DE102015100337A1

DE102015100337A1 - Messsystem und Verfahren zur Kalibrierung von Druckstationen

Info

Publication number: DE102015100337A1
Application number: DE102015100337.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Reiniger; Sascha Koers; Katrin Preckel; Daniel Teufert; Werner Van de Wynckel
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-07-14
Also published as: US10336109B2; US20180009246A1; EP3245475A1; WO2016113086A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem zur Vermessung einer einen Druckkopf (2) aufweisenden Druckstation (3), wobei der Druckkopf (2) in seiner Position verstellbar an der Druckstation (3) gehalten ist, wobei das Messsystem (10) folgendes umfasst: – zumindest eine Messeinrichtung (11), die zur Erfassung von Messinformationen eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation (3) während dessen Bewegung ausgebildet ist; – eine Rechnereinheit (12), die zum Empfang der von der Messeinrichtung (11) bereitgestellten Messinformationen ausgebildet ist, wobei die Rechnereinheit (12) zur Ermittlung von Ist-Positionsdaten des positionsveränderlichen Bauteils aus den empfangenen Messinformationen, zum Vergleichen dieser Ist-Positionsdaten mit vorgegebenen Soll-Positionsdaten und zur Ermittlung von Kalibrierinformationen basierend auf den Ist-Positionsdaten und den Soll-Positionsdaten ausgebildet ist; – eine Schnittstelle (13) zur Übertragung der Kalibrierinformationen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem gemäß dem Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Kalibrierung von Druckstationen gemäß dem Oberbegriff Patentanspruch 12.
Vorrichtungen zum Bedrucken von Behältern sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Insbesondere sind Drucksysteme zum Bedrucken von Behältern unter Verwendung von digitalen, nach dem Tintenstrahl- oder Ink-Jet-Prinzip arbeitenden elektrischen Druckköpfen bekannt. Bekannt sind dabei insbesondere auch Drucksysteme oder Druckmaschinen (z.B. DE 10 2007 050 490 A1 ), bei denen an einem um wenigstens eine vertikale Achse umlaufend angetriebenen Transportelement mehrere Behandlungs- oder Druckstationen zur Aufnahme jeweils eines zu bedruckenden Behälters gebildet sind, an denen die Behälter unter Verwendung von elektronisch ansteuerbaren, nach dem Tintenstrahl- oder Ink-Jet-Prinzip arbeitenden, digitalen Druckköpfen bedruckt werden.
Ein wesentlicher Faktor für eine optisch hochwertige Bedruckung von Behältern ist möglichst exakte Ausrichtung des Druckkopf relativ zu dem zu bedruckenden Behälter. Dabei kommt der Kalibrierung des Druckkopfs innerhalb der jeweiligen Druckstation eine entscheidende Bedeutung zu.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 005 046 A1 ist ein Verfahren zur Feststellung von Fehlern in der Ausrichtung von Druckbildern bekannt geworden. Dabei wird von wenigstens zwei Druckköpfen ein dem jeweiligen Druckkopf zuzuordnendes Druckbild erzeugt. Anschließend werden die Druckbilder optisch erfasst und mittels Bildverarbeitungsmitteln ausgewertet, um eine Abweichung der Druckbilder der wenigstens zwei Druckköpfe zu ihrer nominalen Anordnung feststellen zu können.
Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass sich von unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden des Druckkopfs verursachte Ausrichtungsfehler überlagern, so dass häufig nur unzureichende Rückschlüsse auf vorzunehmende Ausrichtungskorrekturen des Druckkopfs gezogen werden können.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Messsystem anzugeben, mittels dem hochgenaue und zeitsparende Vermessung und Kalibrierung des zumindest einen Druckkopfs der Druckstation möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ein Verfahren zur Kalibrierung von Druckstationen ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Messsystem zur Vermessung einer einen Druckkopf aufweisenden Druckstation. Der Druckkopf ist in seiner Position verstellbar, insbesondere motorisch verstellbar an der Druckstation gehalten. Unter „verstellbar“ im Sinne der Erfindung wird dabei insbesondere eine translatorische Bewegung bzw. eine Verschiebung in zumindest einer, vorzugsweise in mehreren Raumrichtungen und/oder eine Verschwenkbarkeit um zumindest eine Schwenkachse verstanden. Das Messsystem umfasst dabei insbesondere eine Messeinrichtung, eine Rechnereinheit und eine (Übertragungs-)Schnittstelle.
Die Messeinrichtung ist insbesondere zur Erfassung von Messinformationen eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation während dessen Bewegung ausgebildet. Das positionsveränderliche Bauteil kann dabei insbesondere der Druckkopf selbst, aber auch der positionsveränderliche Druckkopfträger sein, an dem der Druckkopf gehalten ist.
