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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens zur Regelung einer Bogenlage an/in Bogenführungseinrichtungen
von Bogendruckmaschinen, insbesondere von Bogenoffsetdruckmaschinen,
die Bogenführungsmittel
zur Beeinflussung der Bogenlage aufweisen, nach dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 oder 10.
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Bei
bogenverarbeitenden Druckmaschinen besteht das Problem, die Betriebsweise
der Führungseinrichtungen
für die
Bogen so an die Betriebsparameter der Druckmaschine und an die Materialeigenschaften
der zu verarbeitenden Bogen anzupassen, dass frisch bedruckte Bogenflächen die
entlang der Bogentransportbahn angeordneten Druckmaschinenelemente
möglichst
nicht berühren
oder dass die Bogen irreversibel verformt werden. In Bogenrotationsdruckmaschinen
werden zur abschmierfreien Bogenführung pneumatische Bogenführungseinrichtungen,
wie z. B. Luftpolsterführungen,
verwendet, die die Bogen mit Blasluftunterstützung führen und die eine an den jeweiligen
Betriebszustand genau angepasste Einstellung der Blasluftströme der als
Bogenführungsmittel
wirkenden Ventilatoren erfordern. Die Führung von biegesteifen Druckbogen erfolgt
dagegen bevorzugt mit mechanischen Leitelementen, deren Abstand
und Lage relativ zur Zylinderoberfläche an die Bogenformate und
Bogensteifigkeiten angepasst werden muss.
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Die
optimale Einstellung der pneumatischen Bogenführungsmittel (Ventilatoren,
Blasrohre) und der mechanischen Bogenführungsmittel (Leitstäbe, Kantenrollen)
an den Bogenführungseinrichtungen kann
durch visuelle Kontrolle der Bogenbahn erleichtert werden. Dies
ist oftmals aber nicht möglich,
da entweder Druckmaschinenteile den Sichtkontakt verhindern oder
die Bogengeschwindigkeit zu hoch ist für eine Beobachtung mit bloßem Auge.
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In
der
DE 100 00 308
A1 wird deshalb vorgeschlagen, Kennlinienfelder zum Voreinstellen
von Luftleitsystemen unter Beschränkung auf die wesentlichsten
Einflussgrößen, wie
Maschinengeschwindigkeit, Flächengewicht
und Steifigkeit des Bogens, abzuspeichern und die Förderparameter
in den Luftleitsystemen einzeln oder gruppenweise bei unbefriedigenden
Druckergebnissen manuell an die konkreten Druckaufträge anzupassen.
Es ist dabei nachteilig, dass die Ermittlung optimaler Kennlinien
anhand der Druckergebnisse, d. h. anhand des Vorliegens von Eckenumschlagen,
Kontaktdoublieren, Verschmieren usw., also anhand von nachträglich festgestellten Druckstörungen,
erfolgen soll, weil eine nachträgliche
eindeutige Zuordnung der Ursachen der Störgrößen zu einzelnen Förderparametern
ohne Beobachtung des Bogenlaufes kaum möglich ist. Daneben ist der
Aufwand für
die Erstellung der vollständigen Kennlinienfelder
sehr aufwändig.
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Aus
der
EP 1 155 854 A2 ist
eine Druckmaschine mit Bogenlaufüberwachungseinrichtungen bekannt,
die mit einer die Einrichtungen zur Beeinflussung des Bogenlaufes
steuernden Bildauswerteeinheit verbunden ist. Dabei erfasst die
Bogenlaufüberwachungseinrichtung
die räumliche
Lage des Bogens mit Hilfe einer horizontal und einer vertikal am Bogenführungselement
angeordneten Videokamera bei verschiedenen Maschinenwinkeln und
vergleicht diese mit Hilfe einer Mustererkennung in einer Bildauswerteeinheit
mit Ideallagen, die einem Bildspeicher entnommen werden. In Auswertung
dieser Vergleiche werden über
die Maschinensteuerung Lüfter oder
Saugelemente des Bogenführungselementes gesteuert.
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Die
Nachteile dieser Lösung
bestehen darin, dass die Ermittlung der räumlichen Bogenlage aus zweidimensionalen
Teilbildern in Echtzeit aufgrund der hohen Datenmengen sehr hohe
Anforderungen an die Bildauswerteeinheit stellt, die dafür erforderliche
Positionierung einer Kamera in vertikaler Richtung über der
Bogenbahn bei der Mehrzahl der Bogenführungselemente nicht möglich ist
und dass der Vergleich mit einer dreidimensionalen Ideallage die sehr
komplexe Ermittlung und Bewertung des Betrages, der Richtung und
des Ortes der Abweichung von dieser Ideallage erfordert. Darüber hinaus
ist die ideale Bogenbahn von den Bedruckstoffeigenschaften, insbesondere
der Bogensteifigkeit abhängig,
so dass auch diese Regelungsvariante die vorherige Ermittlung des
Bogenlaufes für
verschiedene Bedruckstoffe erfordert.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Regelung von Bogenführungseinrichtungen
besteht darin, die Intensität
von störenden
Bewegungskomponenten des Bogens quer zur Transportrichtung (Bogenflattern) oder
die Häufigkeit
von Anschlägen
an die Leitflächen
zu registrieren und mit Hilfe von Fuzzy-Reglern zu minimieren (
DE 43 28 445 A1 ). Eine solche
Regelung erfordert eine Vielzahl von Sensoren und ist beispielsweise
an sensiblen Ein-Trommel-Bogenwendeeinrichtungen, wo der Bogen gezielt
Querbewegungen vollzieht, überhaupt
nicht einsetzbar.
