DE19708469A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Graviersystems und Gravierverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Graviersystems für Druckzylinder und ein Verfahren zum Betreiben des so kalibrierten Graviersystems.

Die elektromechanische Zylindergravur ist heute das gängigste Verfahren zur Bearbeitung von Tiefdruckformen. Die Übertragung von Bildinformationen von einer Vorlage auf den Tiefdruckform­ zylinder erfolgt nach Zwischenschritten zur Verarbeitung der von der Vorlage abgenommenen Helligkeitssignale und ihrer Umwandlung in geeignete Steuersignale, letztlich durch Graviersysteme, mit denen Näpfchen gewünschter Tiefe in die Oberfläche des Tief­ druckformzylinders graviert werden. Das Graviersystem enthält ein elektromechanisches Schwingsystem, das in den gängigen Aus­ führungen einen Torsionsstab, der an einem Ende eingespannt ist, einen Stichelhalter, der am gegenüberliegenden Ende des Tor­ sionsstabs angebracht ist, und einen Diamantstichel aufweist, der von dem Stichelhalter in Abstand zur Längsachse des Tor­ sionstabes gehalten wird. Es sind ferner elektrische Antriebs­ mittel vorgesehen, die einen Anker angebracht in einem mittleren Bereich entlang des Torsionsstabes aufweisen können, der in einem externen Magnetfeld liegt und mit Steuerstrom versorgbar ist, um den Torsionsstab in Torsionsschwingungen zu versetzen. Dabei wird der Torsionsstab bis maximal ± 0,5° ausgelenkt. Der entfernt von der Torsionsachse des Torsionsstabes gehaltene Gravierstichel wird durch den Steuerstrom gesteuert so ausge­ lenkt, daß die gewünschten Näpfchen in die Zylinderoberfläche graviert werden. Das Graviersystem weist ferner einen Gleitfuß auf, mit dem es sich auf der Druckformzylinderoberfläche ab­ stützt.

Beim Gravieren wird das Graviersystem mit einem Steuersignal betrieben, das durch ein sinusförmiges Grundsignal mit einer Frequenz von im typischen Fall 4 kHz und einem überlagerten Bildsignal gebildet wird. Durch das so modulierte Steuersignal des Graviersystems werden mit einer Frequenz von 4 kHz Näpfchen in die Oberfläche des Tiefdruckformzylinders graviert, deren Tiefe - und damit auch ihre Längs- und Querausdehnung - von der Helligkeit der Abtastvorlage bzw. dem Wert von Formdaten ab­ hängt. Die Näpfchen sind, bedingt durch die Form des Diamant­ gravierstichels rautenförmig. Die Querdiagonale des rautenförmi­ gen Näpfchens liegt um 90° zur Bearbeitungsrichtung (Rotations­ richtung des Zylinders) gedreht und die Längsdiagonale liegt in Bearbeitungsrichtung. Die maximale Näpfchenlänge (Längsdiagona­ le) beträgt 225 µm, die Näpfchenbreite maximal 180 µm.

