DE10226482A1

DE10226482A1 - Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen an Druckmaschinen

Info

Publication number: DE10226482A1
Application number: DE2002126482
Authority: DE
Inventors: Falk Buschmann
Original assignee: Koenig and Bauer AG
Current assignee: Koenig and Bauer AG
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2003-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen an Druckmaschinen. DOLLAR A Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein analoges Messpotentiometer so weiter zu entwickeln, dass die damit erreichbare Positioniergenauigkeit bei Beibehaltung eines einfachen Aufbaus wesentlich erhöht wird, wird durch die Kombination eines analogen Potentiometers (3) mit Messwertfehler kompensierenden Mitteln (2, 4, 5), einer programmierbaren Auswerteeinrichtung (6), einem Busumsetzer (7) und einer seriellen Schnittstelle (8) in einer Baueinheit (P) gelöst.

Description

An Druckmaschinen werden motorisch angetriebene Stellelemente in großer Zahl verwendet, z. B. für die Farbzonenschrauben, zur Formatverstellung, Druckbeistellung, Umfangs- und Seitenregistereinstellung, wobei deren Verstellung von einem Fernbedienpult aus erfolgt. Es ist bekannt (DE 195 35 193), die Drehwinkelpositionen der Stellelemente mittels Messpotentiometer zu erfassen, in einer zentralen Auswerteeinrichtung (SPS) zu digitalisieren und an die Maschinensteuerung zu übergeben oder die erfassten Werte ggf. am Fernbedienpult anzuzeigen. Als Istwertgeber werden dazu preisgünstige analoge Messpotentiometer eingesetzt, deren Ausgangssignale jedoch nicht die gewünschte Übereinstimmung mit den tatsächlichen Positionen der Stellelemente aufweisen und somit zu Positionierfehlern und zu Druckungenauigkeiten oder letztendlich zu Makulatur führen.

Die Ursachen für die Abweichungen zwischen tatsächlichen und angezeigten Positionen sind in den Nachteilen der verwendeten einfachen Messpotentiometer und der analogen Signalübermittlung an die Auswerteeinrichtungen begründet:
Bei den in der Regel verwendeten kostengünstigen Messpotentiometern führen stets vorhandene Linearitätsfehler zwischen Drehwinkel und Signalspannung der Potentiometer zu ungenauen Positionswerten. Weiterhin wird die von den Potentiometern gelieferte analoge Spannung als Maß für die Winkelstellung der Stellelemente erst in der Auswerteeinrichtung digitalisiert. Aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung und bei Störeinstrahlung von Fremdspannungen auf die Signalleitungen kommt es somit im Falle analoger Signalübertragung zu Verfälschungen der Ausgangssignale. Da weiterhin der Soll-Istwert- Vergleich erst in der Steuerung vorgenommen wird, ergeben sich zusätzliche Positionierfehler durch lange Reaktionszeiten aufgrund der relativ großen Zykluszeit innerhalb der Steuerung.

Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein analoges Messpotentiometer so weiter zu entwickeln, dass die damit erreichbare Positioniergenauigkeit bei Beibehaltung eines einfachen Aufbaus wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des Messpotentiometers kombiniert die wirtschaftlichen Vorteile des einfachen und robusten Aufbaus eines analogen Potentiometers mit der höheren Störsicherheit und Auflösung digitaler Messwertverarbeitung auf der Basis von mikroelektronischen Standardbausteinen in einer Baueinheit. Dabei wird durch die bauliche Integration von Messwertfehler kompensierenden Mitteln, einer Auswertelogik und einer seriellen Schnittstelle in das Potentiometergehäuse ein universell einsetzbarer kompakter Positionsgeber geschaffen, der für die Maschinensteuerung sofort weiterverarbeitbare Signale mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zur Verfügung stellt und keine gesonderten Signalbearbeitungs- oder Anpassungsmaßnahmen erfordert.