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Die
DE 198 10 239 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Bogenlaufes
in zumindest einem Bereich des Bogenlaufes, wobei Abweichungen des
transportierten Bogens von einer gespeicherten idealen Bogenlage
mittels einer seitlich am Bogenweg angeordneten Bildaufnahmeeinheit
erfasst und durch Veränderung
der Einstellung der Bogenführungselemente
korrigiert werden. Die nach dem Prinzip der Ein-Punkt-Regelung arbeitende
Einrichtung greift bei jeder Abweichung von der Ideallage ein. Die
ideale Bogenlage des sich vorwärts
bewegenden und dabei auch seine Bogenkontur ständig ändernden Bogens (z. B. durch Flatterbewegungen
und Wellenschlagen) muss für jeden
Drehwinkel gespeichert und mit der realen Bogenlage verglichen werden.
Dafür sind
große
Speicherkapazitäten
erforderlich. Bei jeder Abweichung von der Ideallinie, auch wenn
diese unschädlich
für den
Bogenlauf ist, werden die Stellelemente aktiviert, um den Bogenlauf
zu beeinflussen, wodurch die Regelstrecke hoch belastet wird.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, die für die automatisierte Regelung
einer Vielzahl von Bogenführungseinrichtungen
geeignet sind und die eine optimale Führung des Bedruckstoffes durch die
Druckmaschine bei minimalem Aufwand und hoher Flexibilität für die Regelungsstrategie
gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass zu bestimmten, für
den Bogenlauf wesentlichen Zeitpunkten eine seitliche Abbildung
des Bogens mit einem optischen Flächensensor erfasst und als
Bogenlageinformation einer Auswerteeinrichtung übermittelt wird, die die Bogenlage
mit einem vorgegebenen Bogenlagebereich vergleicht und bei Überschreitungen
des Bogenlagebereiches die Sollwerte der diesem Bogenlagebereich
zugeordneten Bogenführungsmittel
solange korrigiert, bis sich der Bogen wieder vollständig innerhalb
des Bogenlagebereiches befindet. Der Bogenlagebereich wird durch vorgebbare
Grenzlagen ein- oder zweiseitig begrenzt. Die Vorteile der Erfindung
bestehen darin, dass Bogenberührungen
mit den Druckmaschinenelementen im Vergleich zu anderen Bogenlageregelungen
(z. B.
EP 1 155 854
A2 ) mit deutlich geringerem Aufwand und höherer Flexibilität für die Bogenlageregelung
zuverlässig
verhindert werden.
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Da
das wesentlichste Ziel der Bogenführung darin besteht, unerwünschte Berührungen
frisch bedruckter Bogenflächen
an den Druckmaschinenelementen zu verhindern, ist es zweckmäßig und
ausreichend, wenn durch die Regelung erst dann in den Bogenlauf
eingegriffen wird, wenn die Bogen den Toleranzbereich verlassen,
innerhalb dessen unerwünschte
Bogenberührungen
ausgeschlossen sind, und nicht bereits, wenn die Bogen von einer
vorgegebenen schmalen Idealbahn abweichen, deren eindeutige Lagebestimmung
ohnehin problematisch ist. Besonders deutlich wird der Vorteil der
erfindungsgemäßen Regelung
dort, wo der Bogen nur einseitig geführt werden muss und sich ein
entsprechend breiter Bereich für
zulässige
Bogenlagen ergibt bzw. wenn Bogen mit anderer Steifigkeit und deswegen
anderen Krümmungsradien
bedruckt werden sollen.
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Der
Toleranzbereich für
die Bogenlageregelung mit oberer und unterer bzw. innerer und äußerer Grenzlage
kann in vorteilhafter Weise sehr flexibel an den verfügbaren Freiraum
für den
Bogentransport angepasst werden, indem die Abstände zwischen den Grenzlagelinien
entsprechend weit oder eng gewählt
werden.
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Ein
weiterer Vorteil der Regelung gegenüber der räumlichen Lageerfassung ergibt
sich daraus, dass mit der Seitenabbildung des Bogens die Bogenlageerfassung
auf den für
die Berührungsfreiheit
wesentlichen Bogenabstand von den Druckmaschinenelementen beschränkt wird.
Dadurch wird neben der Einsparung von zusätzlichen Sensoren für eine dreidimensionale
Bogenabbildung die Datenmenge für die
Bildauswertung im Vergleich zu einer räumlichen Darstellung auf die
die seitliche Bogenkontur bildenden Bildpunkte reduziert.
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Weiterhin
bietet die vorgeschlagene Bogenlageregelung durch ihre Flexibilität Vorteile
bei Bogenführungseinrichtungen,
die abschnittsweise mit voneinander unabhängigen Bogenführungsmitteln betrieben
werden, beispielsweise eine in drei Kammern unterteilte Blasluftbogenführung mit
jeder Kammer zugeordneter Ventilatorengruppe unter einer Übergabetrommel.
Hier können
die Grenzlagen ebenfalls zonenweise vorgegeben werden, so dass z.
