DE102018132933A1

DE102018132933A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals abhängig von einem Sensorsignal

Info

Publication number: DE102018132933A1
Application number: DE102018132933.4A
Authority: DE
Inventors: Werner Zollner; Michael Mayr
Original assignee: Canon Production Printing Holding BV
Current assignee: Canon Production Printing Holding BV
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20200198380A1; US11407240B2

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals (36) mit einer Sensoreinheit (32) und einer Steuereinheit (20). Die Sensoreinheit (32) ist ausgebildet ist, auf Grundlage einer durch die Sensoreinheit (32) ermittelten Messgröße ein Sensorsignal (34) zu erzeugen. Die Steuereinheit (20) ist ausgebildet, eine Anzahl von Impulsen eines durch einen Taktgeber (38) erzeugten Taktsignals (39) zu ermitteln, die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) erzeugt werden. Die Steuereinheit (20) ist ferner ausgebildet, ein als Impulsfolge ausgebildetes Zwischentaktsignal (54) zu erzeugen, wobei die Periodendauer des Zwischentaktsignals (54) gleich der Periodendauer des Taktsignals (39) multipliziert mit einem Faktor ist, der gleich der ermittelten Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) geteilt durch einen vorbestimmten Divisor ist. Mit Hilfe des Zwischentaktsignals (54) erzeugt die Steuereinheit (20) das Ausgangssignal (36).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals abhängig von einem Sensorsignal.
Um qualitativ hochwertige und hochaufgelöste Druckerzeugnisse drucken zu können, muss die Ansteuerung von Druckeinheiten, beispielsweise Tintenstrahldruckköpfen mit einer zur Geschwindigkeit eines zu bedruckenden Mediums oder des Transportmittels zum Transport des zu bedruckenden Mediums direkt proportionalen Ansteuerfrequenz erfolgen. Schon geringe Abweichungen zwischen der Ansteuerfrequenz und der Geschwindigkeit des zu bedruckenden Mediums bzw. des Transportmittels führen zu sichtbaren Störungen im Druckbild. Insbesondere eine Änderung der Geschwindigkeit muss schnell zu einer Änderung der Ansteuerfrequenz führen.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeit des zu bedruckenden Mediums oder des Transportmittels zum Transport des zu bedruckenden Mediums wird üblicherweise ein als Sensor dienender Encoder verwendet. Der Encoder kann dabei in direktem Kontakt mit dem Transportmittel stehen, wobei der Encoder beispielsweise ein über ein Reibrad mit dem Transportmittel verbundener Drehgeber ist. Es ist auch möglich, den Drehgeber an einer Lagerwelle einer Transportwalze anzubringen. Hierbei kann es insbesondere durch Schlupf, Verschmutzung oder eine unstetige Oberfläche des Transportmittels zu Ungenauigkeiten bei den Messergebnissen kommen. Auch die Geschwindigkeitssignale, die direkt aus einer Antriebssteuerung ermittelt werden, haben nicht einen ausreichend exakten Bezug zur Geschwindigkeit des zu bedruckenden Mediums oder des Transportmittels zum Transport des zu bedruckenden Mediums.
Alternativ können optische Encoder verwendet werden. Diese haben jedoch bisher nicht die insbesondere für Druckanwendungen benötigte Auflösung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals abhängig von einem Sensorsignal anzugeben, die eine verlustfreie Auflösungsanpassung des Sensorsignals bei hoher Reaktionsgeschwindigkeit ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 10 wird erreicht, dass ein als erste Impulsfolge ausgebildetes Sensorsignal in ein als zweite Impulsfolge ausgebildetes Zwischentaktsignal umgewandelt wird. Insbesondere kann die erste Impulsfolge eine erste räumliche und/oder zeitliche Auflösung aufweisen und die zweite Impulsfolge eine zweite von der ersten Auflösung verschiedene räumliche und/oder zeitliche Auflösung. Die Vorrichtung und das Verfahren lassen sich einfach mit Hilfe einfacher integrierter Schaltkreise, wie beispielsweise eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA), eines Complex Programmable Logic Devices (CPLD) oder eines digitalen Signalprozessors, realisieren, so dass eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit gegeben ist.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die die Vorrichtung und das Verfahren anhand von zwei Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zum Bedrucken eines zu bedruckenden Mediums;
2 Komponenten einer Vorrichtung zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals;
3 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 ein Impulsdiagramm zweier Messsignale und eines Sensorsignals einer Sensoreinheit der Vorrichtung nach 3;
5 jeweils ein Impulsdiagramm des Sensorsignals und eines Taktsignals sowie den zeitlichen Verlauf des Werts eines ersten Zählers und eines zweiten Zählers der Vorrichtung nach 3;
6 die zeitlichen Verläufe der Werte des ersten Zählers und des zweiten Zählers sowie jeweils ein Impulsdiagramm eines ersten Vorsignals und eines zweiten Vorsignals und eines Zwischentaktsignals der Vorrichtung nach 3;
7 jeweils ein Impulsdiagramm verschiedener Signale wie sie im Betrieb der Vorrichtung nach 3 beim Auftreten von Jitter oder anderen Sensorfehlern erzeugt werden;
8 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
9 die zeitlichen Verläufe der Werte eines ersten Zählers, eines zweiten Zählers und eines Zwischentaktzählers sowie ein Impulsdiagramm eines Zwischentaktsignals der Vorrichtung nach 8.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Bedrucken eines zu bedruckenden Mediums 12 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Druckeinheit 14 mit Druckköpfen 16 und eine Steuereinheit 20 zum Steuern der Druckeinheit 14. Beispielhaft ist hier ein Transportband 18 zum Transport des zu bedruckenden Mediums 12 relativ zu der Druckeinheit 14 gezeigt. Alternativ können auch bandförmige Medien bedruckt werden, bei denen ein solches Transportband nicht erforderlich ist.