Im Einzelnen bestehen die damit erreichbaren Vorteile gegenüber konventionellen Messpotentiometern in der

- Erhöhung der Auflösung bei Beibehaltung des einfachen mechanischen Aufbaus auf das Niveau von wesentlich teureren Absolutwinkelgebern,
- Erhöhung der Störsicherheit durch interne Stabilisierung der Versorgungsspannung,
- Erhöhung der Positioniergenauigkeit durch Verkürzung von Reaktionszeiten infolge direkter Signalverarbeitung im Potentiometer selbst,
- Entlastung der Maschinensteuerung durch internen Soll-Istwert-Vergleich und
- Vereinfachung der Verdrahtung durch Busfähigkeit der seriellen Schnittstelle.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel für ein Messpotentiometer näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines Messpotentiometers an einem Stellelement.
Ein zu positionierendes Stellelement, z. B. eine Achse der Formatfernverstellung, wird von einem Stellmotor 12 betätigt. An der vom Stellmotor 12 angetriebenen Achse ist das Messpotentiometer P direkt oder indirekt über Untersetzungsgetriebe angeordnet. Das Messpotentiometer P weist einen Versorgungsspannungseingang 1, einen Steuerausgang 9 für den Stellmotor 12 und eine serielle, busfähige Schnittstelle 8 für die Einbindung in die Maschinensteuerung S auf. Das Messpotentiometer P enthält das analoge Potentiometer 3 und zusätzlich die Versorgungsspannungsstabilisierung 2, einen A/D-Wandler 4 für die Konvertierung des Messsignals, ein programmierbares Linearisierungsmodul 5, einen programmierbaren Komparator 6 für den Soll-Istwert-Vergleich mit Steuerausgang 9 und einen Busumsetzer 7 für die serielle Schnittstelle 8. Bei den zusätzlichen digitalen Komponenten handelt es sich um Standardbausteine, die bei Integration in einen einzigen Mikrocontroller nur geringen zusätzlichen Platz erfordern und dessen Kosten bei hohen Stückzahlen nur unwesentlich zu den Gesamtkosten eines solchen Messpotentiometers beitragen.
Der aktuelle Drehwinkel des Stellelementes wird mechanisch auf das Potentiometer 3 übertragen und in bekannter Weise in einen analogen Spannungswert transformiert. Aufgrund der elektronischen Stabilisierung 2 der Versorgungsspannung für das Potentiometer 3 ist das Messsignal nun frei von zufälligen Schwankungen der Versorgungsspannung.
Das analoge Messsignal wird anschließend in einem Analog-Digital-Wandler 4 digitalisiert und unterliegt jetzt nicht mehr Störeinflüssen durch umgebende Wechselspannungsfelder, die in den Signalleitungen Störspannungen induzieren.
Das digitalisierte Messsignal wird anschließend dem Linearisierungsmodul 5 zugeführt. Infolge von stets auftretenden Ungenauigkeiten bei der Potentiometerfertigung besteht praktisch niemals eine exakte Linearität zwischen Signalspannung und Drehwinkel. Im Rahmen einer einmaligen Justage beim Hersteller wird das Potentiometer 3 deshalb zwischen seinen mechanischen Messbereichsgrenzen bewegt und die dabei erhaltenen Ausgangsspannungswerte werden erfasst. Die ermittelten und zugehörigen linearisierten Spannungswerte werden mit einer einmaligen Programmierung über die bidirektionale, serielle Schnittstelle 8 als Matrix oder Linearisierungsfunktion im Linearisierungsmodul 5 abgespeichert. Bei Eingabe des unkorrigierten Spannungswertes in das Linearisierungsmodul 5 wird der entsprechende linearisierte Spannungswert ausgegeben, so dass eine hohe Linearitätsklasse des eigentlichen Potentiometers 3 nicht mehr erforderlich ist.
In einem dem Linearisierungsmodul 5 nachgeschalteten programmierbaren Auswerteeinrichtung 6 (Komparator) erfolgt der Soll-Istwert-Vergleich zwischen der Stellelement-Istposition, z. B. der Formatfernverstellung, und seiner zu erreichenden Sollposition, wobei der aktuelle Winkelpositionssollwert über die bidirektionale, serielle Schnittstelle 8 von der Maschinensteuerung S direkt zur programmierbaren Auswerteeinrichtung 6 übertragen wird. Bei Übereinstimmung von Messsignal und Sollwert, d. h. bei Erreichen der vorgesehenen Position der Formateinstellung, erfolgt die Ausgabe eines Stoppsignals für den Stellmotor 12 an der betreffenden Formatfernverstellungsachse direkt vom Potentiometer P über dessen Steuerausgang 9. Die Maschinensteuerung S übergibt dazu die Motorsteuerung an den Steuerausgang 9 des Messpotentiometers P. Über das UND-Glied 11 erfolgt dann die Feinabschaltung des Motors 12. Sofern bereits der Motor 12 über getrennte Eingänge für Spannung und Freigabe verfügt, kann das UND-Glied 11 entfallen.
Aufgrund der kurzen Signalwege für das Stoppen des Motors 12 (Motor und Messpotentiometer auf derselben Achse) kann eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden. Gleichzeitig wird die zentrale Maschinensteuerung entlastet und die Reaktionszeit der Steuerung verkürzt, da hierfür nicht mehr die Zykluszeit der Maschinensteuerung durchlaufen werden muss.
Das linearisierte digitale Messsignal wird nach Passieren der Auswerteeinrichtung 6 über einen Busumsetzer 7 an die serielle Schnittstelle 8 geführt und von dort an die Maschinensteuerung S übertragen.
Die serielle Schnittstelle 8 ist busfähig, das bedeutet, dass mehrere Messpotentiometer P an einen Eingang der Maschinensteuerung angeschlossen werden können, so dass mit dem erfindungsgemäßen Messpotentiometer P ein weiterer Vorteil - die Reduzierung der erforderlichen Anzahl von Eingängen für die Maschinensteuerung S - erzielt werden kann. Bezugszeichenliste 1 Eingang für Versorgungsspannung
2 Spannungsstabilisierung
3 analoges Potentiometer
4 A/D-Wandler
5 Linearisierungsmodul
6 programmierbare Auswerteeinrichtung (Komparator)
7 Busumsetzer
8 serieller, busfähiger Ausgang
9 Steuerausgang für Stellmotor
10 Koppler
11 UND-Glied
12 Stellmotor
P Messpotentiometer-Baueinheit
S Maschinensteuerung