B. drei Bogenlagebereiche mit unterschiedlichen Grenzen und somit
unterschiedlicher Regelungscharakteristik entstehen.
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Außerdem kann
in Bereichen, in denen eine gesonderte Einflussnahme auf die Bogenlage
bei bestimmten Maschinenwinkeln nicht erforderlich oder nicht sinnvoll
ist, in vorteilhafter Weise die Vorgabe der Grenzlage entfallen,
so dass diese Abschnitte bei der Bogenlageregelung nicht berücksichtigt
werden und das Regelungssystem davon entlastet wird. Dies kann beispielsweise
bei der Luftpolsterführung
von biegesteifen Bedruckstoffen vor der Druckzone der Fall sein,
wenn der Bogen bereits in die Druckzone eingelaufen ist und das
Abspreizen der hinteren Bogenkante für die Luftpolsterregelung nicht
relevant ist, weil die Hinterkante an der Leitfläche der Luftpolsterführung nur
noch mechanisch geführt
wird.
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Bei
Verwendung von Fuzzy-Algorithmen für den Regelkreis kann die Regelungsgüte schrittweise mit
jedem Druckauftrag bzw. jeder Einstellhandlung des Bedienpersonales
verbessert werden. Für
die nach der Erfindung vorgesehene Bogenlageerfassung sind Hochgeschwindigkeits-Videokameras zwar
vorteilhaft, weil sie aufgrund extrem kurzer Belichtungszeiten konturenscharfe
digitalisierte Abbildungen der seitlichen Bogenkontur in kurzen
Zeitintervallen ermöglichen.
Aber für
eine Vielzahl von Einsatzfällen
sind übliche
Videokameras ausreichend, da bei der Bildauswertung Bewegungsunschärfen der
Bogenkontur ausgeglichen werden können.
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Die
vom optischen Flächensensor
erzeugte Abbildung des tatsächlichen
Bogenlaufes ist in einer Anzeigeeinrichtung (Monitor) visualisierbar,
wobei neben der Abbildung des tatsächlichen Bogenlaufes gleichzeitig
die zugeordneten Grenzlagen darstellbar sind.
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Damit
kann der Drucker am Monitor die lagegeregelten Bogenführungsbereiche
visuell überwachen
und bei Bedarf manuell durch Korrektur der Grenzlagen, z. B. an
einem berührungssensitiven Bildschirm
(Touch-Screen-Monitor), eingreifen.
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Die
Anzeigevorrichtung muss nicht fest mit nur einem bestimmten Flächensensor
verknüpft
sein. Vielmehr ist es denkbar, auf einer Anzeigevorrichtung nacheinander
Bogenlage-Abbildungen von verschiedenen Bogenführungen darzustellen, wobei
die Umschaltung in einem automatischen Rhythmus, manuell wählbar oder
situationsabhängig,
z. B. bei einem gravierenden Überschreiten
einer Grenzlage, erfolgen kann.
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Die
Startwertermittlung für
die Stellgrößen der
geregelten Bogenführungsmittel
in Abhängigkeit von
den vorgegebenen Grenzlagen, die die Kenntnis der Zuordnungen der
Stellgrößenwerte
zu den Grenzlagenkoordinaten voraussetzt, erfordert zur Ermittlung
dieser Zuordnungen bzw. Zuordnungsfunktionen die Kopplung der Bildauswerteeinheit
mit der Maschinensteuerung, die ihrerseits mit bekannten Sensoren
zur Überwachung
des Funktionszustandes der Druckmaschine und der Bogenführungsmittel
in den Druckwerken der Druckmaschine verbunden ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
für die
erfindungsgemäße Bogendruckmaschine
näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1:
Prinzipdarstellung des Regelverfahrens am Beispiel einer Bogenführungseinrichtung
in einer Wendeeinrichtung einer Bogenoffsetdruckmaschine mit der
Bogenlageerfassung durch einen optischen Flächensensor,
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2: Darstellungen der Abhängigkeit
der Bogenlagekontur von der Erfassungstiefe des Flächensensors,
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3:
Prinzip der Ermittlung der Stellwerte für die Bogenführungsmittel
aus der Bildauswertung des Bogenlaufes,
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4: Beispiel für die Regelung mit vom Maschinenwinkel
abhängiger
Grenzlagenvorgabe bei einer Blasluftführung unterhalb einer Wendeeinrichtung
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5: Beispiel für die Regelung mit vom Bedruckstoff
abhängiger
Grenzlagenvorgabe bei einer Luftpolsterführungseinrichtung vor einer
Druckzone.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Bogenoffsetdruckmaschine mit einer Übergabetrommel 2 zwischen
zwei Druckwerken, von denen nur die Druckzylinder 1, 3 dargestellt
sind. Nach dem Bedrucken des Bogens auf dem vorgeordneten Druckzylinder 1 wird
der Bogen mit Hilfe von Greifersystemen von der Übergabetrommel 2 übernommen
und zum nächsten
Druckwerk transportiert. Der durch die Übergabetrommelgreifer an der
Vorderkante gefasste Bogen soll möglichst berührungsfrei transportiert werden
und wird dazu durch unterhalb des Bogenweges angeordnete Blasluftleiteinrichtungen
in der Schwebe gehalten. Derartige Blasluftleiteinrichtungen sind
zwecks besserer Anpassbarkeit der Blasluftströme an das Bogenmaterial und
an die Druckbedingungen in beispielsweise drei Blasluftkammern 5, 6, 7 in
Bogenlaufrichtung unterteilt, wobei jede Blasluftkammer 5, 6, 7 von
mindestens einer Reihe drehzahlregelbarer Ventilatoren mit Blasluft
versorgt wird, die aus Öffnungen
in den Leitblechen auf der Kammeroberseite ausströmt und ein
Luftpolster aufbaut, das den Bogen schwebend trägt. Durch die Möglichkeit
der getrennten Einstellung der Luftdrücke in jeder Kammer kann der
Bogen abschnittweise in seiner Schwebehöhe beeinflusst werden.