Die Messeinrichtung ist mit der Rechnereinheit zur Übertragung von Messinformationen gekoppelt. Die Rechnereinheit ist dabei zum Empfang der von der Messeinrichtung bereitgestellten Messinformationen ausgebildet, d.h. weist eine geeignete Schnittstelle auf, die mit einer Schnittstelle der Messeinrichtung verbunden ist. Die Rechnereinheit ist zur Ermittlung von Ist-Positionsdaten des positionsveränderlichen Bauteils aus den empfangenen Messinformationen, zum Vergleichen dieser Ist-Positionsdaten mit vorgegebenen Soll-Positionsdaten und zur Ermittlung von Kalibrierinformationen basierend auf den Ist-Positionsdaten und den Soll-Positionsdaten ausgebildet. Die Soll-Positionsdaten sind dabei Positionsinformationen, die eine Soll-Lage oder eine Sollbewegungsbahn des positionsveränderlichen Bauteils angeben. Sie können beispielsweise in einer mit der Rechnereinheit verbundenen Speichereinheit abgelegt sein. Diese Speichereinheit kann dem Messsystem, aber auch der jeweiligen Druckstation oder der diese Druckstation aufweisenden Druckvorrichtung (zentrale Speichereinheit) zugeordnet sein. Die derart ermittelten Kalibrierinformationen werden an der (Übertragungs-)Schnittstelle bereitgestellt und können dann geeignet weiterverwendet werden. Beispielsweise können diese in eine der jeweiligen Druckstation zugeordnete Speichereinheit übertragen werden, um durch Zugriff auf diese Speichereinheit den zumindest einen Druckkopf dieser Druckstation kalibrieren zu können. Alternativ können die Kalibrierinformationen auch an eine der Druckvorrichtung zugeordnete zentrale Speichereinheit übertragen werden. Außerdem ist es möglich, die Druckstation direkt mit dem Messsystem über die (Übertragungs-)Schnittstelle zu verbinden, um eine direkte Kalibrierung des zumindest einen Druckkopfs dieser Druckstation vorzunehmen.
Der wesentliche Vorteil des Messsystems besteht darin, dass der Druckkopf sehr exakt und zeitsparend auf eine definierte Soll-Position kalibriert werden kann, und zwar ohne Rückschlüsse über ein Druckbild eines bedruckten Behälters.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung zur Ermittlung von dreidimensionalen Messinformationen ausgebildet. Dadurch kann eine exakte Aufnahme der Ist-Position des Druckkopfs im dreidimensionalen Raum erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung eine Kamera, vorzugsweise eine 3D-Kamera oder ein Laserscanner, vorzugsweise ein 3D-Laserscanner. Durch diese Messeinrichtungen werden Messinformationen bezüglich der Oberflächen des positionsveränderlichen Bauteils in der Druckstation ermitteln, die Informationen über die örtliche Lage, insbesondere die dreidimensionale Lage des positionsveränderlichen Bauteils enthalten. Basierend auf diesen Messinformationen können Lagekorrekturgrößen als Kalibrierungsinformationen ermittelt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das positionsveränderliche Bauteil der Druckkopfträger bzw. ein definierter Bereich des Druckkopfträgers oder ein Bereich des Druckkopfs. Der Druckkopfträger kann beispielsweise eine in unterschiedliche Raumrichtungen verschiebbare und/oder eine um zumindest eine Schwenkachse verschwenkbare Druckkopfhalterung sein. Durch Aufnahme von Messinformationen am Druckkopfträger bzw. am Druckkopf selbst können für die Ermittlung der Kalibrierungsinformationen notwendige Messinformationen erhalten werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das positionsveränderliche Bauteil zumindest eine Druckkopfdüse. Die Druckkopfdüse stellt den Abgabepunkt der Druckfarbe bzw. Drucktinte dar und bildet damit einen idealen, von der Messeinrichtung zu erfassenden Messpunkt. Durch Verwendung der Druckkopfdüse als zu erfassenden Messpunkt kann eine optimierte Kalibrierung des Druckkopfs erreicht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das positionsveränderliche Bauteil zumindest eine Referenzfläche des Druckkopfs. Abhängig vom verwendeten Druckkopftyp kann eine Fläche beispielsweise am Gehäuse des Druckkopfs oder im Bereich der Druckkopfdüsen vorgesehen sein, die als zu erfassende Referenzfläche genutzt werden kann, um aus den Messinformationen die Ist-Positionsdaten zu ermitteln.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Druckstation ein austauschbares Druckmodul, wobei das Messsystem zur lagegenauen Ausrichtung und/oder Halterung und Vermessung dieses Druckmoduls ausgebildet ist. Beispielsweise weist das Messsystem eine Aufnahme oder einen Anschlag für das Druckmodul auf, so dass das Druckmodul im ausgebauten Zustand, d.h. losgelöst vom Rotor bzw. dem Tragelement, an dem das Druckmodul im eingebauten Zustand an der Druckvorrichtung befestigt ist, vermessen werden kann. Dadurch wird erreicht, dass eine vorgegebene Ausrichtung zwischen der Messeinrichtung und dem zu vermessenden positionsveränderlichen Bauteil erreicht wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schnittstelle zur Kopplung mit einer in der Druckstation oder in dem Druckmodul vorgesehenen Speichereinheit und zur Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Speichereinheit ausgebildet. Für den Fall, dass die Druckstation als austauschbares Druckmodul ausgebildet ist, kann die Vermessung des Druckmoduls nach dessen Erstfertigung oder nach einer Inspektion beim Hersteller vermessen werden. Die Kalibrierinformationen können dann in der Speichereinheit abgelegt werden. Nach dem Einbau des Druckmoduls in die Druckvorrichtung kann dann eine Kalibrierung des Druckmoduls anhand der Kalibrierinformationen vorgenommen werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Druckstation bzw. das Druckmodul beispielsweise in gewissen Zeitabständen anhand der Kalibrierinformationen neu kalibriert wird.