Das Transportband 18 bzw. das bandförmige Medium wird von einer Antriebsrolle 22 angetrieben und läuft über eine Umlenkrolle 24. Die Antriebseinheit der Antriebsrolle 22 wird von einer Motorsteuereinheit 26 mit Hilfe von Motorsteuersignalen 28 angesteuert. In einer alternativen Ausführungsform wird ein bandförmiges Medium der Antriebsrolle 22 von einem Abwickler zugeführt und nach der Umlenkrolle 24 von einem Aufwickler aufgenommen.
Die Steuereinheit 20 ist mit einer Eingabeeinheit 30 zum Eingeben von Steuerbefehlen und/oder Parametern für die Steuerung der Druckeinheit 14 verbunden. Die Steuereinheit 20 ist ferner mit einer Sensoreinheit verbunden, die ein Sensorsignal 34 in Abhängigkeit eines von dem zu bedruckenden Mediums 12 zurückgelegten Wegs an die Steuereinheit 20 übermittelt. Die Steuereinheit 20 wird beispielsweise als Schaltungsstruktur mit Hilfe eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) oder eines Complex Programmable Logic Devices (CPLD) oder eines digitalen Signalprozessors realisiert.
Die Sensoreinheit ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein optischer Encoder 32a ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinheit auch als ein an der Antriebsrolle 22 oder einer anderen Rolle des Transportbands 18, z.B. der Umlenkrolle 24 angeordneter Drehgeber 32b oder als über ein Reibrad mit dem Transportband 18 oder dem bandförmigen zu bedruckenden Medium verbundener Drehgeber 32c ausgebildet sein. Eine weitere Alternative ist, das Sensorsignal 34 aus den Motorsteuersignalen 28 zu ermitteln.
Auf Grundlage des Sensorsignals 34 erzeugt die Steuereinheit 20 ein Ausgangssignal 36, das zum Steuern der Druckeinheit 14 verwendet wird. Die Steuereinheit 20 und die Sensoreinheit 32a, 32b, 32c bilden somit ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals 36 nach Patentanspruch 1.
Die Vorrichtung ist nachfolgend anhand von 2 näher beschrieben und dort mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet.
2 zeigt Komponenten der Vorrichtung 100 zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals 36. Komponenten mit gleichem Aufbau und/oder gleicher Funktion sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Für die Sensoreinheiten 32a bis 32c wird insgesamt das Bezugszeichen 32 verwendet.
Die Vorrichtung 100 erzeugt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem Sensorsignal 34 der Sensoreinheit 32, das beispielhaft eine Auflösung von 4 µm hat, das Ausgangssignal 36, das beispielhaft eine Auflösung von 1/7200 Zoll hat. Mit Hilfe der Eingabeeinheit 30 kann insbesondere eine gewünschte Auflösung des Ausgangssignals 36 in die Steuereinheit 20 eingegeben werden.
Durch die Vorrichtung 100 wird eine Erhöhung der Auflösung der Sensoreinheit 32 erreicht, wobei zugleich eine Umwandlung des metrischen Sensorsignals 34 in das zöllige angloamerikanische Maßsystem, das insbesondere in Druckanwendungen Verwendung findet, durchgeführt wird. Die Erhöhung der Auflösung und die Umrechnung zwischen Maßsystemen wird weiter unten anhand von zwei Ausführungsformen der Vorrichtung 100 näher erläutert, die anhand der 3 bis 9 beschrieben und dort mit den Bezugszeichen 100a bzw. 100b bezeichnet sind.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100a zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals 36 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung 100a umfasst eine Steuereinheit 20a und die Sensoreinheit 32.
Die Sensoreinheit 32 hat in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Signalverarbeitungseinheit 42 und erzeugt zwei Messsignale 40a, 40b in Abhängigkeit von dem von dem zu bedruckenden Medium 12 oder von dem Transportband 18 zurückgelegten Weg. Die beiden Messsignale 40a, 40b sind jeweils als Impulsfolge von Rechteckimpulsen ausgebildet. Das erste Messsignal 40a und das zweite Messsignal 40b sind um eine Viertelperiode zueinander versetzt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Auflösung der beiden Messsignale 40a, 40b jeweils 4 µm, d.h. eine Periode eines der beiden Messsignale 40a, 40b entspricht jeweils einer von dem zu bedruckenden Medium 12 oder dem Transportband 18 zurückgelegten Strecke von 4 µm.