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Die
Bereiche der berührungsfreien
Bogenführung
sind besonders kritisch, da bei einer nicht optimalen Abstimmung
zwischen papierspezifischen Eigenschaften, Maschinengeschwindigkeit
und Einstellung der Bogenführungselemente
der Bogen Wellen schlagen oder an seinen Rändern flattern kann und dadurch
ein Abschmieren der Druckfarbe oder Bogenbeschädigungen die Folge sein können.
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Der
Bogenlauf entlang der Blasluftkammern 5, 6, 7 wird
deshalb von einem seitlich und außerhalb des maximalen Bogenformates
am Bogenweg angeordneten Flächensensor 8 synchron
zum Maschinentakt, d. h. bei vorgegebenen Drehwinkelpositionen der Übergabetrommel 2 (Maschinenwinkel)
erfasst. Der Flächensensor 8 kann
eine ein- oder mehrteilige Sensormatrix sein, die das Bild der seitlichen
Bogenkontur insgesamt oder in einzelnen Abschnitten erfasst, oder
eine Digitalkamera mit normaler oder hoher Bildfrequenz (Hochgeschwindigkeits-Videokamera),
die die gesamte Bogenkontur, d. h. die Bogenseitenkante mit den
durch Flatterbewegungen verursachten Bogenwellen in der Bogenbreite,
abbildet. Zur Kontrastverstärkung,
d. h. der Hervorhebung der Bogenseitenkante, ist die zusätzliche
Beleuchtung der Bogenseitenkante und/oder eine schwach reflektierende
Gestaltung der Oberfläche
(Oberflächenrauhigkeit)
der Bogenführungselemente
oder der den optischen Raum begrenzenden Maschinenflächen vorteilhaft.
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Der
Flächensensor 8 vor
Ort führt
die Bildsignale einer Bildauswerteeinheit B zu, die eine Eingabeeinrichtung 10,
ein Bildauswertemodul 12 und einen Grenzlagenspeicher 11 aufweist
und mit einer Eingabeeinrichtung 10 und einem Monitor 13 gekoppelt
ist, auf dem die Bogenlage und Grenzlagen für das Bedienpersonal visualisiert
werden. Die Eingabeeinrichtung 10 dient der Vorgabe oder
Veränderung
von Bogengrenzlagekoordinaten und kann eine Tastatur, ein Grafiktablett
oder ein berührungssensitiver
Monitor 13 sein. Die für
das erfindungsgemäße Regelungsverfahren
benötigten
Grenzlagen G sind entweder in einem Grenzlagenspeicher 11 abgelegt, wenn
entsprechende Vorversuche stattgefunden haben oder die Grenzlagen
G werden vor der Abarbeitung des Druckauftrages manuell eingegeben.
Sind aus Vorversuchen oder vorhergegangenen ähnlichen Druckaufträgen den
Grenzlagen zugeordnete Maschinen- und Bedruckstoffparameter sowie
Stellgrößenwerte
für die
Bogenführungsmittel
bekannt und gespeichert, können
bereits sehr genaue Startwerte für
die Stellgrößen für die Bogenführungsmittel
eingestellt werden, so dass der Makulaturanfall bis zur erfolgten
Stellgrößenoptimierung
auf der Basis des erfindungsgemäßen Vergleiches
zwischen Bogenlage und Grenzlage(n) gering gehalten werden kann.
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Das
Bildauswertemodul 12 ist im Leitstandsrechner integriert
oder es kann zwecks Entlastung des Leitstandsrechners und im Interesse
einer schnellen Signalverarbeitung ein separater, für Bildverarbeitungsoperationen
optimierter Rechner sein. Auch die Nutzung von Reserven der in den
Druckwerken vorhandenen lokalen Steuereinheiten ist denkbar. Befindet
sich das Bildauswerte modul 12 im Leitstandsrechner, ist
es zweckmäßig mit
dem Leitstandsmonitor und den am Leitstand vorhandenen Eingabemitteln
verbunden.
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Die
Bildauswerteinheit B ist an die Maschinensteuerung 14 angeschlossen.
Die Maschinensteuerung 14 steuert die Druckmaschinen internen Funktionen
während
des Druckprozesses, indem sie die von Sensoren gelieferten Signale
auswertet und Steuersignale für
Stellmittel erzeugt. Der Übersichtlichkeit
halber seien hier nur ein Drehwinkelgeber 4 zur Bestimmung
des Maschinenwinkels des Offsetdruckwerkes sowie drei Lüfter an
den Blasluftkammern 5, 6, 7 einer Bogenführungseinrichtung
dargestellt.