Alternativ ist es möglich, dass die Schnittstelle zur Kopplung mit einer zentralen, mit einer Vielzahl von Druckstationen verbundenen Speichereinheit und zur Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Speichereinheit ausgebildet ist. Damit können die Kalibrierinformationen sämtlicher Druckstationen einer Druckvorrichtung zentral gespeichert werden, wobei eine Zuordnung der Kalibrierinformationen zu einer definierten Druckstation zu erfolgen hat, beispielsweise durch eine Kennung oder eine Adressierung. Zu Kalibrierzwecken können dann die Kalibrierinformationen ausgelesen und die Druckstationen gemäß den ihnen zugeordneten Kalibrierinformationen kalibriert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Rechnereinheit zur Ermittlung von Kalibrierinformationen ausgebildet, die Bewegungsinformationen für das positionsveränderliche Bauteil zur Kalibrierung desselben auf eine Sollposition enthalten. Beispielsweise können die Kalibrierinformationen die Bewegungsrichtung und den Betrag der nötigen Bewegung angeben, um von einer Ist-Position in eine Soll-Position zu gelangen. Hierzu können an der den Druckkopf bewegenden Mechanik ein oder mehrere Encoder vorgesehen sein, mittels denen sich entweder eine absolute Position (Absolutencoder) oder eine relative Position (relativ zu einem Bezugspunkt, beispielsweise einer Referenzmarke oder einer Endstellung) ermitteln lässt. Damit lässt sich der Druckkopf exakt in eine gewünschte Sollposition verfahren. Auch andere, aus dem Stand der Technik bekannte Positionierverfahren sind möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind Mittel zur exakten Positionierung und/oder Ausrichtung der Messeinrichtung relativ zur Druckstation vorgesehen. Derartige Mittel können beispielsweise optische Mittel sein, die durch Erfassung einer Referenzfläche oder eines sonstigen definierten Bereichs der Druckstation eine gewünschte Ausrichtung der Messeinrichtung gegenüber der Druckstation ermöglichen. Auch mechanische Ausrichtungsmittel sind denkbar. Damit können Kalibrierungenauigkeiten minimiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Kalibrierung von einen Druckkopf aufweisenden Druckstationen umfassend folgende Schritte:

– Bereitstellen einer Messeinrichtung, die zur Erfassung von Messinformationen eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation ausgebildet ist;
– Bewegen des positionsveränderlichen Bauteils relativ zur Messeinrichtung;
– Erfassen von Messinformationen während der Bewegung des positionsveränderlichen Bauteils durch die Messeinrichtung;
– Übertragen der Messinformationen an eine Rechnereinheit bzw. eine entsprechende Datenspeichereinheit;
– Ermitteln von Ist-Positionsdaten aus den Messinformationen;
– Ermitteln von Kalibrierinformationen aus den Ist-Positionsdaten und vorgegebenen Soll-Positionsdaten;
– Kalibrieren des Druckkopfs basierend auf den Kalibrierinformationen.

Die Datenspeicherung kann auf unterschiedlichen Systemen und an unterschiedlichen Orten erfolgen. Insbesondere werden die Messinformationen in einer Speichereinheit des Druckmoduls selbst abgelegt, so dass diese Mess- und Kalibrierungsinformationen immer zeitlich und räumlich gemeinsam mit dem jeweiligen Druckmodul verfügbar sind. So bringt jedes Druckmodul seine eigene, einzigartige Charakteristik der eigenen Geometrie und Toleranzabweichung beim Verbinden oder beim Einbau an den bestimmungsgemäßen Ort (Druckstation oder Druckvorrichtung) mit.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Druckmodul oder die Druckstation einen Port oder Aufnahmemöglichkeit und Datenschnittstelle für ein auswechselbares, portables Speichermedium auf, wie bspw. einen USB-Stick (USB flash drive), Micro SD-Card, einen USB-Sicherheitsdongel oder dergleichen. Die Mess- und Kalibrierdaten werden dann auf diesen austauschbaren Speichermedien abgelegt, die ggf. auch getrennt von den Druckmodulen oder -stationen gelagert, gesichert und/oder versendet werden können.
Somit kann ein Druckmodul nicht unbefugt ohne das dazugehörige portable Speichermedium in Betrieb genommen werden. Auf dem portablen Speichermedium sind neben den Mess- und Kalibrierungsdaten vorteilhafterweise noch weitere geeignete Daten insb. zum Druckmodul und/oder der Druckstation abgelegt.
Bei einer Variante hiervon werden die Mess- und Kalibrierdaten für einen Anzahl von Druckmodulen oder -stationen auf nur einem der portablen Speichermedien abgelegt, wobei nur ein Druckmodul, eine Druckstation oder die Druckvorrichtung selbst eine Aufnahmemöglichkeit und Schnittstelle für dieses Speichermedium hat.
Der Datenübertrag vom Messsystem auf den portablen Speicher erfolgt dabei in bekannter Art und Weise unmittelbar am Messsystem oder nachgeschaltet von einer zentralen Steuer- und Rechnereinheit aus.
