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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines eine Folge von Signalwerten aufweisenden Registermarkenmesssignals und einen Registermarkensensor.
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Obwohl die Erfindung nachfolgend im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Druckmaschinen beschrieben wird, ist sie nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern vielmehr bei allen Arten von Bearbeitungsmaschinen verwendbar, bei denen Registermarken (bzw. Markierungen) erfasst und zur Steuerung der Bearbeitung verwendet werden. Es handelt sich üblicherweise um bahnbearbeitende Maschinen. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein. Als "Registermarken" werden im Sinne dieser Erfindung alle Markierungen bezeichnet, die für eine Registerregelung sensiert werden.
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Stand der Technik
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Beim Mehrfarbendruck bspw. in Rotationsdruckmaschinen erfolgt der Auftrag der einzelnen Farbauszüge, insbesondere für Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, in aufeinander folgenden Druckwerken. Das Bedruckmaterial wird dabei bspw. als Rollenmaterial bereitgestellt und endlos durch die Druckeinheit geführt. Maßgeblich für die erreichte Druckqualität ist, dass die Druckbilder der einzelnen Farben exakt übereinander liegen. Das Übereinanderliegen der Druckbilder wird dabei als Register bezeichnet. Zur gegenseitigen Ausrichtung der einzelnen Druckwerke werden zusätzlich zu dem eigentlichen Druckbild von jedem Druckwerk Registermarken, zum Beispiel in Form von Passerkreuzen, Dreiecken usw., aufgedruckt. Anhand dieser Marken kann ein Versatz zwischen den einzelnen Druckbildern durch ein optisches Messsystem online erfasst werden. Bei Rotationsdrucksystemen ist dieses Messsystem im Allgemeinen Bestandteil eines Regelsystems, der sogenannten Registerregelung (in Bahnrichtung: Längsregister; quer zur Bahnrichtung: Seitenregister). Die Registerregelung greift dabei über geeignete Stellglieder in den Druckprozess ein und gleicht von dem optischen Messsystem (Erfassungseinrichtung; Registermarkensensor) erkannte Registerabweichungen aus. Insbesondere können die Stellglieder die Bahnlänge des Bedruckmaterials zwischen aufeinander folgenden Druckwerken oder die Stellung der Druckwerke selbst so verändern, dass die Druckbilder aufeinander folgender Druckwerke übereinander liegen (sog. Längsregisterregelung). Auch eine Seitenregisterreglung ist üblich.
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Als Erfassungseinrichtungen kommen Kontrastsensoren, Farbsensoren oder Kameras zum Einsatz, welche typischerweise in Reflexion arbeiten. Die Materialbahn wird konstant oder gepulst mit einer geeigneten Lichtquelle (Weiß- oder Farblicht) beleuchtet und das reflektierte Licht wird vom Sensor erfasst und ausgewertet.
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Registermarkensensoren arbeiten in der Art und Weise, dass sie erst eine komplette Formatlänge (z.B. Umdrehung eines Druckzylinders) aufzeichnen und anschließend mit Auswertungen für die Markensuche oder Barcodesuche beginnen. Auch beim manuellen Setzen eines Erwartungsfensters, bei dem ein Benutzer den Bereich auswählt, in dem die Markensuche durchgeführt werden soll, muss der Registermarkensensor eine Formatlänge aufzeichnen. Registermarkensensoren haben jedoch einen begrenzten Speicherbereich, in dem die Messwerte zwischengespeichert werden können. Bei sehr langsamen Geschwindigkeiten entstehen beim Abtasten mit einer konstanten (möglichst hohen) Abtastrate jedoch sehr viele Messwerte, die die Speicherfähigkeit eines Registermarkensensors überschreiten können. Daher besitzen herkömmliche Registermarkensensoren eine minimale Einrichtgeschwindigkeit, die üblicherweise in einem Bereich von 2–9 m/min liegt. Besonders in neuen Einsatzgebieten wie gedruckter Elektronik sind jedoch sehr langsame Bahngeschwindigkeiten im Prozess sinnvoll oder notwendig. Um möglichst wenig Ausschuss während des Einrichtens zu erzeugen, sollte hier die Einrichtgeschwindigkeit möglichst gering sein, vorzugsweise ca. 0,1 m/min.