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Im
folgenden soll die Bogenlageregelung mit einer Videokamera zur Bogenlaufüberwachung
im einzelnen erläutert
werden:
Der Bogen, der im Greiferschluss unterhalb der Übergabetrommel
vom vorgeordneten zum nachgeordneten Druckzylinder transportiert
wird, wird von den Blasluftströmen
der Bogenführungseinrichtung
in einer Schwebelage gehalten, die verhindert, dass er entweder
an die Peripherie der Übergabetrommel anschlägt oder
soweit absinkt, dass er auf den Leitblechen der Blasluftkammern 5, 6, 7 gleitet.
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Die
seitlich in Höhe
einer mittleren Bogenbahn angeordnete Videokamera 8 erfasst
nun die Bewegungsbahn der zweckmäßig mit
Beleuchtungsmitteln aufgehellten Bogenseitenkante und abhängig von
der optischen Ausbildung der Kamera und den Beleuchtungsverhältnissen
die Oberflächenkontur mit
ihren Wellen oder Krümmungen
in der räumlichen Tiefe
quer zur Transportrichtung (2a). Die
nicht weiter dargestellte bekannte opto-elektronische CCD-Empfängereinheit
der Videokamera liefert davon ein Bildraster mit einer von der Auflösung der CCD-Matrix
abhängigen
Anzahl von diskreten Bildpunkten mit unterschiedlichen Grauwerten.
Die Bogenseitenkante weist die höchste
Helligkeit auf, während
die in der Tiefe liegenden Oberflächenpunkte je nach Reflexionswinkel
und Entfernung von der Videokamera eine geringere Helligkeit besitzen.
Diese Videoinformationen werden in einem Video-Interface mittels
eines Analog-Digital-Wandlers digitalisiert und in einem Bildspeicher
abgelegt und mittels einer Graustufenanalyse im Bildauswertemodul 12 verarbeitet.
Dabei kann über
die Festlegung eines Schwellenwertes für die Graustufenanalyse oder über die Tiefenschärfe der
Videokamera die Erfassungstiefe für die Bogenlage und somit der
Anteil der erfassten Bogenoberfläche
verändert
werden. Im Ergebnis entsteht eine von der Erfassungstiefe abhängige Abbildung
der seitlichen Bogenlagekontur, die die Bogenseitenkante (2b)
und die Kontur der von der Seitenkantenlinie abweichenden Bogenoberfläche (2c)
einschließt
und vom Bildauswertemodul mit vorgegebenen Grenzlagen G für die Bogenkontur (Bogenlage)
verglichen wird.
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Parallel
dazu wird die Bildinformation z. B. auf dem Monitor 13 des
Leitstandes der Druckmaschine dargestellt.
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Die
Grenzlagen G sind Begrenzungslinien, die den Bereich des für den Bogen
zugelassenen Bewegungsspielraumes kennzeichnen. Da der frei schwebende
Bogen insbesondere bei dünnem und/oder
großformatigem
Papier beim Transport wellenförmige
Bewegungen ausführt
oder bei Wendevorgängen
infolge der unterschiedlichen Beschleunigungskräfte gekrümmt wird, weichen die Bewegungsbahnen
der einzelnen Oberflächenpunkte
stets voneinander ab. Solange die Bewegungsbahnen Druckmaschinenteile
nicht tangieren oder zum Umschlagen der Bogenecken oder zu anderen
Bogenschäden
führen,
ist ein berührungsfreier
Transport gewährleistet
und erfordert keinen Eingriff durch die Bogenlageregelung. Darin
besteht ein wesentlicher Vorteil gegenüber einer Lageregelung, die
bereits bei Abweichungen von einer „idealen” Bogenbahn einsetzt und neben
der aufwendigen Ermittlung dieser Optimalbahn, die zumindest vom
Bogenmaterial und der Maschinengeschwindigkeit abhängt, eine
hohe Regeldynamik erfordert mit all ihren Problemen, wie z. B. Überschwingen
oder hohen Anpassungsaufwand der Regelungstechnik an verschiedene
Druck- und Bedruckstoffparameter.
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Bei
der erfindungsgemäßen Regelung
erfolgt eine Veränderung
der Stellgrößen für die Bogenführungsmittel
erst dann, wenn die Bogenlage eine der den zulässigen Bahnbereich begrenzenden Grenzlage ”linien” überschreitet.
Da jede Grenzlage ”linie” einem
Bogenführungsmittel
zugeordnet ist, kann die Bogenlage im Wirkungsbereich jedes einzelnen
Bogenführungsmittels
unabhängig
von den anderen Bogenführungsmitteln
geregelt werden, womit eine sehr flexible Regelung der einzelnen
Bahnabschnitte ermöglicht
wird.
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In 3 ist
dies am Beispiel der drei hintereinanderangeordneten Luftkammern
unter einer Übergabetrommel 2 gem. 1 verdeutlicht.
Jede Blasluftkammer 5, 6, 7 wird über separat
geregelte Ventilatorengruppen (Bogenführungsmittel) mit Blasluft
versorgt. Dementsprechend können
jeweils drei nebeneinander liegende, obere Grenzlagen G für die Festlegung
der Mindestabstände
von der Übergabetrommel
und drei untere Grenzlagen G zur Vorgabe der einzuhaltenden Bogenstützhöhe über den
Leitflächen
der Blasluftkammern 5, 6, 7 vorgegeben
werden. Die vertikale Position der Grenzlagen G kann in jedem Abschnitt
anders gewählt
werden und über
die Abstände
der einander zugeordneten oberen und unteren Grenzlagen G kann die
Toleranzbreite für
die Bogenbahn und zulässigen
vertikalen Bogenbewegungen eingestellt werden. Weiterhin kann in
Bogenführungsabschnitten,
in denen der Bogen auf einer Seite nicht geführt werden muss, wie z. B.
auf ei ner Übergabetrommel
mit Trommelkappen, die Vorgabe einer Grenzlage G entfallen, so dass
die Bogenlage nur in einer Richtung überwacht wird und das Regelungssystem
von unnötigen
Aufgaben entlastet wird.