Natürlich können die Messwerte alleinig oder auch zusätzlich in der Steuer- oder Speichereinheit der Druckvorrichtung, der Druckstationen oder auf einem zentralen Server gespeichert und bereitgestellt werden, hier insb. auch in einer online verfügbare Cloud. Ein online verfügbarer Speicherplatz bietet insb. die Vorteile, dass eine einfache Verfügbarkeit der Daten gegeben ist, was neben dem Einbau von Modulen auch für die Chargenverfolgung und das Qualitätsmanagement vorteilhaft ist.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Druckkopf sehr exakt und zeitsparend durch Vermessung von zumindest einem positionsveränderlichen Bauteil auf eine definierte Soll-Position kalibriert werden kann, und zwar ohne Rückschlüsse über ein Druckbild eines bedruckten Behälters.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das positionsveränderliche Bauteil während dem Erfassen der Messinformationen zumindest in zwei, vorzugsweise drei unabhängige Raumrichtungen verfahren und/oder um zumindest eine Schwenkachse verschwenkt. Damit ist es möglich, Messinformationen aufzunehmen, die Informationen über die Bewegungsbahn des positionsveränderlichen Bauteils enthalten. Dadurch kann vorteilhafterweise eine exaktere Kalibrierung der Druckstation vorgenommen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden Messinformationen eines Druckkopfträgers und/oder eines Bereich des Druckkopfs, insbesondere zumindest einer Druckkopfdüse oder einer Referenzfläche des Druckkopfs gewonnen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Kalibrierverfahren zweistufig durchgeführt, wobei in einem ersten Messschritt zunächst ein Satz von Messinformationen hinsichtlich des bewegten Druckkopfträgers und in einem zweiten Messschritt ein Satz von Messinformationen hinsichtlich eines Bereichs des bewegten Druckkopfs, insbesondere zumindest einer Druckkopfdüse oder einer Referenzfläche des Druckkopfs ermittelt wird. Basierend auf den in dem ersten und zweiten Messschritt ermittelten Messinformationen werden anschließend die Kalibrierinformationen ermittelt. Dadurch kann eine exaktere Kalibrierinformation gewonnen und damit eine exaktere Kalibrierung der Druckstation erreicht werden. Zudem ist es möglich, bei einem Druckkopfwechsel die im ersten Messschritt erhaltenen Messinformationen wiederzuverwenden, so dass ausschließlich der zweite Messschritt erneut durchgeführt werden muss.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Druckstation unmittelbar durch die ermittelten Kalibrierinformationen kalibriert. D.h. die gewonnenen Kalibrierungsinformationen werden über die Schnittstelle des Messsystems direkt an die Druckstation übertragen und es erfolgt unmittelbar eine Kalibrierung der Druckstation anhand dieser Kalibrierungsinformationen.
Alternativ ist es möglich, dass die Kalibrierinformationen in einer zentralen, für mehrere Druckstationen vorgesehenen Speichereinheit abgelegt werden und die jeweilige Druckstation nach der Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Druckstation anhand dieser Kalibrierinformationen kalibriert wird.
Weiterhin alternativ ist es möglich, dass die Kalibrierinformationen in einer in der jeweiligen Druckstation vorgesehenen Speichereinheit abgelegt werden und die Druckstation unter Verwendung dieser in der Speichereinheit abgespeicherten Kalibrierinformationen kalibriert wird. Damit ist es möglich, dass beispielsweise bei einer austauschbaren, als Druckmodul ausgebildeten Druckstation die Vermessung und Ermittlung der Kalibrierungsinformationen örtlich und zeitlich getrennt von der eigentlichen Kalibrierung der Druckstation durchgeführt wird, wobei beispielsweise die Vermessung bei dem Hersteller bzw. einer Wartungsfirma für die Druckstationen durchgeführt wird und die Kalibrierung erst nach dem Einbau der Druckstation in die Druckvorrichtung vorgenommen wird.
Bei Ablegen der Kalibrierungsinformationen in einer zentralen oder der jeweiligen Druckstation zugeordneten Speichereinheit ist es möglich, dass die Druckstation in gewissen zeitlichen Abständen oder bei Feststellung des Bedarfs einer Neukalibrierung basierend auf den abgespeicherten Kalibrierungsinformationen neu kalibriert wird.
Unter Behälter im Sinne der Erfindung werden sämtliche Behälter verstanden, insbesondere Flaschen, Dosen etc.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/– 10%, bevorzugt um +/– 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 beispielhaft eine Druckvorrichtung in einer schematischen Draufsicht-Darstellung;
2 beispielhaft eine an der Druckvorrichtung anzuordnende Druckstation als Druckmodul in einer perspektivischen Darstellung;
3 beispielhaft eine Anordnung eines Messsystems vor einer Druckstation in einer schematischen Draufsicht-Darstellung; und
4 beispielhaft eine Anordnung eines Messsystems vor einem Rotor umfassend mehrere Druckstationen in einer schematischen Draufsicht-Darstellung.
In 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Druckvorrichtung umlaufender Bauart zum Bedrucken von Flaschen oder dergleichen Behältern gezeigt. Die Druckvorrichtung 1 weist eine Vielzahl von Druckstationen 3 auf, an denen jeweils zumindest ein Druckkopf 2 vorgesehen ist. Die Druckköpfe sind insbesondere nach dem Tintenstrahl- oder Ink-Jet-Prinzip arbeitende digitale Druckköpfe 2. Die Druckköpfe 2 weisen jeweils eine Vielzahl von Düsen auf, die an jedem Druckkopf 3 beispielsweise in einer Reihe in vertikaler Richtung aufeinander folgend vorgesehen und individuell elektrisch ansteuerbar sind. Das Ausbringen der Druckfarbe bzw. Drucktinte an den Düsen erfolgt durch entsprechende Ansteuerung von Elektroden oder Piezo-Elementen.