Die erste Signalverarbeitungseinheit 42 der Sensoreinheit 32 erzeugt aus den beiden Messsignalen 40a, 40b das Sensorsignal 34. Wie in 4 gezeigt, wird für jede Flanke 68a und 68b des ersten Messsignals 40a und jede Flanke 69a und 69b des zweiten Messsignals 40b durch die erste Signalverarbeitungseinheit 42 ein kurzer Impuls 70a bis 70e in dem Sensorsignal 34 erzeugt. Durch die Erfassung jeder Flanke 68a, 68b, 69a, 69b der beiden um eine Viertelperiode zueinander versetzten Messsignale 40a, 40b erhält man eine um den Faktor 4 höhere Auflösung als bei Betrachtung nur eines der beiden Messsignale 40a, 40b, d.h. die Periode des Sensorsignals 34 ist um den Faktor 4 kürzer als die jeweilige Periode der beiden Messsignale 40a, 40b. Da das Sensorsignal 34 eine viermal höhere Auflösung als die beiden Messsignale 40a, 40b hat, wird es auch als Quadratursignal bezeichnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Auflösung des Sensorsignals 34 somit 1 µm. Das Sensorsignal 34 wird an die Steuereinheit 20a übermittelt. Die beiden Messsignale 40a, 40b und das Sensorsignal 34 werden in Verbindung mit 4 weiter unten näher beschrieben.
In einer alternativen Ausführungsform übermittelt die Sensoreinheit 32 die beiden Messsignale 40a, 40b als Sensorsignal 36 an die Steuereinheit 20a aus, die daraus wie oben beschrieben ein Quadratursignal erzeugt und dieses wie unten beschrieben weiterverarbeitet.
Die Steuereinheit 20a umfasst einem Taktgeber 38, der ein als Impulsfolge ausgebildetes Taktsignal 39 (siehe 5, 7 und 9) erzeugt, eine zweite Signalverarbeitungseinheit 44, eine dritte Signalverarbeitungseinheit 50, eine vierte Signalverarbeitungseinheit 56 und eine Fehlerkorrektureinheit 58. Die vorgenannten Elemente 38, 44, 50, 56, 58 der Steuereinheit 20a sind vorzugsweise durch die Schaltungsstruktur oder Bauteile eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) oder eines Complex Programmable Logic Devices (CPLD) gebildet. Alternativ können sie durch einen digitalen Signalprozessor bereitgestellt werden.
Die zweite Signalverarbeitungseinheit 44 der Steuereinheit 20a ermittelt eine Anzahl von Impulsen des Taktsignals 39, die zeitlich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Sensorsignals 34 erzeugt werden. Hierzu wird nach Erfassen eines ersten Impulses 70a des Sensorsignals 34 ein erster Zähler erhöht, wann immer ein Impuls des Taktsignals 39 ermittelt wird. Wird ein zweiter auf den ersten Impuls 70a des Sensorsignals 34 folgender Impuls 70b erfasst, wird der momentane Wert des ersten Zählers als erster gespeicherter Wert 48 gespeichert, der erste gespeicherter Wert 48 an die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 übermittelt und der erste Zähler wieder auf null zurückgesetzt. Nach Erfassen des zweiten Impulses 70b des Sensorsignals 34 wird dann ein zweiter Zähler immer dann erhöht, wenn ein Impuls des Taktsignals 39 ermittelt wird. Wird ein dritter auf den zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 folgender Impuls 70c erfasst, wird der momentane Wert des zweiten Zählers als der erste gespeicherte Wert 48 gespeichert, der erste gespeicherter Wert 48 an die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 übermittelt und der zweite Zähler wieder auf null zurückgesetzt. Hiernach beginnt wieder der erste Zähler die Impulse des Taktsignals 39 zu zählen.
Die beiden Zähler zählen abwechselnd die Anzahl von Impulsen des Taktsignals 39, die zeitlich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Sensorsignals 34 erzeugt werden, bis keine Impulse 70a bis 70e des Sensorsignals 34 mehr erfasst werden. Die zeitlichen Verläufe der Werte des ersten und des zweiten Zählers sind in den 5 und 6 gezeigt und dort mit den Bezugszeichen 46a bzw. 46b bezeichnet.
Die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 der Steuereinheit 20a erzeugt, beginnend mit dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34, ein als Impulsfolge ausgebildetes erstes Vorsignal, das in 6 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 52a bezeichnet ist. Die Periodendauer des ersten Vorsignals 52a ist gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit einem Faktor, der gleich dem zuletzt übermittelten ersten gespeicherten Wert, d.h. der durch die zweite Signalverarbeitungseinheit 44 ermittelten Anzahl an Impulsen des Taktsignals, die zwischen dem ersten Impuls 70a des Sensorsignals 34 und dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 ermittelt wurden, geteilt durch einen vorbestimmten Divisor ist.
Die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 stoppt die Erzeugung des ersten Vorsignals 52a, wenn diese den dritten Impuls 70c des Sensorsignals 34 erfasst oder eine voreingestellte Anzahl Impulse des ersten Vorsignals 52a erzeugt wurden, die gleich dem Divisor ist, und erzeugt ein als Impulsfolge ausgebildetes zweites Vorsignal, das in 6 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen 52b bezeichnet ist. Die Periodendauer des zweiten Vorsignals 52b ist gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit einem Faktor, der gleich dem zuletzt übermittelten ersten gespeicherten Wert, d.h. der durch die zweite Signalverarbeitungseinheit 44 ermittelte Anzahl an Impulsen des Taktsignals, die zwischen dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 und dem dritten Impuls 70c des Sensorsignals 34 ermittelt wurden, geteilt durch den vorbestimmten Divisor, ist.