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Die
Grenzlagenkoordinaten werden einem Grenzlagenspeicher 11 entnommen,
in dem sie vorteilhafterweise zusammen mit den relevanten Maschinen-
und Bedruckstoffparametern, für
die sie ermittelt wurden, abgelegt sind, und werden der Regelung
unverändert übergeben
oder vom Bedienpersonal angepasst. In den Fällen, wo nicht auf bereits
vorliegende Grenzlagendatensätze
zurückgegriffen
werden kann, ist es möglich,
die Grenzlagen G über
die vorhandenen Eingabeeinrichtungen 10 manuell einzugegeben.
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Die
gespeicherten Datensätze
für Grenzlagen
und zugehörige
Maschinen- und Bedruckstoffparameter, insbesondere für die zugeordneten
Stellgrößenwerte
der Bogenführungsmittel,
werden bei ohnehin erforderlichen Testläufen der jeweiligen Druckmaschine
unter verschiedenen Bedingungen ermittelt oder werden einer vorhandenen
Datenbank entnommen, die Daten von anderen vergleichbaren Druckmaschinen
oder Daten von vorangegangenen Druckaufträgen enthält. Durch Interpolation der
gespeicherten Datensätze
werden in der Bildauswerteeinheit 12 die Startwerte für die Bogenführungsmittel an
veränderte
Grenzlagen angepasst.
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Die
Zuordnung von Maschinenparametern, wie z. B. der Maschinengeschwindigkeit,
und Bedruckstoffeigenschaften, wie z. B. das Flächengewicht, zu den Grenzlagen
ist für
das vorgeschlagene Regelverfahren zwar nicht zwingend erforderlich,
jedoch vorteilhaft für
die Festlegung geeigneter Startwerte für die Stellgrößen der
Bogenführungsmittel, um
den Makulaturanfall bis zum Erreichen der optimalen Betriebspunkte
für die
Bogenführungsmittel
zu minimieren.
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Bei
der Ermittlung der Zuordnungen oder Zuordnungsfunktionen von Stellgrößenwerten
und Grenzlagenkoordinaten kommt der Berücksichtung der Maschinengeschwindigkeit
eine zentrale Bedeutung zu. Je höher
die Druckgeschwindigkeit ist, desto höher müssen auch die Blasdrücke/Saugdrücke an den
Bogenführungsmitteln
gewählt
werden, um den gleichen Effekt (die gleiche Bogenlage) in kürzerer Zeit
zu bewirken im Vergleich zu geringeren Druckgeschwindigkeiten. Die
Ermittlung der Abhängigkeit
der Stellgrößenwerte
von der Druckgeschwindigkeit erfolgt so, dass eine manuelle Variation
der Stellgrößen für die Bogenführungsmittel
bei verschiedenen Druckmaschinengeschwindigkeiten und Bedruckstoffeigenschaften
durch das Bedienpersonal erfolgt und die sich jeweils dabei einstellenden
Bogenlagen von der Bildauswerteeinheit B als Grenzlagen G gespeichert
werden.
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Für mindestens
eine Grenzlage wird aus allen zugehörigen manuellen Einstellwerten
für die Stellgrößen und
jeweiligen Maschinengeschwindigkeiten eine Zuordnungsfunktion zwischen
den Einstellwerten und den Maschinengeschwindigkeiten ermittelt
und gespeichert.
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Mit
Hilfe der Zuordnungsfunktion werden dann von der Regelung die Stellgrößen für die Bogenführungsmittel
der Maschinengeschwindigkeit nachgeführt, wobei diese geschwindigkeitsabhängige Stellwertkorrektur
die Grenzlagenregelung überlagert.
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Im
Fortdruckbetrieb der Maschine, d. h. bei konstanter Druckgeschwindigkeit,
beruht die erfindungsgemäße Regelung
auf dem Lagevergleich zwischen den Bildpunkten der seitlichen Bogenkontur und
den Grenzlagepunkten. In Abhängigkeit
davon, welcher Grenzlagenabschnitt von der Bogenkontur geschnitten
wird (in der 3 wäre dies im Bereich der Blasluftkammer 6 der
Fall), werden durch das Bildauswertemodul 12 in Zusammenwirken
mit der Maschinensteuerung 14 solange die Stellgrößen-Sollwerte
für die
in diesem Abschnitt wirkenden Bogenführungsmittel (Ventilatoren)
verändert,
bis die Bogenbahn wieder im vorgesehenen Toleranzbereich für die Bogenlage
verläuft.