Mehr im Detail besteht die Druckvorrichtung 1 bei der dargestellten Ausführungsform aus einem um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend, vorzugsweise kontinuierlich umlaufend antreibbaren Rotor 6, an dessen Umfang eine Vielzahl von Druckstationen 3 gebildet sind. Vorzugsweise ist jeder Druckstation 3 jeweils zumindest ein Druckkopf 2 zugeordnet, der zusammen mit der jeweiligen Druckstation 3 bewegt wird. Die zu bedruckenden Behälter werden den Druckstationen 3 über einen Behältereinlauf 7 zugeführt und anschließend zusammen mit dem dieser Druckstation 3 zugeordneten Druckkopf 2 bewegt, wobei während dieser Bewegung die Bedruckung des Behälters 2 erfolgt. Die bedruckten Behälter 2 werden der jeweiligen Druckstation 3 an einem Behälterauslauf 8 entnommen.
Das Bedrucken der Behälter an den Druckstationen 3 erfolgt beispielsweise zeilenweise durch Relativbewegung des Behälters zum Druckkopf 2, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform dadurch, dass jeder mit seiner Behälterachse in vertikaler Richtung, d.h. parallel zur Drehachse des Rotors 6 orientierte Behälter während des Bedruckens um seine Behälterhochachse gesteuert gedreht wird.
Die Druckstationen können am Rotor 6 durch einzelne umfangsseitig verteilt angeordnete Funktionselemente gebildet sein, wobei beispielsweise jeweils zumindest ein Druckkopf 2 und ein Behälterträger, der zur Aufnahme jeweils eines Behälters ausgebildet ist, eine Druckstation 3 bilden. Ferner können weitere Funktionselemente, beispielsweise Mittel zum Aushärten der Druckfarbe bzw. Drucktinte etc. vorgesehen sein. Alternativ können die umfangsseitig am Rotor 6 vorgesehenen Druckstationen 3 jeweils durch ein Druckmodul gebildet werden, das als solches in Gänze austauschbar am Rotor vorgesehen ist. Jedes Druckmodul weist dabei ein Gehäuse oder zumindest eine Tragstruktur auf, in/an dem/der sämtliche zur Funktion der Druckmodule notwendige Funktionselemente angeordnet sind, beispielsweise zumindest ein Druckkopf 2 und zumindest eine Halte- und Zentriereinheit für einen Behälter oder Mittel zum Halten- und Wiederfreigeben einer solchen Halte- und Zentriereinheit.
2 zeigt beispielhaft eine Druckstation 3 in Form eines Druckmoduls 20. Das Druckmodul 20 weist, wie zuvor beschrieben einen Druckkopf 2 mit Druckkopfdüsen 2.1 auf. Ferner ist an dem Druckmodul 20 eine Aufnahme 21 für eine Halte- und Zentriereinheit (nicht dargestellt) vorgesehen. Alternativ kann die Halte- und Zentriereinheit auch Bestandteil des Druckmoduls 20 sein.
Um eine hochgenaue Bedruckung des Behälters ermöglichen zu können, ist es notwendig, den zumindest einen Druckkopf 2 jeder Druckstation 3 zu kalibrieren, damit dieser Druckkopf 2 eine gewünschte Position, nachfolgend Sollposition bezeichnet, beim Bedrucken einnimmt.
3 zeigt ein Messsystem 10 zur Kalibrierung eines Druckkopfs 2 einer Druckstation 3, die beispielsweise als Druckmodul 20 gemäß 20 ausgebildet ist. Das Messsystem 10 kann jedoch auch zur Vermessung und Kalibrierung einer nicht modulartigen Druckstation 3, die aus mehreren am Rotor 6 angeordneten Einzelkomponenten besteht (siehe 1) verwendet werden.
Das Messsystem 10 umfasst zumindest eine Messeinrichtung 11, eine Rechnereinheit 12 und eine Schnittstelle 13, die vorzugsweise eine Übertragungsschnittstelle ist. Das Messsystem 10 beruht auf einem optischen Messverfahren zur Lagevermessung eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation 3. Dieses positionsveränderliche Bauteil kann beispielsweise der Druckkopf 2 selbst bzw. eine Einrichtung zur Halterung des Druckkopfs 2 sein. Diese Einrichtung wird im Folgenden Druckkopfträger 4 bezeichnet. Die Messeinrichtung 11 des Messsystems 10 ist zur Erfassung von Messinformationen des positionsveränderlichen Bauteils innerhalb der Druckstation 3 ausgebildet. Sie kann beispielsweise durch eine Kamera, insbesondere eine 3D-Kamera oder einen Laserscanner, beispielsweise einen 3D-Laserscanner gebildet sein. Die Messeinrichtung 11 ist insbesondere zur Aufnahme von mehrdimensionalen, insbesondere dreidimensionalen Lageinformationen des positionsveränderlichen Bauteils ausgebildet. So liefert beispielsweise ein 3D-Laserscanner dreidimensionale Punktwolken und somit ein vollständiges mehrdimensionales Abbild des positionsveränderlichen Bauteils oder zumindest eines Abschnitt des Bauteils, der als Messpunkt dient. Anhand der Punktwolke können beispielsweise geometrische Größen wie z.B. Längen und Winkel bestimmt werden. Im Falle der Verwendung einer 3D-Kamera als Messeinrichtung 11 werden Bildinformationen enthalten, die eine geometrische Vermessung der aufgenommenen Bauteile der Druckstation 3 ermöglichen.