Die Näpfchen werden in einem Raster auf der Zylinderoberfläche graviert, indem der Zylinder neben der Rotation eine Vorschubbe­ wegung ausführt. Der Linienabstand beträgt 90 µm bzw. 135 µm. Bei aufeinanderfolgenden Zeilen (Linien) werden die Näpfchen jeweils um ein halbes Näpfchen versetzt graviert. Das Graviersy­ stem und ihre zugeordneten Steuereinrichtungen müssen so geeicht werden, daß die minimalen und maximalen Helligkeitswerte richtig in die zugeordneten minimalen und maximalen Näpfchenausdehnungen umgesetzt werden. Es wird deshalb vor Beginn jedes Graviervor­ gangs eine Kalibrierung des Graviersystems vorgenommen. Dazu wird das Graviersystem an den Zylinder angelegt und Näpfchen in den sich drehenden Zylinder graviert, deren Längs- und Queraus­ dehnung optisch vermessen werden. Die Steuereinrichtungen des Graviersystems werden dann so eingestellt, daß bei Bildsignalen für maximale Helligkeit (eichweiß) die kleinste gewünschte Näpf­ chengröße und bei minimaler Helligkeit (eichschwarz) die größte gewünschte Näpfchengröße erzeugt wird. Da die optische Vermes­ sung der Näpfchendiagonalen vom Bedienungspersonal mit mikrosko­ pisch abbildenden Meßeinrichtungen vorgenommen werden muß und die Einstellung für jeden neuen zu gravierenden Zylinder wie­ derholt werden muß, nimmt die Kalibration der Graviersysteme daher unerwünscht viel Zeit in Anspruch. Um den Graviervorgang insgesamt effektiver zu machen, wäre es daher wünschenswert, zumindest die Bestimmung des Abstands zwischen Gravierstichel und Zylinderoberfläche mit einem automatisierbaren Verfahren durchzuführen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kalibrie­ rung von Graviersystemen anzugeben, mit dem sich der Abstand zwischen Gravierstichel und Zylinderoberfläche nach Anlegen des Graviersystems an den Zylinder automatisch bestimmen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Gravierstichel mit einem sägezahnförmigen Steuerstrom mit einer vorgegebenen Am­ plitude ausgelenkt, so daß der Gravierstichel noch nicht auf die Druckzylinderoberfläche auftrifft. (Unter Sägezahnform soll hier eine Dreiecksform mit symmetrischer ansteigender und abfallender Flanke verstanden werden). Dabei wird ein Gravierstichelwegsi­ gnal aufgenommen, das wenigstens näherungsweise linear von dem momentanen Auslenkungsweg des Gravierstichels aus der Ruhelage abhängt. Das Gravierstichelwegsignal folgt in dieser Stufe, da der Gravierstichel ungehindert ausgelenkt wird, dem Sägezahn­ steuerstrom und ist daher, als Funktion der Zeit ebenfalls ein im wesentlichen sägezahnförmiges Signal. Anschließend wird die Amplitude des Sägezahnsteuerstroms sukzessive erhöht, zumindest bis eine Steigerungsänderung in der abfallenden und/oder anstei­ genden Flanke des Gravierstichelwegsignals feststellbar ist. Der Punkt der Steigungsänderung des Gravierstichelwegsignals zeigt an, daß der Gravierstichel auf die Druckzylinderoberfläche auf­ trifft; anschließend weist das Gravierstichelsignal nur noch eine verminderte Steigung auf, da der Gravierstichel sich in die Druckzylinderoberfläche einschneiden muß und daher nicht mit derselben Steigung, wie der ungehinderte Gravierstichel, dem Sägezahnsteuerstrom folgt. Das Gravierstichelwegsignal, bei dem die Steigungsänderung auftrifft, wird ermittelt und abgespei­ chert. Anhand dessen kann dann der zugehörige Steuerstrom er­ mittelt und das Graviersystem davon abhängig angesteuert werden. Es ist ein besonderer Vorteil, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren automatisch durchführen läßt, ohne daß das Betriebs­ personal Einstellungen von Hand an den einzelnen Graviersystemen der Graviermaschine durchführen müssen.

Das obige Verfahren kann bei ruhendem, d. h. nichtrotierendem Zylinder durchgeführt werden, wodurch nur ein minimaler Teil der Zylinderoberfläche durch das obige Verfahren beschädigt wird.

