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Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Druckqualitätskontrolle in Inkjet-Druckmaschinen in Form der Überwachung von externen Störeinflüssen mittels eines Systems von Schwingungssensoren an den Druckköpfen der Inkjet-Druckmaschine.
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Die Erfindung liegt im technischen Gebiet der Druckqualitätskontrolle.
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An Inkjet-Druckmaschinen kann es infolge von äußeren Störungen zu unerwünschten Schwingungen der Druckköpfe bzw. der sogenannten Printbar kommen. Diese können zu Relativbewegungen zwischen Druckkopf und Bedruckstoff führen, die in Druckqualitätseinbußen resultieren. Im schlimmsten Fall sind die betroffenen Druckerzeugnisse Makulatur.
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Solche äußeren Störungen, welche die Druckmaschine zu Schwingungen anregen, werden in der Regel über das Fundament in die Struktur der Maschine eingebracht. Dies können z.B. die Vorbeifahrt eines Fahrzeuges, wie eines Gabelstapler, das Absetzen einer schweren Last in der Umgebung der Druckmaschine und vieles mehr sein. Die Störungen machen sich dann bemerkbar, wenn die Relativbewegungen zwischen einem Druckkopf und dem Drucksubstrat eine Größenordnung von ca. 10 µm überschreitet. Die Störung kommt meist als Streifen auf dem Drucksubstrat an. Der Streifenabstand resultiert aus der Schwingungsfrequenz, insbesondere der Eigenfrequenzen der Printbars, und der Druckgeschwindigkeit. Diese Streifen können zu qualitativ ungenügenden Druckerzeugnissen führen.
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Dabei führen die Störungen zu Schwingungsanregungen in allen drei Raumrichtungen. Je nach Lage der entsprechenden Printbar, hinsichtlich der Neigung um die Querachse der Druckmaschine, reagieren diese unterschiedlich auf die Störungen, da die Schwingungsneigung der Printbar anisotrop ist. Bei vielen Druckmaschinen weisen die Printbars konstruktionsbedingt eine gewisse Schwingungsneigung sowohl in der Längs- als auch in der Querachse auf. In der Hochachse besteht dagegen meist keine Schwingungsneigung, da diese sehr steif ausgeführt ist.
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Die äußeren Störungen sind zudem überwiegend stochastischer Natur. Da in vielen Druckmaschinen aus Kostengründen keine vollständige Qualitätskontrolle der Druckerzeugnisse mittels eines Inline-Bilderfassungssystems stattfindet, bleiben die durch die Schwingungen der Druckköpfe geschädigten Druckerzeugnisse häufig unentdeckt. Dies bleibt in solchen Druckmaschinen aktuell ohne Kompensation. Daher wäre eine günstigere Alternative zur Berücksichtigung der externen Störeinflüsse in Inkjet-Druckmaschinen vorteilhaft. Denn der Nachteil beim heutigen Stand der Technik ist, dass qualitativ ungenügende Druckerzeugnisse unerkannt in den Bogenstapel bzw. die Rolle in der Auslage gelangen können. Dies kann, wenn ein nachträgliches Erkennen überhaupt möglich ist, nur durch zusätzlichen Aufwand bei der Weiterverarbeitung korrigiert werden.