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Es ist daher wünschenswert, Registermarkensensoren zur Verfügung zu haben, die auch bei sehr geringen Materialgeschwindigkeiten betrieben werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erzeugen eines eine Folge von Signalwerten aufweisenden Registermarkenmesssignals und ein Registermarkensensor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Registermarkensensor vorgestellt, der auch bei sehr geringen Materialgeschwindigkeiten betrieben werden kann. Dies wird ermöglicht, indem eine Anzahl von Signalwerten pro Zeiteinheit (d.h. Signalrate) für das Registermarkenmesssignal eingestellt werden kann. Dies wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt, um die Signalrate in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit, mit der das Material an dem Registermarkensensor vorbeibewegt wird, einzustellen. Im Rahmen der Erfindung wird zwischen der Signalrate, d.h. einer Anzahl von Signalwerten pro Zeiteinheit, und einer Abtastrate, d.h. einer Anzahl von tatsächlich (mittels eines Analog/Digital-Wandlers, ADC) gemessenen Messwerten pro Zeiteinheit, unterschieden. Ein Signalwert wird aus einem oder mehreren Messwerten gebildet. Der Zeitpunkt des Signalwerts wird gleichermaßen aus dem Zeitpunkt des einen oder den Zeitpunkten der mehreren Messwerte gebildet.
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Dadurch, dass die Signalrate des Registermarkenmesssignals eingestellt bzw. verändert wird, kann die Gesamtzahl der Signalwerte pro Formatlänge, bspw. Umdrehung eines Druckzylinders, auch bei niedrigen Geschwindigkeiten in einem handhabbaren Rahmen gehalten werden. Im Gegensatz zu einer Vergrößerung des Speichers, um die größere Zahl der Signalwerte bei kleineren Geschwindigkeiten aufnehmen zu können, führt diese Lösung nicht zu einer Erhöhung der Anforderungen an Speicher und Rechenleistung. Eine reduzierte Signalrate ist im Einrichtbetrieb nicht nachteilig, da hier nur die grobe Position der Registermarke gefunden werden muss. Bei größerer Materialgeschwindigkeit im Normalbetrieb kann dann auch die Signalrate wieder erhöht werden.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Signalrate durch die Abtastrate vorgegeben. In diesem Fall ist die Anzahl der Messwerte, die einen Signalwert bilden (also das Verhältnis zwischen Abtastrate und Signalrate), für alle Materialgeschwindigkeiten gleich und bevorzugterweise gleich Eins. Dann ist auch der Zeitpunkt des Signalwerts gleich dem Zeitpunkt des Messwerts. Die bisherige im Stand der Technik feste und konstante Abtastrate ist in einem bevorzugten Registermarkensensor variabel. Dadurch, dass die Abtastrate verändert wird, wird die Zeit zwischen zwei Messungen verändert.
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Eine bevorzugte Abtastrate rv kann berechnet werden gemäß: rv = nS·vM/lF mit
- nS:
- Anzahl der Speicherplätze
- vM:
- Materialgeschwindigkeit
- lF:
- Formatlänge
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Vorzugsweise werden mögliche Geschwindigkeitsänderungen während der Aufzeichnung berücksichtigt, beispielsweise indem die tatsächlich vorgegebene Abtastrate r kleiner als rv ist. Beispielsweise kann ein prozentualer Abstand eingehalten werden, z.B. r = c rv, c < 1.
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Der Faktor c kann fest oder auch in Abhängigkeit von Maschinenparametern, wie z.B. einer Maximalbeschleunigung, die Materialgeschwindigkeit und/oder die Formatlänge vorgegeben werden. Analog/Digitalwandlern haben überdies eine maximale Abtastrate rmax, die dementsprechend auch ein Maximum für rv definiert.