Claims

1. Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen an Druckmaschinen mit hoher Genauigkeit, wobei ein analoges Potentiometer (3) mit Messwertfehler kompensierenden Mitteln (2, 4, 5), einer programmierbaren Auswerteeinrichtung (6), einem Busumsetzer (7) und einer seriellen Schnittstelle (8) in einer Baueinheit (P) kombiniert ist.

2. Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen nach Anspruch 1, wobei die Messwertfehler kompensierenden Mittel eine Versorgungsspannungsstabilisierung (2), einen A/D-Wandler (4) und/oder ein Linearisierungsmodul (5) umfassen.

3. Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen nach Anspruchl oder 2, wobei die Auswerteeinrichtung aus einem Komparator (6) mit Steuerausgang (9) für den Stellmotor (12) gebildet ist.

4. Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei über die serielle Schnittstelle (8) die Programmierung des Linearisierungsmoduls (5) und der Auswerteeinrichtung (6) erfolgt.

5. Messpotentiometer zur Positionierung von Stellelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messwertfehler kompensierenden Mittel (2, 4, 5), die programmierbare Auswerteeinrichtung (6) und der Busumsetzer (7) als separate mikroelektronische Bausteine im Potentiometergehäuse angeordnet sind oder zumindest teilweise in einem einzigen Mikrocontroller zusammengefasst sind.