Dafür sind
im Prinzip keinerlei Maschinen- oder Bedruckstoffparameterwerte
erforderlich. Die Sollwertänderungen
für die Stellgrößen erfolgen
im einfachsten Fall mit festgelegten Schrittweiten, vorteilhafter
ist die Sollwertermittlung durch die aus den manuell vorgegebenen oder
veränderten
Grenzlagen G auf der Basis von Interpolationen von diskreten Speicherwerten
der Grenzlagen und zugehörigen
Stellgrößenwerten oder
auf der Basis von Zuordnungsfunktionen zwischen Grenzlagen G und
Stellgrößenwerten
für die Bogenführungsmittel.
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Sind
die Korrelationen zwischen Stellgrößenwerten und Grenzlagen nicht
exakt für
dieselben Bedruckstoffeigenschaften ermittelt worden, sollten Fuzzy-Algorithmen
für die
Sollwertvorgabe für
die Bogenführungsmittel
zur Anwendung kommen, die die Regeldynamik auf der Grundlage der
vorgenommenen Sollwertänderungen
und damit erzielten Bogenlageänderungen
fortlaufend optimieren.
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Im
Beispiel in 3 hängt der Bogen im mittleren
Abschnitt zu weit nach unten durch und schneidet mit seiner Kontur
die untere Grenzlage G. Das Auftreten von Konturpunkten unterhalb
der Grenzlagekoordinaten wird vom Bildauswertemodul 12 festgestellt
und ein Stellsignal zur Erhöhung
der Ventilatordrehzahl an der mittleren Luftkammer 6 an
die Maschinensteuerung 14 ausgegeben.
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Die
Vorgabe der Grenzlagen kann synchron zur Vorwärtsbewegung des Bogens in Abstimmung auf
das Bogenformat erfolgen. Gemäß dem in 3 dargestellten
Beispiel erfolgt im rechten Abschnitt bei dieser Bogenposition keine
Bogenlageüberwachung mehr,
weil die Bogenhinterkante den Wirkungsbereich der Blasluftkammer 5 bereits
verlassen hat.
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Das
vorgeschlagene Regelungsverfahren bietet außerdem den Vorteil, dass die
Bogenlagenkontrolle in Abhängigkeit
vom Maschinentakt auf die jeweils kritischen Abschnitte begrenzt
werden kann und damit nicht die gesamte Bogenlänge überwacht werden muss. Da im
Beispiel der 3 der vordere Bogenabschnitt
durch die Führung
der Bogenvorderkante im Greiferschluss auf der Übergabetrommel kaum das untere
Bogenleitblech der linken Blasluftkammer 7 berühren kann,
wäre die
Grenzlagenüberwachung
in diesem Abschnitt entbehrlich, solange sich der vordere Bogenbereich
darin befindet.
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In
der 4 ist die maschinentaktabhängige Vorgabe
der für
die Bogenlage wesentlichen Grenzlagen G am Beispiel einer Ein-Trommel-Wendeeinrichtung
in einer Schön-
und Widerdruck-Bogenoffsetdruckmaschine
verdeutlicht.
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Unterhalb
der Wendetrommel 2 ist eine in vier Kammern unterteilte
Blasluftbogenführung 16 angeordnet,
wobei jede Kammer von einer separaten, drehzahlregelbaren Ventilatorengruppe
(nicht dargestellt) mit Blasluft versorgt wird. Der zu wendende
Bogen 18 wird vom vorgeordneten Druckzylinder 1 auf
ein darunter befindliches Abschälblech 15 nach dem
Prinzip des aerodynamischen Paradoxons geleitet und an seiner Hinterkante
von Mitnahmesystemen der Wendetrommel 2 erfasst und an
den nachgeordneten Druckzylinder 3 übergeben. Damit der Bogen 18 im
ersten Maschinentakt nicht vom Abschälblech 15 abfällt, wird
er vom Luftpolster der Kammer I gestützt. Da das Abschälblech 15 den
Bereich der zulässigen
Bogenlagen nach oben begrenzt, genügt in dieser Phase die Vorgabe
einer unteren Grenzlage (4a). Sinken
Bogenbereiche unter die Grenzlage GI ab, überschneidet die Bogenlagekontur
die Grenzlagelinie und daraufhin gibt das Bildauswertemodul 12 ein
Stellsignal an die Maschinensteuerung 14 zur Erhöhung der
Ventilatordrehzahl an der Luftkammer I aus.
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Im
zweiten Maschinentakt sollte der hintere Bogenbereich weder an das
Abschälblech 15 anschlagen,
um das Druckbild auf dem nachfolgenden Bogen 17 nicht zu
verwischen, noch mit der frisch bedruckten Seite auf das Leitblech
der Luftkammer II absinken. Somit ist jetzt die Vorgabe einer oberen und
einer unteren Grenzlage zweckmäßig. Der
Verlauf der beiden Grenzlagen GII ist den in Vorversuchen mit hohen
und geringen Ventilatordrehzahlen realisierten hohen und tiefen
Bogenlagen nachgebildet, kann aber auch – wie in der 4b angegeben – nachträglich linearisiert
werden oder auch auf wesentliche Abschnitte verkürzt werden, um die Bildauswertung
zu vereinfachen. Im dritten Maschinentakt gelten ähnliche
Kriterien, hier soll das Flattern der Hinterkante des Bogens 19 bis
an die Mantelfläche
der Wendetrommel 2 vermieden werden, um einen ruhigen Bogenlauf
zu gewährleisten.
Damit ist die Vorgabe zweier Grenzlagen GIII sinnvoll (4c).