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Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass es Einrichtungen an einer Druckmaschine gibt, welche in der Lage sind, fehlerhafte Bogen zu markieren und/oder auszuschleusen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Qualitätskontrolle in Inkjet-Druckmaschinen zu offenbaren, welches die externen schwingungsmäßigen Störeinflüsse direkt überwacht und auf diese entsprechend reagiert.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren zur Druckqualitätskontrolle in einer Inkjet-Druckmaschine durch einen Rechner, wobei Störeinflüsse an der Inkjet-Druckmaschine erfasst und vom Rechner ausgewertet werden und bei Überschreiten von bestimmten Schwellwerten für die Störeinflüsse zu diesem Zeitpunkt erzeugte Druckprodukte als Makulatur ausgeschleust werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es sich bei den Störeinflüssen um Schwingungen handelt, die von einem System von Messsensoren an Druckköpfen der Inkjet-Druckmaschine gemessen werden. Wie viele Messsensoren dabei jeweils an den Druckköpfen angebracht werden müssen, hängt von der jeweils verwendeten Maschine sowie den lokalen Gegebenheiten bezüglich des Auftretens der Schwingungen ab. Da die Messsensoren jedoch im Normalfall relativ einfach aufgebaute und somit kostengünstige Einheiten sind, steht einem Einsatz zahlreicher Messsensoren nichts im Weg. So kann z. B. an jedem Druckkopf mindestens ein Messsensor angebracht werden. Die Messsensoren sind mit einem Rechner gekoppelt, welcher deren Signale entsprechend auswertet und damit überprüft, ob die auftretenden Schwingungen bestimmte Schwellwerte nicht überschreiten. Die Schwellwerte werden dabei aufgrund von Erfahrungswerten quantifiziert, so dass davon ausgegangen werden kann, dass ab einer bestimmten Schwingungsgröße an den Druckköpfen Makulatur produziert wird. Diese muss dann entsprechend aus dem Druckprozess ausgeschleust werden. Ob dies wie bei manchen Bogen-Inkjetmaschinen über eine eigene druckmaschineninterne Makulaturweiche geschieht, oder ob der Druckbogen entsprechend als Makulatur markiert und später ab dem Ausleger, bzw. bei Rollen-Inkjetmaschinen nach dem Aufwickler, entfernt werden, hängt dabei von der verwendeten Inkjet-Druckmaschine ab.
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Vorteilhafte, daher bevorzugte Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass als Messsensoren Beschleunigungssensoren verwendet werden, welche die Schwingungen der Druckköpfe in Hoch- und Querachse der Inkjet-Druckmaschine messen. Je nach Bauart der verwendeten Beschleunigungssensoren müssen diese dann entsprechend an den Druckköpfen angebracht werden. So gibt es z. B. Beschleunigungssensoren, welche nur in eine Achse Beschleunigungen, bzw. Schwingungen, erfassen. In diesem Fall müssen somit pro Druckkopf mindestens zwei Beschleunigungssensoren an jedem Druckkopf angebracht werden, um sowohl Hoch- als auch Querachse der Inkjet-Druckmaschine entsprechend zu erfassen.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Messsensoren zusätzlich an mindestens einer Seitenwand der Inkjet-Druckmaschine angebracht werden. Dies vereinfacht z.B. eine ergänzende Vergleichsmessung um nachzuprüfen, ob die gemessenen Schwingungen wirklich eine externe Ursache haben oder ob es sich eventuell um interne Schwingungen, die von der Maschine selbst verursacht werden, handelt. Extern verursachte Schwingungen sollten hierfür bevorzugt zusätzlich zur Erfassung über Messsensoren an den Druckköpfen auch von Messsensoren an der Seitenwand der Inkjet-Druckmaschine erfasst werden. Bei intern verursachten Schwingungen besteht dagegen die Möglichkeit, dass die Schwingungen nur an den Inkjet-Druckköpfen direkt messbar sind, weshalb eine gleichzeitige Überwachung von Seitenwand und Druckköpfen eine gute Möglichkeit zur Unterscheidung von extern und intern verursachten Schwingungen darstellt.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner bei länger anhaltenden Schwingungen, welche mehr als zwei Druckprodukte beeinflussen, die Schwellwerte anpasst und/oder einen Bediener der Druckmaschine mittels eines Ausgabegerätes darüber informiert. Je nach Intention und damit Konfiguration des Sensoren-Messsystems können länger anhaltende Schwingungen, die somit auch einen größeren Makulaturausfall verursachen, unterschiedlich bearbeitet werden. Falls der aktuell durchgeführte Druckauftrag z. B. nur über weniger kritische Qualtitätsanforderungen verfügt, können die Schwellwerte angepasst werden und entsprechend keine Makulatur produziert werden. Andernfalls sollte der Bediener informiert werden, damit dieser entsprechend tätig wird, insbesondere indem er den Druck der Inkjet-Druckmaschine unterbricht, um nicht einen zu großen Makulaturausfall hinnehmen zu müssen. Selbstverständlich sind auch eine Anpassung der Schwellwerte und eine gleichzeitige Information des Bedieners sinnvoll. Auch eine automatische Druckunterbrechung der Maschine, ausgelöst durch die Verletzung der Schwellschwerte bei mehr als zwei Druckprodukten ist möglich.