Die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 stoppt die Erzeugung des zweiten Vorsignals 52b, wenn diese einen auf den dritten Impuls 70c des Sensorsignals 34 folgenden vierten Impuls 70d erfasst oder eine Anzahl Impulse des zweiten Vorsignals 52b erzeugt wurden, die gleich dem Divisor ist, und erzeugt wieder das erste Vorsignal 52a.
Die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 erzeugt abwechselnd das erste Vorsignal 52a und das zweite Vorsignal 52b, bis keine Impulse 70a bis 70e des Sensorsignals 34 mehr erfasst werden. Die Periodendauer des ersten Vorsignals 52a bzw. die Periodendauer des zweiten Vorsignals 52b sind jeweils gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit einem Faktor, der gleich dem zuletzt übermittelten ersten gespeicherten Wert geteilt durch den vorbestimmten Divisor ist.
Aus dem im Wechsel erzeugten ersten Vorsignal 52a und zweiten Vorsignal 52b erzeugt die dritte Signalverarbeitungseinheit 50 ein Zwischentaktsignal 54, das weiter unten anhand von 6 noch näher beschrieben wird, und übermittelt dieses an die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 der Steuereinheit 20a und an die Fehlerkorrektureinheit 58. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der vorbestimmte Divisor gleich vier. Damit hat das Zwischentaktsignal 54 eine angenommene Auflösung von 0,25 µm.
Die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 der Steuereinheit 20a erzeugt mit Hilfe des Zwischentaktsignals 54 das Ausgangssignal 36. Hierzu zählt die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 eine erste Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen des Zwischentaktsignals 54 und speichert die erste Anzahl als einen zweiten gespeicherten Wert. Wenn der zweite gespeicherte Wert einen ersten Sollwert erreicht hat, erzeugt die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 eine Signaländerung in dem Ausgangssignal 36. Beispielsweise erzeugt die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 einen Impuls oder eine Flanke in dem Ausgangssignal 36.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sollen die beiden mit Hilfe der Sensoreinheit 32 erzeugten Messsignale 40a, 40b mit einer Auflösung von 4 µm in das Ausgangssignal 36 mit einer Auflösung von 1/7200 Zoll = 3,527 µm umgewandelt werden. Hierzu werden zunächst achtmal durch die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 jeweils 14 Impulse des Zwischentaktsignals 54 gezählt, bevor eine Signaländerung in dem Ausgangssignal 36 erzeugt wird. Die Abstände zwischen zwei Signaländerungen des Ausgangssignals 36 entsprechen in diesem Fall jeweils einer von dem zu bedruckenden Medium 12 oder dem Transportband 18 zurückgelegten Strecke von 3,5 µm. Der Fehler zwischen der erwünschten Auflösung von 1/7200 Zoll = 3,527 µm und der tatsächlichen Auflösung des Ausgangssignals 36 beträgt -0,027 µm. Über acht Perioden des Ausgangssignals addiert sich dieser Fehler zu - 0,22216 µm auf. Nach dem die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 achtmal jeweils 14 Impulse des Zwischentaktsignals 54 gezählt hat, zählt die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 fünfzehn Impulse des Zwischentaktsignals 54. Die Abstände zwischen zwei Signaländerungen des Ausgangssignals 36 entsprechen dann einer von dem zu bedruckenden Medium 12 oder dem Transportband 18 zurückgelegten Strecke von 3,75 µm. Der Fehler zwischen der erwünschten Auflösung von 1/7200 Zoll = 3,527 µm und der tatsächlichen Auflösung des Ausgangssignals 36 beträgt hier nun 0,222 µm.
Über die insgesamt neun erzeugten Perioden des Ausgangssignals 36 ergibt sich eine mittlere Auflösung von (8× (14×0,25 pm) +1× (15×0,25 µm)) /9 = 3,527 µm = 1/7200 Zoll. Dies bedeutet, dass nach acht Perioden des Ausgangssignals eine maximale Abweichung von der erwünschten Auflösung von 1/7200 Zoll erreicht ist und nach der neunten Periode keine Abweichung mehr vorhanden ist. Nach der Erzeugung von neun Perioden des Ausgangssignals 36 beginnt der Ablauf zur Erzeugung von neun weiteren Perioden des Ausgangssignals 36 wieder von vorne.
Die Fehlerkorrektureinheit 58 ist optional und umfasst eine Flankenzähleinheit 60, eine Zwischentaktzähleinheit 62 und eine Vergleichseinheit 64. Die Flankenzähleinheit 60 ermittelt eine Anzahl von Impulsen 70a bis 70e des Sensorsignals 34. Die Zwischentaktzähleinheit 62 ermittelt eine Anzahl von Impulsen des Zwischentaktsignals 54. Die Vergleichseinheit 64 ermittelt, ob die Anzahl von Impulsen des Zwischentaktsignals 54, die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals 34 erzeugt werden, gleich einem vorbestimmten zweiten Sollwert ist. Wird eine Abweichung ermittelt, übermittelt die Vergleichseinheit 64 ein Korrektursignal 66 an die vierte Signalverarbeitungseinheit 56.