Vorzugsweise werden die Messinformationen bei Bewegung des positionsveränderlichen Bauteils aufgenommen. Das Bauteil kann beispielsweise in unterschiedliche Raumrichtungen verfahrbar sein, beispielsweise in zueinander orthogonal stehende Raumrichtungen (x-y-z-Richtung). Des weiteren kann das Bauteil zumindest um eine Schwenkachse verschwenkbar an der Druckstation vorgesehen sein, beispielsweise um Schrägflächen (Behälterschulter) an einem Behälter bedrucken zu können. Vorzugsweise wird das positionsveränderliche Bauteil über dessen gesamten Verstellbereich verfahren und/oder verschwenkt. Während dieser Bewegung werden Messinformationen durch die Messeinrichtung 11 aufgenommen. Alternativ ist es möglich, dass lediglich Teilbereiche des Verstellbereichs abgefahren werden oder einzelne Stellen im Verfahrbereich angefahren werden und an diesen einzelnen Stellen Messinformationen aufgenommen werden.
Die durch die Messeinrichtung 11 bereitgestellten Messinformationen werden an eine Rechnereinheit 12 des Messsystems 10 übertragen. Die Rechnereinheit 12 kann beispielsweise drahtgebunden oder drahtlos mit der Messeinrichtung 11 gekoppelt sein. In einem Ausführungsbeispiel empfängt die Rechnereinheit 12 die Messinformationen und ermittelt aus diesen empfangenen Messinformationen einen Satz von Ist-Positionsdaten des vermessenen, positionsveränderlichen Bauteils. Dieser Satz von Ist-Positionsdaten enthält beispielsweise eine Vielzahl von Positionswerten im dreidimensionalen Raum, insbesondere x-, y- und z-Koordinaten, an denen sich das positionsveränderliche Bauteil zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Vermessung befunden hat.
Ferner sind in dem Messsystem 10 Soll-Positionsdaten hinterlegt, die Ziel-Positionswerte des positionsveränderlichen Bauteils nach der Kalibrierung angeben. In anderen Worten sind die Soll-Positionsdaten diejenigen Positionsdaten, an denen sich das positionsveränderliche Bauteil idealerweise, d.h. im kalibrierten Zustand befinden soll. Die Soll-Positionsdaten enthalten beispielsweise eine Vielzahl von Positionswerten im dreidimensionalen Raum, insbesondere x-, y- und z-Koordinaten, an denen sich das positionsveränderliche Bauteil bei Verstellung entlang des vorzugsweise mehrdimensionalen Verstellwegs befinden soll. Das Messsystem 10 kann beispielsweise eine Speichereinheit aufweisen, in dem die Soll-Positionsdaten hinterlegt sind.
Durch einen Vergleich der Ist-Positionsdaten mit den Soll-Positionsdaten können Kalibrierungsinformationen gewonnen werden, die zur Kalibrierung des Druckkopfs 2 verwendet werden können. Beispielsweise werden die Abweichungen zwischen den Ist-Positionsdaten und den Soll-Positionsdaten ermittelt und basierend auf den Abweichungen Kalibrierungsinformationen, beispielsweise in Form von Verstellgrößen ermittelt, basierend auf denen der Druckkopf 2 verstellt werden muss, um dessen Kalibrierung zu erreichen. Die Kalibrierungsinformationen bzw. die Verstellgrößen werden vorzugsweise durch die Recheneinheit 12 ermittelt. Vorzugsweise kann die Rechnereinheit 12 zur Durchführung einer Optimierungsroutine ausgebildet sein, um basierend auf einer Vielzahl von Positionswerten in den Ist-Positionsdaten und von Positionswerten in den Soll-Positionsdaten die zur Kalibrierung des Druckkopf 2 am besten geeigneten Verstellgrößen zu ermitteln. Die Verstellgrößen können beispielsweise angeben, um welchen Betrag und in welche Richtung das positionsveränderliche Bauteil verfahren bzw. verschwenkt werden muss.
Die gewonnenen Kalibrierungsinformationen bzw. die Verstellgrößen werden durch das Messsystem 10 an der Schnittstelle 13 bereitgestellt.
Die Kalibrierung des Druckkopfs 2 basierend auf den Kalibrierungsinformationen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. In einem ersten Ausführungsbeispiel können die Kalibrierungsinformationen direkt an die jeweilige Druckstation 3 übertragen und damit eine Kalibrierung des Druckkopfs 2 vorgenommen werden. Beispielsweise werden Aktuatoren, insbesondere motorische Antriebe, die eine Verstellung der Position des Druckkopfs 2 in der Druckstation 3 bewirken, basierend auf den Kalibrierungsinformationen angesteuert, so dass der Druckkopf 2 in eine kalibrierte Position verfahren wird. Es kann auch eine Zwischenspeicherung in einer Speichereinheit des Messsystems 10 vorgenommen werden.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird, wie in 3 gezeigt, wird die Kalibrierungsinformation in einer der Druckstation 3 zugeordneten Speichereinheit 5 abgespeichert. Dies ist insbesondere bei als auswechselbare Druckmodule 20 ausgebildeten Druckstationen 3 vorteilhaft. Durch die in der Druckstation 3 bzw. im Druckmodul 20 abgespeicherte Kalibrierungsinformation ist es möglich, dass jede Druckstation 3 sich ohne Zugriff auf eine zentrale Speichereinheit kalibriert. Beispielsweise können Kalibrierungsinformation nach einer Wartung bzw. Instandsetzung von Komponenten eines Druckmoduls 20 durch das Messsystem 10 fernab von dem Aufstellort der Vorrichtung 1 bestimmt und in dem Druckmodul 20 abgespeichert werden. Die eigentliche Kalibrierung findet anschließend nach dem Verbinden des Druckmoduls 20 mit an dem Rotor 6 vorgesehenen Anschlussstellen statt. In anderen Worten wird der Druckkopf 2 des jeweiligen Druckmoduls 20 nach dem Anbringen des Druckmoduls 20 an den Rotor 6 basierend auf den in der Speichereinheit 5 abgelegten Kalibrierungsinformationen kalibriert.