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Messsensoren neben extern verursachten Schwingungen auch intern in der Inkjet-Druckmaschine verursachte Schwingungen messen, welche der Rechner zur Durchführung einer kontinuierlichen Maschinenüberwachung auswertet. Zur Erfassung dieser intern in der Druckmaschine verursachten Schwingungen ist es sinnvoll, wie bereits offenbart, die Messsensoren nicht nur direkt an den Druckköpfen sondern auch an anderen Teilen der Druckmaschine wie der bereits genannten Seitenwand anzubringen. Prinzipiell ist eine Erfassung von intern verursachten Schwingungen natürlich auch nur mit einer Grundkonfiguration von Messsensoren, die lediglich an den Druckköpfen angebracht sind, möglich. Dies liegt daran, dass die Messsensoren ein bestimmtes Schwingungsprofil aufzeichnen und dieses sich normalerweise bei extern verursachten Schwingungen von den Profilen, die von internen Schwingungen verursacht werden, unterscheidet. Mittels einer vollständigen Überwachung von intern und extern verursachten Schwingungen, sowohl mit zusätzlichen Messsensoren an der Seitenwand oder nur an den Druckköpfen, lässt sich somit eine kontinuierliche Maschinenüberwachung durchführen. Denn besonders intern verursachte Schwingungen werden oft durch einen fehlerhaften Aufbau und/oder eine fehlerhafte Konfiguration der Inkjet-Druckmaschine hervorgerufen und können somit durch rechtzeitige Erfassung mittels der Messsensoren auf diese Fehler hinweisen.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass zum Ausschleusen der Druckprodukte als Makulatur die Druckprodukte bei deren Druck schwellwertüberschreitende Schwingungen auftreten analog und/oder vom Rechner digital als Makulatur markiert werden. Dies wird insbesondere dann durchgeführt, falls die Inkjet-Druckmaschine über keine interne Makulaturweiche verfügt, mit welcher Druckprodukte, die während des Auftretens von Schwingungen produziert wurden und somit Makulatur darstellen, automatisiert ausgeschleust werden können. In diesem Fall müssen die entsprechenden Druckprodukte als Makulatur markiert werden, damit sie im Nachgang ab dem Ausleger entsprechend aussortiert werden können. Eine Markierung ist analog, z. B. in Form einer Farbmarkierung, welche nach oder auch schon während des Drucks bei entsprechender Reaktionszeit des Messsystems aufgebracht werden können, möglich oder indem das entsprechende Druckprodukt vom Rechner digital als Makulatur markiert wird. Im zweiten Fall muss der Rechner die digitale Markierung selbstverständlich an eine weitere Ausführungseinheit, welche dann das Druckprodukt eindeutig identifiziert und die Ausschleusung der Makulatur vornimmt, weiterleiten.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass der Rechner für als Makulatur markierte Druckprodukte ein erneutes Drucken initiiert und die veränderte Lage des erneut gedruckten Druckproduktes in der Produktionsreihenfolge berücksichtigt. Als Makulatur ausgeschleuste Druckprodukte müssen selbstverständlich erneut gedruckt werden, um den kompletten Druckauftrag abarbeiten zu können. Da dieser erneute Druck oft nicht sofort direkt im Anschluss an ein fehlerhaft während des Auftretens von Schwingungen produziertes Druckprodukt durchgeführt werden kann, ist die Lage eines solchen erneut gedruckten Druckproduktes im Auslegestapel oder auf dem aufgewickelten Drucksubstrat logischerweise abweichend. Dies muss für die Abarbeitung des Druckauftrages hinsichtlich seiner Produktionsreihenfolge berücksichtigt werden.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass die Schwellwerte ein Maß für die Relativverschiebung zwischen Druckkopf und Substrat darstellen und jeweils für verschiedene Inkjet-Druckmaschinen und Messsensoren entsprechend individuell festgelegt werden. Wie die Schwellwerte genau quantifiziert werden hängt neben den bereits genannten Faktoren zudem auch von den Anforderungen des jeweiligen Druckauftrages an die zu resultierende Druckqualität ab, sowie an weiteren individuellen Faktoren.