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Vorteilhafterweise wird die Abtastrate so in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit vorgegeben, dass sich statt einer Anzahl von tatsächlich gemessenen Messwerten pro Zeiteinheit eine Anzahl von tatsächlich gemessenen Messwerten pro Materiallängeneinheit ergibt, die vorzugsweise konstant ist. Demnach wird eine Abtastung (d.h. Analog/Digital-Wandlung) nicht mehr in Abhängigkeit von einer verstrichenen Zeit, sondern in Abhängigkeit von einer verstrichenen Materiallänge bzw. Materiallängendifferenz ∆lF ausgeführt. Eine bevorzugte Materiallängendifferenz ∆lF kann berechnet werden gemäß: ∆lF = lF/nS
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Die Materiallängendifferenz kann durch Auswertung einer Leitachsposition oder durch Auswertung von Drehgebersignalen gemessen werden. Besonders vorteilhaft wird eine Abtastung bei jeder n-ten Flanke eines Drehgebersignals ausgelöst.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Signalrate durch Variation der Anzahl der Messwerte, die einen Signalwert bilden, verändert. D.h. es besteht ein variables Verhältnis zwischen Abtastrate und Signalrate, welches vorzugsweise in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit vorgegeben wird. Die Abtastrate bleibt bevorzugterweise für alle Materialgeschwindigkeiten gleich. Dies entspricht einem Resampling-Vorgang und kann erreicht werden, indem in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit mehr oder weniger Messwerte zur Bildung eines Signalwerts verwendet werden, z.B. durch arithmetische, gleitende oder gewichtete Mittelung. Der Zeitpunkt des Signalwerts wird gleichermaßen aus dem Zeitpunkt der Messwerte gebildet. Ein variables Verhältnis zwischen Abtastrate und Signalrate kann auch erreicht werden, indem Messwerte verworfen werden, so dass nur jeder n-te Messwert einen Signalwert bildet. Der Zeitpunkt des Signalwerts ist dann gleich dem Zeitpunkt des n-ten Messwerts.
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Die bisher beschriebenen Lösungen erfolgen im Registermarkensensor. Gemäß einer alternativen Lösung bleiben Signalrate und Abtastrate unverändert und stattdessen wird statt einer ganzen Formatlänge nur ein von der Materialgeschwindigkeit abhängiger Anteil der Formatlänge aufgezeichnet und an eine Recheneinheit, an der der Registermarkensensor angeschlossen ist, übertragen. In der Recheneinheit können dann die Einzelteile zusammengesetzt und ausgewertet werden. Entspricht eine Formatlänge beispielsweise einer Druckzylinderumdrehung (d.h. 360°), kann zum Erreichen einer auf einen Faktor 1/3 reduzierten Einrichtgeschwindigkeit der Registermarkensensor zunächst einen Bereich 0–120°, anschließend 120°–240° und letztendlich 240°–360° aufzeichnen. Die Recheneinheit kann dem Bediener eine zusammengesetzte 360°-Aufzeichnung darstellen, aus der der Bediener ein Erwartungsfenster auswählen kann.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Druckmaschine mit einem erfindungsgemäßen Registermarkensensor.
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2 zeigt schaltplanartig den Aufbau einer Auswerteeinheit eines erfindungsgemäßen Registermarkensensors.
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3 zeigt in einem Diagramm einen Zusammenhang zwischen Signalrate und Materialgeschwindigkeit gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist ein Ausschnitt einer als Druckmaschine ausgebildeten Bearbeitungsmaschine 1 schematisch dargestellt. Ein Bedruckmaterial, beispielsweise Papier 40, wird durch als Druckwerke ausgebildete Bearbeitungseinrichtungen mit einer Materialgeschwindigkeit v geführt und bedruckt.
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Ein erstes Druckwerk weist einen ersten Druckzylinder 10 auf, der von einem ersten Motor 11 angetrieben wird. Gegen den ersten Druckzylinder 10 ist ein frei drehbarer Presseur (Gegendruckstelle) mit Druck angestellt. Von dem ersten Druckzylinder 10 wird bei jeder Umdrehung ein Druckbild zusammen mit einer oder mehreren Registermarken 41 auf das Papier 40 aufgedruckt
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An dem ersten Motor 11 ist ein erster Drehgeber 12 angeordnet, der die Umdrehungen des Motors erfasst, ein zur Materialgeschwindigkeit v proportionales Drehgebersignalsignal erzeugt und dieses an einen ersten Antriebsregler 13 überträgt. Der erste Antriebsregler 13 ist dazu eingerichtet, eine Bewegung des ersten Motors 11 in Abhängigkeit von einer dem ersten Antriebsregler 13 über eine hier als Feldbusverbindung, insbesondere nach einem Sercos Standard, insbesondere auf Ethernet basierend, ausgebildete Kommunikationsverbindung 32 übermittelte Sollvorgabe (insbesondere eine Leitachsposition) und in Abhängigkeit von dem rückgeführten Drehgebersignal zu regeln.