Wenn die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 das Korrektursignal 66 empfängt, addiert diese den Wert der Differenz zwischen dem vorbestimmten zweiten Sollwert und der zweiten Anzahl zu dem zweiten gespeicherten Wert. Der zweite Sollwert ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleich dem Divisor, d.h. die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 erzeugt das Ausgangssignal 36 immer so, als ob zeitlich zwischen zwei Impulsen des Sensorsignals 34 eine Anzahl von Impulsen des Zwischentaktsignals 54 erzeugt worden wären, die dem Divisor entspricht. Hierdurch wird erreicht, dass bei Störungen wie Jitter keine Fehler akkumuliert werden.
4 zeigt jeweils ein Impulsdiagramm der beiden Messsignale 40a, 40b und des Sensorsignals 34, die durch die Sensoreinheit 32 erzeugt werden. Die in den folgenden Figuren gezeigten Signale der Vorrichtung 100a sind insbesondere als zwischen zwei Spannungswerten (bzw. Logikpegelbereichen) wechselnde elektrische Signale ausgebildet.
Ein erster Spannungswert, beispielsweise ≤ 0,8V, repräsentiert eine logische Null, und ein zweiter Spannungswert, beispielsweise ≥ 2,0V, repräsentiert eine logische Eins. Die Signale sind jeweils als zeitliche Abfolge von logischen Nullen (dargestellt als untere, waagerechte Linie) und logischen Einsen (darstellt als obere, waagerechte Linie) gezeigt. Die Zeitachse t des Diagramms verläuft in der 4 von links nach rechts.
Die beiden Messsignale 40a, 40b sind jeweils als Impulsfolge von Rechteckimpulsen mit einem Tastgrad von beispielsweise 50% ausgebildet. Für jede Flanke 68a, 68b des ersten Messsignals 40a und jede Flanke 69a, 69b des zweiten Messsignals 40b weist das Sensorsignal 34 einen Impuls 70a bis 70e auf. Die Impulse 70a bis 70e des Sensorsignals 34 sind beispielsweise als Rechteckimpulse mit einem Tastgrad im Bereich zwischen 1 und 10% ausgebildet. Alternativ ist der Tastgrad des Sensorsignals 34 so gewählt, dass die Impulsdauer der Impulse 70a bis 70e des Sensorsignals 34 der Impulsdauer des Taktsignales 38 entspricht.
5 zeigt jeweils ein Impulsdiagramm des Sensorsignals 34 und des Taktsignals 39 sowie die zeitlichen Verläufe der Werte des ersten Zählers 46a und des zweiten Zählers 46b. Die Zeitachse t des Diagramms verläuft in der 5 von links nach rechts.
Der erste Zähler 46a beginnt mit dem ersten Impuls 70a des Sensorsignals 34 die Impulse des Taktsignals 39 zu zählen. Bei dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 hat der erste Zähler 46a einen Wert von 200 erreicht und wird zurück auf den Wert null gesetzt. Mit dem zweiten Impuls 70b beginnt der zweite Zähler 46b die Impulse des Taktsignals 39 zu zählen. Bei dem dritten Impuls 70c des Sensorsignals 34 hat der zweite Zähler 46b einen Wert von 197 erreicht und wird zurück auf den Wert null gesetzt. Mit dem dritten Impuls 70c beginnt wieder der erste Zähler 46a die Impulse des Taktsignals 39 zu zählen.
6 zeigt den zeitlichen Verlauf des Werts des ersten Zählers 46a und des zweiten Zählers 46b sowie jeweils ein Impulsdiagramm des ersten Vorsignals 52a und des zweiten Vorsignals 52b und des Zwischentaktsignals 54. Die Zeitachse t des Diagramms verläuft in der 6 von links nach rechts.
Hat der erste Zähler 46a den Wert von 200 erreicht, d.h. zum Zeitpunkt des zweiten Impulses 70b des Sensorsignals 34 in 5, und wird zurück auf den Wert null gesetzt, wird in dem ersten Vorsignal 52a eine vier Perioden lange erste Impulsfolge 72 von Rechteckimpulsen mit einem Tastgrad von 50% erzeugt. Die Periodendauer T1 der ersten Impulsfolge 72 ist dabei gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit einem Faktor, der gleich dem letzten Wert des ersten Zählers, d.h. in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel 200, geteilt durch den vorbestimmten Divisor ist, d.h. in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel vier, und abgerundet auf eine ganze Zahl ist. Der Faktor für die Ermittlung der Periodendauer T1 der ersten Impulsfolge 72 ist in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel somit gleich 50.
Wird der zweite Impuls 70b detektiert, beginnt der zweite Zähler 46b die Takte des Taktsignals 39 zu zählen. Zum Zeitpunkt des dritten Impulses 70c des Sensorsignals 34 in 5 hat der zweite Zähler 46b den Wert von 197 erreicht und wird zurück auf den Wert null gesetzt. Anschließend, d.h. ab Detektion des dritten Impulses 70c wird in dem zweiten Vorsignal 52b eine zweite Impulsfolge 73 von Rechteckimpulsen mit einem Tastgrad von 50% erzeugt. Die Periodendauer T2 der zweiten Impulsfolge 73 ist dabei gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit einem Faktor, der gleich dem letzten Wert des zweiten Zählers, d.h. in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel 197, geteilt durch den vorbestimmten Divisor, d.h. in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel vier, und abgerundet auf eine ganze Zahl ist. Der Faktor für die Ermittlung der Periodendauer T2 der zweiten Impulsfolge 73 ist in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel somit gleich 49. Aufgrund des Abstands zum nächsten Impuls der Impulsfolge des Sensorsignals 34 werden Impulse mit vier Perioden erzeugt.