Im vierten Maschinentakt kommt es darauf an, den Bogen 19 glatt
auf den Wendetrommelmantel aufzulegen, um eine definierte Bogenlage
bei der Bogenübergabe
an den nachgeordneten Druckzy linder 3 zu ermöglichen.
Hier ist es wiederum ausreichend, nur eine untere Grenzlage GIV
in geringer Entfernung vom Wendetrommelmantel vorzugeben (4d).
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In
den 5a und 5b ist
eine von der Bedruckstoffsteifigkeit (Flächengewicht) abhängige Grenzlagenvorgabe
G für eine
Luftpolsterführung 22 des
hinteren Bereiches eines bereits in die durch Druckzylinder 3 und
Gummituchzylinder 21 gebildete Druckzone eingelaufenen
Bogens dargestellt.
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Ein
biegeschlaffer Papierbogen 19 muss ganzflächig vor
der Druckzone durch das Luftpolster auf den Mantel des Druckzylinders 3 aufgelegt
werden, um ein Bogenflattern beim Einlaufen in den Druckspalt und
daraus resultierende Druckstörungen zu
verhindern. Dementsprechend wird für biegeschlaffe Papiere eine
obere Grenzlage G im Wirkungsbereich der Luftpolsterführung 22 vorgegeben (5a).
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Sobald
dagegen ein biegesteifer Kartonbogen 19 mit seiner Hinterkante
in den Bereich der Leitfläche 23 der
Luftpolsterführung 22 gelangt,
wird die Hinterkante bedingt durch das Abspreizen des Bogens mechanisch
an der Leitfläche 23 der
Luftpolsterführung 22 bis
zum Eintritt in den Druckspalt geführt. Infolge seiner Steifigkeit
bewirkt die Hinterkantenführung
das glatte Auflegen des Bogens 19 auf den Mantel des Druckzylinders 3,
so dass die Blasluftführung
in dieser Phase nicht benötigt
wird. Eine Grenzlagenvorgabe für
den hinteren Bogenbereich kann daher bei der pneumatischen Kartonführung entfallen
(5b). Somit ist die Grenzlagenregelung sehr flexibel
an die spezifischen Bedingungen der jeweiligen Bogenführung und
des Bedruckstoffes anpassbar.
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In
Abhängigkeit
vom Vergleich der tatsächlichen
Bogenlage mit den vorgegebenen Grenzlagen G werden von der Bildauswerteeinheit
B über
eine Schnittstelle Steuersignale an die Maschinensteuerung 14 zur
Veränderung
oder Konstanthaltung der Sollwerte für die Stellgrößen der
Bogenführungsmittel
ausgegeben, die der jeweiligen Grenzlage zugeordnet sind. In den
Ausführungsbeispielen
werden Drehzahlen von Ventilatorengruppen an Luftleitblechen geregelt.
Die erfindungsgemäße Regelung kann
analog für
die Änderung
der Winkelstellung mechanischer Drosselklappen in Luftleitungen
oder zur Positionsänderung
von mechanisch wirkenden Leit- oder Führungselementen, aber auch
für die
Regelung magnetischer oder elektrostatischer Führungseinrichtungen eingesetzt
werden.
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Am
Monitor 13 kann der Drucker den Bogenlauf an den Bogenführungseinrichtungen
verfolgen. Vorzugsweise können
verschiedene Stellen der gesamten Bogenoffsetdruckmaschine gleichzeitig
mit mehreren Monitoren überwacht
werden. Im Rahmen der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Drucker mit
Hilfe von Eingabeeinrichtungen 10 Veränderungen an den Grenzlagenkoordinaten
G vornehmen kann. Optimal kann dies mit einem berührungsempfindlichen
Bildschirm (Touch-Screen-Monitor)
erfolgen, wobei der Drucker mit Hilfe von Ziehpunkten die Grenzlagenlinie/n
G auf dem Monitor 13 insgesamt oder partiell verändern kann.
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- 1
- vorgeordneter
Druckzylinder
- 2
- Übergabetrommel,
Wendetrommel
- 3
- nachgeordneter
Druckzylinder
- 4
- Drehwinkelgeber
- 5
- Blasluftkammer
- 6
- Blasluftkammer
- 7
- Blasluftkammer
- 8
- Überwachungseinrichtung,
optischer Flächensensor,
CCD-Matrix, Videokamera
- 9
- Erfassungsbereich
des optischen Flächensensors
- 10
- Eingabeeinrichtung
- 11
- Grenzlagenspeicher
- 12
- Bildauswertemodul
- 13
- Monitor,
berührungssensitiver
Monitor
- 14
- Maschinensteuerung
- 15
- Abschälblech
- 16
- Blasluftbogenführung
- 17
- Bogen
- 18
- Bogen
- 19
- Bogen
- 20
- Bogen
- 21
- nachgeordneter
Gummizylinder
- 22
- Luftpolsterführung
- 23
- Leitfläche
- B
- Bildauswerteeinheit
- G
- Grenzlage
- GI
- der
Kammer I der Blasluftbogenführung 16 zugeordnete
Grenzlage
- GII
- der
Kammer II der Blasluftbogenführung 16 zugeordnete
Grenzlage
- GIII
- der
Kammer III der Blasluftbogenführung 16 zugeordnete
Grenzlage
- GIV
- der
Kammer IV der Blasluftbogenführung 16 zugeordnete
Grenzlage