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Ein zweites Druckwerk ist mit seinen Komponenten 20, 21, 22 und 23 in entsprechender Weise ausgebildet.
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Die Druckmaschine 1 weist weiterhin eine Steuerungseinrichtung 55, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS, und eine Bedieneinheit 56 auf. Auch die Steuerungseinrichtung 55 und die Bedieneinheit 56 sind über eine Feldbusverbindung 32 angeschlossen. Alle Feldbusverbindungen 32 sind an einem Netzwerkverteiler 31, beispielsweise einem Ethernetswitch, angeschlossen, um zusammen ein Feldbusnetzwerk zu bilden. Die Steuerungseinrichtung 55 ist programmtechnisch dazu eingerichtet ist, die Komponenten der Druckmaschine anzusteuern und dadurch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Zwischen dem ersten Druckzylinder 10 und dem zweiten Druckzylinder 20 ist ein Registermarkensensor angeordnet, der eine Auswerteeinheit 45 und einen damit über Lichtleiter 43, 44 verbundenen Messkopf 42 aufweist. Ein innerer Aufbau der Auswerteeinheit 45 ist schematisch in 2 dargestellt.
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Die Auswerteeinheit 45 wird an einem Anschluss 53 von einer Energiequelle 46 mit Energie versorgt. Die Auswerteeinheit 45 weist eine Lichtquelle 60, beispielsweise eine LED-Lichtquelle, auf, die Licht an einem Anschluss 50 ausgibt. An dem Anschluss 50 ist der Lichtleiter 43 angeschlossen, der das Licht zum Messkopf 42 leitet. Der Messkopf 42 ist über dem Papier 40 angeordnet, bestrahlt das Papier 40 mit dem Licht und erfasst von dem Papier 40 reflektiertes Licht. Das erfasste Licht wird über den Lichtleiter 44 zu einem Anschluss 51 der Auswerteeinheit 45 geführt. Das an dem Anschluss 51 empfangene Licht trifft auf einen lichtempfindlichen Sensor 61, z.B. einen CCD- oder CMOS-Sensor oder eine Photodiode, der ein Spannungssignal in Abhängigkeit von der Intensität des Lichts erzeugt. Das Spannungssignal wird einem Analog/Digital-Wandler (ADC) 62 zugeführt, wo es mit einer Abtastrate abgetastet wird, um Messwerte zu erzeugen. Die Messwerte werden in einem Digitalspeicher 64 gespeichert, der mit einer Datenverarbeitungseinheit 65 zusammenwirkt. Über eine Verbindung 63 kann die Datenverarbeitungseinheit 65 die Abtastrate des ADC 62 verändern bzw. vorgeben. An einem Anschluss 52 ist der erste Antriebsregler 13 angeschlossen, welcher das Drehgebersignal an die Auswerteeinheit 45 überträgt, so dass dort die Materialgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Alternativ kann die Materialgeschwindigkeit auch an einem Anschluss 54, an dem das Feldbusnetzwerk angeschlossen ist, zugeführt werden.
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Die Datenverarbeitungseinheit
65 ist dazu eingerichtet, aus den Messwerten Signalwerte zu erzeugen und aus den Signalwerten ein Registermarkenmesssignal mit einer Signalrate zu erzeugen. Das Registermarkenmesssignal wird an dem Anschluss
54 ausgegeben. Es dient insbesondere zur Registerregelung, wie es dem zuständigen Fachmann bekannt ist, vgl. beispielsweise
DE 10 2011 014 073 A1 . Eine Registerregelung wird von der programmtechnisch dazu eingerichteten Steuerungseinrichtung
55 durchgeführt.
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Die Datenverarbeitungseinheit 65 ist dazu eingerichtet, die Signalrate und/oder die Abtastrate in Abhängigkeit von dem Drehgebersignal oder einer über den Feldbus übertragenen Geschwindigkeit und damit in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit zu verändern.
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In 3 sind in einem Diagramm Verläufe einer Signalrate r und einer Materialgeschwindigkeit v über die Zeit für eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei sind drei Betriebsphasen 70, 71, 72 mit unterschiedlichen Materialgeschwindigkeiten dargestellt.
