Mess-Schieberregister (14) mit den Arbeitspulsen getaktet wird, und beim Vorliegen eines Synchronisationspulses an einem Eingang des Mess-Schieberregisters (14) ein Messpuls gesetzt wird, der bei jedem Arbeitstakt um eine Stelle verschoben wird, wobei beim nächsten Synchronisationspuls das im Mess-Schieberegister (14) befindliche Bitmuster in ein Zwischenspeicherregister (15) kopiert wird, und der Inhalt des Mess-Schieberegister (14) gelöscht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bearbeitungseinrichtung (1) ein Druckkopf einer Druckvorrichtung und als Werkstück (2) ein zu bedruckender Aufzeichnungsträger (2) verwendet wird, wobei der Druckkopf vorzugsweise ein Tintenstrahldruckkopf ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das frühere Ausgeben der Steuerpulse derart ausgeführt wird, dass alle Steuerpulse um eine vorbestimmte Anzahl Arbeitspulse abzüglich der Anzahl von Arbeitspulsen, die zwischen dem letzten Intervall zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, verzögert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögern der Ausgabe der Steuerpulse mittels eines Ausgabe-Schieberegisters (17) ausgeführt wird, das mit den Arbeitspulsen getaktet wird, um ein darin enthaltenes Bitmuster bei jedem Takt jeweils um eine Stelle in Richtung zu einem seriellen Ausgang des Schieberegisters zu schieben, wobei beim Anliegen eines Steuerpulses an einem Eingang des Ausgabe-Schieberegisters (17) dieser Steuerpuls in das Schieberegister an einer Stelle eingetragen wird, die im Bitmuster den maximalen Abstand vom Ausgang abzüglich der Anzahl von Arbeitspulsen, die zwischen dem letzten Intervall zwischen zwei Synchronisationspulsen erzeugt worden sind, eingetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintragen des Steuerpulses im Ausgabe-Schieberregister (17) dadurch erfolgt, dass beim Anliegen des Steuerpulses am Eingang des Ausgabe-Schieberregisters (17) das Bitmuster des Zwischenspeicherregisters (15) mittels einer Oder-Verknüpfung auf das Bitmuster des Ausgabe-Schieberegisters (17) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Bearbeitungseinrichtungen (1) die Steuerpulse zum Ansteuern derselben zugeführt werden.
Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes (2) in regelmäßigen Abständen, umfassend eine Bearbeitungseinrichtung (1) die mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung gegenüber einem Ansteuersignal auf das Werkstück einwirkt, einen Inkrementalgeber (6) zum Abtasten der Bewegung des bahnförmigen Werkstückes und zum Ausgeben entsprechender Arbeitspulse, und eine Steuereinrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, um anhand der Arbeitspulse ein Ansteuersignal zu erzeugen.
Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines sich bewegenden bahnförmigen Werkstückes (2) in regelmäßigen Abständen, umfassend eine Bearbeitungseinrichtung (1) die mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung gegenüber einem Ansteuersignal auf das Werkstück einwirkt, einen Inkrementalgeber (6) zum Abtasten der Bewegung des bahnförmigen Werkstückes und zum Ausgeben entsprechender Arbeitspulse, eine Steuereinrichtung, mit – einem Pulsgeber (12) zum Erzeugen von Synchronisationspulsen (13), die jeweils um eine Verzögerungszeit (Δt) voneinander beabstandet sind, – einem Mess-Schieberegister (14), das derart an den Pulsgeber und den Inkrementalgeber gekoppelt ist, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Synchronisationspulsen (13) ein Messpuls erzeugt wird, der um die Anzahl der Arbeitspulse zwischen den beiden letzten Synchronisationspulsen versetzt ist, – einem Zwischenspeicherregister (15) zum Speichern des Messpulses mit dem mit dem Mess-Schieberegister gemessenen Versatzes, – ein Ausgabeschieberegister (17), dem ein Filter (8) derart vorgeschaltet ist, dass jeder n-te Arbeitspuls als Steuerpuls vom Filter durchgelassen wird und an einem Eingang (19) des Ausgabe-Schieberegisters (17) angelegt wird, und das Ausgabe-Schieberegister (17) ist derart mit dem Zwischenspeicherregister (15) verschaltet, dass der Messpuls des Zwischenspeicherregisters (15) mit einer oder -Verknüpfung auf ein Bitmuster des Ausgabe-Schieberegister (17) als Steuerpuls übertragen wird, und mit das Ausgabeschieberegister (17) ist dem Inkrementalgeber (6) derart gekoppelt, dass es mit den Arbeitspulsen des Inkrementalgebers (6) so getaktet wird, dass mit jedem Arbeitspuls das Bitmuster des Ausgabeschieberegisters (17) mit den Steuerpulsen um eine Stelle in Richtung zu einem Ausgang des Ausgabeschieberegisters (17) verschoben wird, wobei am Ausgang ein jeder Steuerpuls als Ansteuersignal an die Bearbeitungseinrichtung (1) ausgegeben wird.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsvorrichtung eine Druckvorrichtung, die Bearbeitungseinrichtung ein Tintenstrahldruckkopf (1) und das bahnförmige Werkstück (2) eine Papierbahn ist.