Bei dem nächsten Impuls des Sensorsignals wird der zweite Zähler 46b wieder zurück auf den Wert null gesetzt und der erste Zähler 46a beginnt wieder die Takte des Taktsignals 39 zu zählen und die Abfolge zur Erzeugung des ersten Vorsignals 52a und des zweiten Vorsignals 52b wird wiederholt.
7 zeigt jeweils ein Impulsdiagramm des Sensorsignals 34, des Taktsignals 39, des ersten Vorsignals 52a, des zweiten Vorsignals 52b und des Zwischentaktsignals 54 sowie die zeitlichen Verläufe der Werte des ersten Zählers 46a und des zweiten Zählers 46b. Die Zeitachse t des Diagramms verläuft in der 7 von links nach rechts.
Anhand von 7 ist beispielhaft die Funktionsweise der Fehlerkorrektureinheit 58 der Vorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform nach 3 erläutert. Zunächst wird die erste Impulsfolge 72 in dem ersten Vorsignal 52a so erzeugt, wie anhand von 6 beschrieben. Bei der darauffolgenden Erzeugung der zweiten Impulsfolge 73 zählt der erste Zähler 46a nicht wie in 6 199 Impulse des Taktsignals 39, sondern nur 165, da der vierte Impuls 70d des Sensorsignals 34 früher erzeugt wurde. Dies ist beispielsweise beim Auftreten von Jitter der Fall. Da eine Periode der zweiten Impulsfolge 73 24 Perioden der Impulse des Taktsignals 39 entspricht, werden nur weniger als drei Perioden der zweiten Impulsfolge 73 in dem zweiten Vorsignal 52b erzeugt, bevor der erste Zähler zurück auf den Wert null gesetzt und die Erzeugung der zweiten Impulsfolge 73 in dem zweiten Vorsignal 52b gestoppt wird.
Die Diskrepanz zwischen dem zweiten Sollwert, d.h. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vier Perioden des ersten bzw. zweiten Vorsignals 46a, 46b zwischen zwei Impulsen des Sensorsignals 34, und dem Istwert, d.h. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nur drei Perioden des ersten Vorsignals 46a zwischen dem dritten Impuls 70c und dem vierten Impuls 70d des Sensorsignals 34, wird durch die anhand von 3 beschriebene Fehlerkorrektureinheit 58 ermittelt und als Korrektursignal 66 an die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 übermittelt. Die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 kompensiert diese Diskrepanz mit Hilfe des in Verbindung mit 3 beschrieben Verfahrens.
Nachdem der erste Zähler 46a zurück auf den Wert null gesetzt und die Erzeugung der zweiten Impulsfolge 73 in dem zweiten Vorsignal 52b gestoppt wurde, wird eine vier Perioden lange dritte Impulsfolge 74 von Rechteckimpulsen mit einem Tastverhältnis von 50% in dem ersten Vorsignal 52a erzeugt. Weil der des Sensorsignals 34 früher als erwartet erzeugt wurde, zählt der zweite Zähler 46b bis zum Erfassen eines auf den vierten Impuls 70d folgenden fünften Impuls 70e 236 Impulse des Taktsignals. Da eine Periode der dritten Impulsfolge 74 41 Perioden des Taktsignals entsprechen, vergehen 72 Perioden des Taktsignals, bevor eine weitere Impulsfolge in dem zweiten Vorsignal 52b erzeugt wird. Hierdurch entsteht eine Lücke 75 in der Impulsfolge des Zwischentaktsignals 54. Die Gesamtanzahl der Impulse wird hierdurch jedoch nicht fehlerhaft.
8 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100b zum Erzeugen des als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals 36 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Vorrichtung 100b umfasst eine Steuereinheit 20b und die Sensoreinheit 32. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Sensoreinheit 32 erzeugt das Sensorsignal 34 so, wie anhand der 3 und 4 beschrieben. Die Sensoreinheit 32 übermittelt das Sensorsignal 34 an die Steuereinheit 20b.
Die Steuereinheit 20b umfasst die zweite Signalverarbeitungseinheit 44, eine Periodenerzeugungseinheit 76 eine Zwischentakterzeugungseinheit 78, eine Zwischentaktzähleinheit 80 und die vierte Signalverarbeitungseinheit 56. Die vorgenannten Elemente 44, 76, 78, 80, 56 der Steuereinheit 20b sind vorzugsweise durch die Schaltungsstruktur oder Bauteile eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) oder eines Complex Programmable Logic Device (CPLD) ausgebildet. Alternativ können sie durch einen digitalen Signalprozessor bereitgestellt werden.
Die zweite Signalverarbeitungseinheit 44 der Steuereinheit 20b ermittelt die Anzahl von Impulsen des Taktsignals 39, die zeitlich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Sensorsignals 34 erzeugt werden, so, wie anhand von 3 beschrieben.