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Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind aneinander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein Beispiel einer Inkjet-Druckmaschine mit Beschleunigungssensoren
- 2: der schematische Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
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Das Anwendungsgebiet der bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Inkjet-Druckmaschine 7. Ein Beispiel für den grundlegenden Aufbau einer solchen Maschine 7, bestehend aus Anleger 1 für die Zufuhr des Drucksubstrats 2 in das Druckwerk 4, wo es von den Druckköpfen 5 bedruckt wird, bis hin zum Ausleger 3, ist in 1 dargestellt. Dabei handelt es sich hier um eine Bogen-Inkjetdruckmaschine 7, welche von einem Steuerungsrechner 6 kontrolliert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher im Folgenden am Beispiel einer Bogen-Druckmaschine 7 erläutert, ist jedoch auch für andere Drucksubstratformate einsetzbar. Zudem sind an den Druckköpfen 5, sowie optional an einer Seitenwand, entsprechende Beschleunigungssensoren 8 angebracht.
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2 zeigt nun das erfindungsgemäße Verfahren zur schwingungsabhängigen Makulaturausschleusung in schematischer Form. Die Erfindung sieht dabei vor, dass von den Beschleunigungssensoren 8 kontinuierlich erfasste und rechnergestützt ausgewertete Sensorsignale zur Überwachung der Schwingungen 10 der Druckköpfe 5 dienen. Beim Überschreiten bestimmter Schwellwerte 9 werden dann die entsprechenden Druckerzeugnisse 2 automatisch markiert oder ausgeschleust. Die Schwellwerte 9 werden für die verschiedenen Inkjet-Druckmaschinentypen entsprechend festgelegt. Sie hängen zudem auch vom verwendeten Sensorkonzept ab. In allen Fällen sind die Schwellwerte 9 ein Maß für die Relativverschiebung zwischen Druckkopf 5 und Substrat 2. Es wird also a-priori-Wissen eingesetzt, um qualitativ ungenügende Druckerzeugnisse 2 zu identifizieren. Eine Inspektion durch ein Bilderfassungssystem mit Kamera ist hierfür nicht notwendig. Die Signale der Beschleunigungssensoren 8 werden dabei allgemein an einen Rechner 6 weitergeleitet. Der Rechner 6 kann mit dem Steuerungsrechner 6 der Inkjet-Druckmaschine 7 identisch sein. Es kann sich aber auch um einen externen Rechner oder ein Mikrokontrollersystem handeln. In letzterem Fall sollte das Mikrokontrollersystem allerdings mit einem weiteren Rechner verbunden sein, welcher die Markierung der Makulatur durchführt, bzw. auslöst.