In einem dritten Ausführungsbeispiel wird, wie in 4 gezeigt, die Kalibrierungsinformation in einer der Druckvorrichtung 1 zugeordneten Speichereinheit 14 abgespeichert. Die der Druckvorrichtung 1 zugeordnete Speichereinheit 14 kann insbesondere eine zentrale Speichereinheit sein, die mit sämtlichen Druckstationen 3 der Druckvorrichtung 1 gekoppelt ist, so dass in dieser Speichereinheit 14 den jeweiligen Druckstationen 3 zugeordnete Kalibrierungsinformationen ablegbar sind. Bei Bedarf, beispielsweise bei der Inbetriebnahme der Druckvorrichtung 1 oder aber auch bei einer Zwischenkalibrierung können die Kalibrierungsinformationen ausgelesen und an die jeweiligen Druckstationen 3 übertragen werden, so dass diese basierend auf den Kalibrierungsinformationen die Kalibrierung der Druckköpfe 2 vornehmen können. Alternativ kann die Speichereinheit auch im Messsystem 10 vorgesehen sein bzw. diesem Messsystem 10 zugeordnet sein.
Das Messsystem kann vorzugsweise an die gegebene Ausbildung der Druckstation 3 bzw. der Druckvorrichtung 1 angepasst sein. Für den Fall, dass die Druckstationen 3 als austauschbare Druckmodule 20 ausgebildet sind, kann das Messsystem 10 zur Aufnahme jeweils eines Druckmoduls 20 ausgebildet sein. Beispielsweise kann an dem Messsystem 10 eine Halterung, eine Aufnahme oder ein Anschlag vorgesehen sein, mittels der/dem das Druckmodul 20 in einer gewünschten Relativposition zur Messeinrichtung ausrichtbar ist. Auch andere Maßnahmen sind denkbar.
Für den Fall, dass die Druckstationen 3 nicht austauschbar am Rotor 6 vorgesehen sind bzw. für den Fall, dass mehrere Druckstationen 3 bei Anordnung am Rotor 6 vermessen bzw. kalibriert werden sollen, kann das Messsystem 10, wie in 4 gezeigt, vor dem die Druckstationen 3 aufweisenden Rotor 6 platziert werden. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 11 auf einem Stativ o.ä. in Höhe der Druckköpfe 2 vor dem Rotor 6 platziert werden, und zwar derart, dass eine Aufnahme von Messinformationen des Druckkopfs 2 bzw. eines Druckkopfträgers 4 möglich ist.
Bei der Berechnung der Ist-Positionsdaten aus den von der Messeinrichtung 11 erhaltenen Messinformationen kann als Bezugspunkt ein nicht mit dem positionsveränderlichen Bauteil mitbewegter Bereich der Druckstation 3 verwendet werden. Dies kann insbesondere die Aufnahme 21 zur Halterung einer Halte- und Zentriereinheit sein oder, für den Fall, dass die Halte- und Zentriereinheit Bestandteil der Druckstation 3 ist, ein Bereich der Halte- und Zentriereinheit selbst.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Vermessung bzw. Kalibrierung der Druckstation 3 in mehreren Schritten vollzogen. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit bei der Druckstationskalibrierung erreicht werden. Die Vermessung kann insbesondere in zwei getrennten Schritten durchgeführt werden. In einem ersten Schritt wird beispielsweise die Lage des Druckkopfträgers 4, mittels dem der Druckkopf 2 positionsveränderlich in der Druckstation 3 gehalten ist, vermessen, und zwar bei Bewegung desselben über einen Teil dessen Verstellbereichs oder über den gesamten Verstellbereich. Diese Vermessung des Druckkopfträgers 4 kann vorzugsweise bei demontiertem Druckkopf 2 erfolgen. Während des ersten Schritts wird damit ein erster Satz von Messinformationen erhalten, der Informationen über die Ist-Position des Druckkopfträgers 4 in unterschiedlichen Verstellpositionen enthält. Dieser erste Satz von Messinformationen kann beispielsweise in der zentralen Speichereinheit 14 oder der der Druckstation 3 zugeordneten Speichereinheit 5 abgelegt werden.