Die Periodenerzeugungseinheit 76 teilt die durch die zweite Signalverarbeitungseinheit 44 ermittelte Anzahl von Impulsen des Taktsignals 39, die zeitlich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen des Sensorsignals 34 erzeugt werden, durch den vorbestimmten Divisor und übermittelt das Ergebnis an die Zwischentakterzeugungseinheit 78. Die Zwischentakterzeugungseinheit 78 erzeugt das als Impulsfolge von Rechteckimpulsen mit einem Tastverhältnis von 50% ausgebildete Zwischentaktsignal 54. Die Periodendauer des Zwischentaktsignals 54 ist gleich der Periodendauer des Taktsignals 39 multipliziert mit dem durch die Periodenerzeugungseinheit 76 übermittelten Ergebnis.
Die Zwischentaktzähleinheit 80 erhöht einen Zwischentaktzähler jeweils um ein Inkrement, wenn die Zwischentaktzähleinheit 80 einen Impuls 70a bis 70e des Sensorsignals 34 erfasst, und vermindert den Zwischentaktzähler um ein Dekrement, wenn die Zwischentaktzähleinheit 80 einen Impuls in dem Zwischentaktsignal 54 erfasst. Das Inkrement ist gleich dem Divisor, d.h. in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleich vier, und das Dekrement gleich eins. Der zeitliche Verlauf des Werts des Zwischentaktzählers ist in 9 dargestellt und dort mit dem Bezugszeichen 82 bezeichnet.
Die vierte Signalverarbeitungseinheit 56 der Steuereinheit 20b erzeugt mit Hilfe des Zwischentaktsignals 54 das Ausgangssignal 36 so, wie anhand von 3 beschrieben. Die Erzeugung des Zwischentaktsignals erfolgt so lange, bis der Zwischentaktzähler 82 der Zwischentaktzähleinheit 80 der Wert null erreicht.
9 zeigt die zeitlichen Verläufe der Werte des ersten Zählers 46a, des zweiten Zählers 46b und des Zwischentaktzählers 82 sowie ein Impulsdiagramm des Zwischentaktsignals 54. Die Zeitachse t des Diagramms verläuft in der 9 von links nach rechts.
Für jeden Impuls 70a bis 70e des Sensorsignals 34 wird der Wert des Zwischentaktzählers 82 um eins erhöht. Der Wert des Zwischentaktzählers 82 beginnt bei dem Wert null. Zwischen dem ersten Impuls 70a und dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 hat der Zwischentaktzähler 82 den Wert vier. Die Zwischensignalerzeugungseinheit 78 beginnt nach dem zweiten Impuls 70b des Sensorsignals 34 die Erzeugung von Impulsen des Zwischentaktsignals 54. Der Zwischentaktzähler 82 hat nach dem zweiten Impuls 70b zunächst den Wert acht. Mit jedem Impuls des Zwischentaktsignals 54 wird der Wert des Zwischentaktzählers 82 um eins verringert. Nach dem dritten Impuls 70c des Sensorsignals 34 erhöht sich der Wert des Zwischentaktzählers 82 von fünf auf acht. Dies wird für nachfolgende Impulse 70 des Sensorsignals 34 solange wiederholt, bis keine Impulse 70 des Sensorsignals 34 mehr erzeugt werden und der Zwischentaktzählers 82 schließlich wieder den Wert null erreicht.
Ausgehend von dem Ausgangssignal 36 kann beispielsweise ein Drucktaktsignal erzeugt werden, in dem abhängig von einer voreingestellten Auflösung 1/7200 Zoll Schritte gezählt werden, bis ein Druckimpuls, beispielsweise zum Ansteuern der Druckköpfe 16 der Druckeinheit 14, erzeugt wird. Der Divisor hat vorzugsweise einen Wert von 2ⁿ, wobei vorzugweise n≤4 ist. Auch andere Werte für den Divisor sind möglich, beispielsweise 3, 5, 7 oder 9.