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Die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung verwendet dabei bevorzugt Beschleunigungssensoren 8, welche die Beschleunigungen, bzw. Schwingungen einer Printbar mit den Druckköpfen 5 in Maschinenhoch- und Maschinenquerachse messen. Die Sensoren 8 werden an jeder Printbar installiert, bzw. alternativ wenn einzelne Druckköpfe 5 verwendet werden an jedem Druckkopf 5. Ferner werden ein Sensor 8 oder mehrere Sensoren 8 an einer Seitenwand der Inkjet-Druckmaschine 7 angebracht. Dies kann z.B. ein 3D-empfindlicher Beschleunigungssensor 8 im Bereich der Lagerung des jeweiligen Jetting-Zylinders sein. Dieser ermittelt dann die Schwingungen der Seitenwand. Aus diesen Signalen kann der Rechner 6 dann die Relativbewegungen zwischen Substrat 2 und Printbar 5 ermitteln. Überschreitet die Relativbewegung zwischen einer Printbar 5 und der Substratführung den Schwellwert 9 von ca. 10 µm, während diese Printbar 5 gerade zum Drucken verwendet wird, wird das Druckerzeugnis 2 entsprechend markiert oder ausgeschleust. Das Markieren kann auch virtuell erfolgen; d.h. über die Maschinensteuerung ist die Lage des schlechten Bogens 2 im Druckstapel, oder alternativ auf der Rolle bei einer Rollen-Inkjetdruckmaschine, bekannt und kann bei der Weiterverarbeitung berücksichtigt werden.
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Wird ein Bogen 2 dann vom Rechner 6 als ungültig bewertet, kann dieser direkt ein erneutes Drucken des Bogens 2 bei der Maschinensteuerung initiieren, bzw wenn er mit dieser identisch durchführen. Über die Maschinensteuerung ist dann auch die neue Sortierung, d.h. die Lage des Bogens 2 im Auslegestapel bekannt, was bei z.B. vollvariablem Druck wichtig sein könnte. Es kann auch sinnvoll sein, in einer weiteren Ausführungsvariante bei länger anhaltenden Schwingungen 10, wie z.B. bei mehr als zwei betroffenen Druckprodukten 2, oder bei hoher Störungsdichte, wie z.B. 10% unbrauchbarer Druckerzeugnisse 2 innerhalb einer Minute, den Bediener per Maschinensteuerung zu informieren und ihm als weitere Entscheidungsmöglichkeit die Erhöhung des, bzw. der Schwellwerte 9 anzubieten.
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Ferner ist hierbei zu beachten, dass auch Schwingungen 10 die aus der Inkjet-Druckmaschine 7 selbst hervorgerufen werden, zu einem Ansprechen des Überwachungssystems mit den Beschleunigungssensoren 8 führen können. Das System kann hierbei dazu dienen, Betriebsstörungen der Inkjet-Druckmaschine 7 zu erkennen, denn im normalen, ungestörten Betrieb der Inkjet-Druckmaschine 7 treten keine derartigen Schwingungen auf, die zu Druckerzeugnissen 2 mit ungenügender Qualität führen. Da solche Störungen wahrscheinlich über einen längeren Zeitraum anliegen, würde der Maschinenbediener, wie oben beschrieben, gefragt werden, ob er den Schwellwert 9 verändern möchte. Dabei kann gleichzeitig eine Abfrage erfolgen, ob Störungen von außen vorhanden sind, oder nicht. Dies entspricht einer Art low-level-Maschinenüberwachung. Wird der Maschinenzustand mittels der Sensorsignale über einen längeren Zeitraum hin für eine große Menge an Inkjet-Druckmaschinen 7 aufgezeichnet, können diese Daten in Verbindung mit der Information über aufgetretene Fehler auch dazu dienen, eine vollständigere Big-Data-gestützte Maschinenüberwachung aufzubauen, um so z.B. eine frühzeitige Erkennung von Lagerschäden zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anleger
- 2
- aktuelles Drucksubstrat / aktueller Druckbogen
- 3
- Ausleger
- 4
- Inkjet-Druckwerk
- 5
- Inkjet-Druckkopf
- 6
- Rechner
- 7
- Inkjet-Druckmaschine
- 8
- Beschleunigungssensoren
- 9
- Schwellwerte
- 10
- erfasste Schwingungen