Anschließend bzw. im zeitlichen Versatz zu dem ersten Vermessungsschritt wird ein zweiter Vermessungsschritt durchgeführt, bei dem die Lage des Druckkopfs 2 vermessen wird, und zwar bei Bewegung desselben über einen Teil dessen Verstellbereichs oder über den gesamten Verstellbereich. In anderen Worten ist zwischen dem ersten Vermessungsschritt und dem zweiten Vermessungsschritt ein Einbau des Druckkopfs 2 auf den Druckkopfträger 4 erfolgt. Bei der Vermessung des Druckkopfs 2 kann, wie zuvor beschrieben, ein bestimmter Bereich des Druckkopfs 2 als Bezugspunkt gewählt werden, beispielsweise eine Referenzfläche des Druckkopfs 2 oder eine Druckkopfdüse 2.1. Die Berechnung der Kalibrierungsinformationen erfolgt anschließend basierend auf den Messinformationen, die im ersten Vermessungsschritt und im zweiten Vermessungsschritt erhalten wurden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Druckvorrichtung
2: Druckkopf
2.1: Druckkopfdüse
3: Druckstation
4: Druckkopfträger
5: Speichereinheit
6: Rotor
7: Behältereinlauf
8: Behälterauslauf
10: Messsystem
11: Messeinrichtung
12: Rechnereinheit
13: Schnittstelle
14: Speichereinheit
20: Druckmodul
21: Aufnahme
MA: Maschinenachse

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 102007050490 A1 [0002]
DE 102012005046 A1 [0004]

Claims

Messsystem zur Vermessung einer einen Druckkopf (2) aufweisenden Druckstation (3), wobei der Druckkopf (2) in seiner Position verstellbar an der Druckstation (3) gehalten ist, wobei das Messsystem (10) folgendes umfasst: – zumindest eine Messeinrichtung (11), die zur Erfassung von Messinformationen eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation (3) während dessen Bewegung ausgebildet ist; – eine Rechnereinheit (12), die zum Empfang der von der Messeinrichtung (11) bereitgestellten Messinformationen ausgebildet ist, wobei die Rechnereinheit (12) zur Ermittlung von Ist-Positionsdaten des positionsveränderlichen Bauteils aus den empfangenen Messinformationen, zum Vergleichen dieser Ist-Positionsdaten mit vorgegebenen Soll-Positionsdaten und zur Ermittlung von Kalibrierinformationen basierend auf den Ist-Positionsdaten und den Soll-Positionsdaten ausgebildet ist; – eine Schnittstelle (13) zur Übertragung der Kalibrierinformationen.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) zur Ermittlung von dreidimensionalen Messinformationen ausgebildet ist.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) eine Kamera, vorzugsweise eine 3D-Kamera oder ein Laserscanner, vorzugsweise ein 3D-Laserscanner ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass positionsveränderliche Bauteil der Druckkopfträger (4) oder ein Bereich des Druckkopfs (2) ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das positionsveränderliche Bauteil zumindest eine Druckkopfdüse (2.1) ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das positionsveränderliche Bauteil zumindest eine Referenzfläche des Druckkopfs (2) ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstation (3) ein austauschbares Druckmodul (20) ist und dass das Messsystem (10) zur lagegenauen Ausrichtung und/oder Halterung und Vermessung dieses Druckmoduls (20) ausgebildet ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (13) zur Kopplung mit einer in der Druckstation (3) oder in dem Druckmodul (20) vorgesehenen Speichereinheit (5) und zur Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Speichereinheit (5) ausgebildet ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (13) zur Kopplung mit einer zentralen Speichereinheit (14) und Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Speichereinheit (14) ausgebildet ist, wobei die Speichereinheit (14) – Teil einer Druckvorrichtung (1) für eine Vielzahl von Druckstationen (3) und/oder Druckmodulen (30) ist oder – Teil eines zentralen Servers und/oder eine Datencloud ist.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (12) zur Ermittlung von Kalibrierinformationen ausgebildet ist, die Bewegungsinformationen für das positionsveränderliche Bauteil zur Kalibrierung desselben auf eine Sollposition enthalten.
Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur exakten Positionierung und/oder Ausrichtung der Messeinrichtung (11) relativ zur Druckstation (3) vorgesehen sind.
Verfahren zur Kalibrierung von einen Druckkopf (2) aufweisenden Druckstationen (3) umfassend folgende Schritte: – Bereitstellen einer Messeinrichtung (11), die zur Erfassung von Messinformationen eines positionsveränderlichen Bauteils der Druckstation (3) ausgebildet ist; – Bewegen des positionsveränderlichen Bauteils relativ zur Messeinrichtung (11); – Erfassen von Messinformationen während der Bewegung des positionsveränderlichen Bauteils durch die Messeinrichtung (11); – Übertragen der Messinformationen an eine Rechnereinheit; – Ermitteln von Ist-Positionsdaten aus den Messinformationen; – Ermitteln von Kalibrierinformationen aus den Ist-Positionsdaten und vorgegebenen Soll-Positionsdaten; – Kalibrieren des Druckkopfs (2) basierend auf den Kalibrierinformationen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das positionsveränderliche Bauteil während dem Erfassen der Messinformationen zumindest in zwei, vorzugsweise drei unabhängige Raumrichtungen verfahren und/oder um zumindest eine Schwenkachse verschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Messinformationen eines Druckkopfträgers (4) und/oder eines Bereich des Druckkopfs (2), insbesondere zumindest einer Druckkopfdüse (2.1) oder einer Referenzfläche des Druckkopfs (2) gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierverfahren zweistufig durchgeführt wird, wobei in einem ersten Messschritt zunächst ein Satz von Messinformationen hinsichtlich des bewegten Druckkopfträgers (4) und in einem zweiten Messschritt ein Satz von Messinformationen hinsichtlich eines Bereichs des bewegten Druckkopfs (2), insbesondere zumindest einer Druckkopfdüse (2.1) oder einer Referenzfläche des Druckkopfs (2) ermittelt wird und dass basierend auf den in dem ersten und zweiten Messschritt ermittelten Messinformationen die Kalibrierinformationen ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstation (3) unmittelbar durch die ermittelten Kalibrierinformationen kalibriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierinformationen in einer zentralen, für mehrere Druckstationen (3) vorgesehenen Speichereinheit (14) abgelegt werden und die jeweilige Druckstation (3) nach der Übertragung der Kalibrierinformationen an diese Druckstation (3) anhand dieser Kalibrierinformationen kalibriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierinformationen in einer in der jeweiligen Druckstation (3) vorgesehenen Speichereinheit (5) abgelegt werden und die Druckstation (3) unter Verwendung dieser in der Speichereinheit (5) abgespeicherten Kalibrierinformationen kalibriert wird.