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In einer Einrichtphase 70 wird das Papier 40 durch die Druckmaschine mit einer möglichst geringen Einrichtgeschwindigkeit bewegt. Dabei werden die Druckwerke aufeinander ausgerichtet, um ein registerhaltiges Druckbild zu erzeugen. Je geringer die Einrichtgeschwindigkeit, desto weniger Material geht während des Einrichtens verloren. Im Rahmen der Erfindung können ohne weiteres sehr kleine Einrichtgeschwindigkeiten kleiner 1 m/min realisiert werden. Bisher konnte die Einrichtung des Registermarkensensors erst bei genügend hoher Materialgeschwindigkeit erfolgen. Mit der Erfindung kann nun die Einrichtung bereits bei den ersten Umdrehungen der Druckzylinder stattfinden. In der Folge sinkt die Menge der nicht brauchbaren Druckerzeugnisse. Die erste Einrichtung findet vorzugsweise bei der geringst möglichen Materialgeschwindigkeit statt. Das Einrichten umfasst insbesondere ein automatisches oder manuelles Suchen einer Registermarke oder eines Barcodes und Setzen eines Erwartungsfensters. Durch die Verbindung des Registermarkensensors mit dem Drehgebersignal bzw. mit der Steuerungseinrichtung 55 sind im Registermarkensensor immer die momentan erfasste Materialposition und die erwartete Materialposition der Registermarke bekannt. Daher können vorzugsweise nur diejenigen Messwerte für die Erzeugung von Signalwerten verwendet werden, die im Erwartungsfenster liegen, in dem die Registermarke voraussichtlich angeordnet ist. Sensorsignale aufgrund von Bedruckung, Bildern und Schmutz auf dem zu bedruckenden Material im verbleibenden Drehstellungsbereich beinträchtigen dann die Signalauswertung nicht.
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Ist der erste Einrichtvorgang abgeschlossen, wird das Material während einer Beschleunigungsphase 71 kontinuierlich auf eine Betriebsgeschwindigkeit beschleunigt. Hierbei kann das zu bedruckende Material so schnell beschleunigt werden, dass es gerade nicht reißt. Es können noch automatisierte Optimierungen der Einrichtung des Registermarkensensors stattfinden, beispielsweise kann ein Erwartungsfenster anhand der nun mit höherer Signalrate vorliegenden Signalwerte verändert werden. Ist die Betriebsgeschwindigkeit erreicht, befindet sich die Druckmaschine in der Betriebsphase 72, in der Produkte erzeugt werden.
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Weiterhin ist dargestellt, wie die Signalrate r in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit v eingestellt wird. Bei der Ausführungsform gemäß 3 erfolgt die Einstellung proportional. Mit kontinuierlich steigender Materialgeschwindigkeit steigt auch die Signalrate kontinuierlich oder graduell (da ein Sampling üblicherweise nicht alle möglichen Abtastraten erzeugen kann, wird sich die Signalrate in mehr oder weniger kleinen Stufen verändern).
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Die Signalrate kann variiert werden, indem die Abtastrate des ADC 62 variiert wird. In diesem Fall wird zweckmäßigerweise aus jedem Messwert ein Signalwert gebildet. Eine sich durch eine maximale Abtastrate des ADC ergebende maximale Signalrate ist in 3 mit rmax bezeichnet. Zweckmäßigerweise wird der Registermarkensensor so betrieben, dass er im Normalbetrieb mit der maximalen Abtastrate arbeitet. Zweckmäßigerweise wird auch eine minimale Abtastrate rmin nicht unterschritten, um eine gewisse Signalqualität aufrechterhalten zu können. Dadurch, dass die Abtastrate verändert wird, wird gleichzeitig die Zeit zwischen zwei Messungen verändert.
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Alternativ wird die Signalrate r in Abhängigkeit von der Materialgeschwindigkeit v durch Resampling der Messwerte eingestellt, wobei die Abtastrate unverändert bleibt, jedoch beispielsweise mehrere Messwerte zu einem Signalwert zusammengefasst werden oder wobei Messwerte zwar zunächst gespeichert, aber bei der Erzeugung des Registermarkenmesssignals später verworfen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011014073 A1 [0031]