Durch die zwei anhand der 1 bis 9 beschriebenen Ausführungsformen ist an dem konkreten Beispiel einer Druckanwendung gezeigt, wie sich die Vorrichtung zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals abhängig von einem Sensorsignal zur Steigerung der Auflösung des Sensorsignals nutzen lässt.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Medium
14: Druckeinheit
16: Druckkopf
18: Transportband
20, 20a, 20b: Steuereinheit
22: Antriebsrolle
24: Umlenkrolle
26: Motorsteuereinheit
28: Motorsteuersignal
30: Eingabeeinheit
32: Sensoreinheit
32a: Encoder
32b, 32c: Drehgeber
34: Sensorsignal
36: Ausgangssignal
38: Taktgeber
39: Taktsignal
40a, 40b: Messsignal
42, 44: Signalverarbeitungseinheit
46a, 46b: Zähler
48: Wert
50: Signalverarbeitungseinheit
52a, 52b: Vorsignal
54: Zwischentaktsignal
56: Signalverarbeitungseinheit
58: Fehlerkorrektureinheit
60: Flankenzähleinheit
62: Zwischentaktzähleinheit
64: Vergleichseinheit
66: Korrektursignal
68a, 68b, 69a, 69b: Flanke
70a bis 70e: Impuls
72, 73, 74: Impulsfolge
75: Lücke
76: Periodenerzeugungseinheit
78: Zwischentakterzeugungseinheit
80: Zwischentaktzähleinheit
82: Zwischentaktzähler

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals (36) abhängig von einem Sensorsignal (34), mit einer Sensoreinheit (32), die ausgebildet ist, ein als erste Impulsfolge ausgebildetes Sensorsignal (34) abhängig von einer durch die Sensoreinheit (32) ermittelten Messgröße zu erzeugen; und einer Steuereinheit (20) mit einem Taktgeber (38), der ausgebildet ist, ein als Impulsfolge ausgebildetes Taktsignal (39) zu erzeugen, wobei die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, eine Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) zu ermitteln, die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) erzeugt werden, die ermittelte Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) als ersten gespeicherten Wert (48) zu speichern, ein als zweite Impulsfolge ausgebildetes Zwischentaktsignal (54) zu erzeugen, wobei die Periodendauer des Zwischentaktsignals (54) gleich der Periodendauer des Taktsignals (39) multipliziert mit einem Faktor ist, der gleich dem ersten gespeicherten Wert (48) geteilt durch einen vorbestimmten Divisor ist, und mit Hilfe des Zwischentaktsignals (54) das Ausgangssignal (36) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Sensoreinheit (32) ermittelte Messgröße ein von einem zu bedruckenden Medium (12) oder einem Transportmittel (18) zum Transport des zu bedruckenden Mediums (12) zurückgelegter Weg ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, wenigstens eine erste Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen des Zwischentaktsignals (54) zu zählen, die erste Anzahl als zweiten gespeicherten Wert zu speichern, und wenn der zweite gespeicherte Wert einen ersten Sollwert erreicht hat, eine Signaländerung in dem Ausgangssignal (36) zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, eine zweite Anzahl von Impulsen des Zwischentaktsignals (54) zu ermitteln, die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) erzeugt werden, die zweite Anzahl mit einem vorbestimmten zweiten Sollwert zu vergleichen, und den Wert der Differenz zwischen dem vorbestimmten zweiten Sollwert und der zweiten Anzahl zu dem zweiten gespeicherten Wert zu addieren, wobei der zweite Sollwert vorzugsweise gleich dem Divisor ist.
Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) höchstens eine Anzahl von Impulsen in dem Zwischentaktsignal (54) zu erzeugen, die gleich dem Divisor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, Impulsflanken des Sensorsignals (34) zu erfassen, einen Zähler (46a, 46b) jeweils um ein Inkrement zu erhöhen, wenn die Steuereinheit (20) eine Impulsflanke des Sensorsignals (34) erfasst, und den Zähler (46a, 46b) um ein Dekrement zu vermindern, wenn die Steuereinheit (20) einen Impuls in dem Zwischentaktsignal (34) erzeugt, wobei das Inkrement vorzugsweise gleich dem Divisor und das Dekrement vorzugsweise gleich eins ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) ausgebildet ist, die ermittelte Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39), die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) erzeugt werden, mit einem vorbestimmten dritten Sollwert zu vergleichen, und wenn die ermittelte Anzahl von Impulsen des Taktsignals (37) kleiner ist als der dritte Sollwert, den dritten Sollwert als ersten gespeicherten Wert (48) zu speichern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (32) ausgebildet ist, ein erstes Messsignal (40a) und ein zweites Messsignal (40b) zu erzeugen, die jeweils als Impulsfolge ausgebildet sind und vorzugsweise von dem von dem zu bedruckenden Medium (12) oder dem Transportmittel (18) zum Transport des zu bedruckenden Mediums (12) zurückgelegten Weg abhängig sind, und mit Hilfe des ersten Messsignals (40a) und des zweiten Messsignals (40b) das Sensorsignal (34) zu erzeugen, wobei das erste Messsignal (40a) und das zweite Messsignal (40b) um eine Viertelperiode zueinander versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer des Zwischentaktsignals (54) gleich der Periodendauer des Taktsignals (39) multipliziert mit einem Faktor ist, der gleich der ermittelten Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) geteilt durch den vorbestimmten Divisor und gerundet auf eine ganze Zahl ist, wobei der vorbestimmte Divisor vorzugsweise eine Zweierpotenz ist.
Verfahren zum Erzeugen eines als Impulsfolge ausgebildeten Ausgangssignals abhängig von einem Sensorsignal (34), bei dem ein als erste Impulsfolge ausgebildetes Sensorsignal (34) abhängig von einer durch die Sensoreinheit ermittelten Messgröße erzeugt wird, ein als Impulsfolge ausgebildetes Taktsignal (39) erzeugt wird, eine Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) ermittelt werden, die zeitlich zwischen zwei Impulsflanken des Sensorsignals (34) erzeugt werden, die ermittelte Anzahl von Impulsen des Taktsignals (39) als erster gespeicherter Wert (48) gespeichert werden, ein als zweite Impulsfolge ausgebildetes Zwischentaktsignal (54) erzeugt wird, wobei die Periodendauer des Zwischentaktsignals (54) gleich der Periodendauer des Taktsignals (39) multipliziert mit einem Faktor ist, der gleich dem ersten gespeicherten Wert (48) geteilt durch einen vorbestimmten Divisor ist, und mit Hilfe des Zwischentaktsignals (54) das Ausgangssignal (36) erzeugt wird.