Das Gravierstichelwegsignal kann beispielsweise durch einen elektrischen Oszillator gewonnen werden, der in der Nähe des Gravierstichelhalters fest montiert ist. Der Schwingkreis des Oszillators wird bei Auslenkung des Gravierstichels durch die Verlagerung des Materials von Stichelhalter und Gravierstichel relativ zum Schwingkreis gegenüber der Frequenz in Ruhelage des Gravierstichels verstimmt. Aus der Frequenzänderung durch die Verstimmung läßt sich leicht ein zur Frequenzänderung proportio­ nales elektrisches Signal gewinnen, das als Gravierstichelwegsi­ gnal verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Frequenz­ änderung des Schwingkreises über einen Frequenzdiskriminator oder ein Phase-Locked-Loop-Verfahren in ein Gravierstichelwegsi­ gnal umgesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann die Wegmessung optisch absolut kalibriert werden. Dazu wird für verschiedene Anregungsströme die Auslenkung des Stichels mit einem Meßmikroskop vermessen und die Auslenkung im Verhältnis zum Anregungsstrom bestimmt. Durch Zuordnung des Steuerstroms, bei dem die Steigungsänderung im Gravierstichelwegsignal auf­ tritt, kann dann für jedes Graviersystem auch die absolute Aus­ lenkung des Gravierstichels und der absolute Abstand der Gra­ vierstichel in Ruhelage von der Zylinderoberfläche bestimmt werden.

Alternativ kann eine Verstelleinrichtung an dem Graviersystem vorgesehen sein, mit der sich das Graviersystem auf mindestens einen ersten und einen zweiten Abstand zur Druckzylinderober­ fläche bringen läßt, wobei die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand einstellbar bzw. vorgegeben ist. Durch Mes­ sen der Gravierstichelwegsignale, bei dem die Steigungsänderung auftritt, für zwei Abstände von der Druckzylinderoberfläche, die eine definierte Entfernung voneinander haben, läßt sich eben­ falls eine absolute Kalibration für das Gravierstichelwegsignal gewinnen und die Linearität prüfen.

Wird zunächst eine absolute Kalibration des Gravierstichelwegsi­ gnals wie oben beschrieben vorgenommen, kann in einem anschlie­ ßenden Verfahren zum Gravieren des Druckzylinders aus dem Gra­ vierstichelwegsignal mit der Kalibrationskonstante die momentan geschnittene Näpfchentiefe absolut bestimmt (z. B. aus der Diffe­ renz des Gravierstichelwegsignals am unteren Umkehrpunkt und dem bestimmen Abstand zur Zylinderoberfläche) und, gegebenenfalls durch Regelung, in gewünschter Weise korrigiert werden. Bei be­ kannter Geometrie des Gravierstichels kann dann aus der Näpf­ chentiefe auch die Näpfchenbreite bestimmt werden. Ferner kann die absolut bestimmte momentane Näpfchentiefe auch dazu verwen­ det werden, um die Steuerung des Gravierstichels dynamisch zu korrigieren, um Schwingungseffekte, wie Nachziehen oder Prellen des Gravierstichels, zu minimieren.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1 beschrieben, in der ein Blockschaltbild einer Auswertungsschaltung zur Gewin­ nung des Gravierstichelwegsignals dargestellt ist.

Der Gravierstichel an dem Gravierstichelhalter ist schematisch mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt. Der Gravierstichel wird mit einer Sägezahnspannung, mit einer Frequenz von zum Beispiel 100 Hz ausgelenkt, die in einem Sägezahngenerator 10 mit vor­ gebbarer Amplitude erzeugt wird. Die Amplitude der Auslenkung ist zunächst so klein, daß der Gravierstichel nicht auf die Druckzylinderoberfläche auftritt und daher frei mit dem Säge­ zahnsteuersignal mitschwingt.

Wird der Gravierstichel mit einem Sägezahnsteuerstrom angetrie­ ben und trifft auf die Druckzylinderoberfläche auf, so hat das Gravierstichelwegsignal eine Flanke mit einer ersten Steigung, die dem freien Schwingen des Gravierstichels entspricht, einen Knickpunkt (Steigungsänderung) und einen Bereich verminderter Steigung, der dem Eindringen des Gravierstichels in die Druck­ zylinderoberfläche entspricht, bis zu einem unteren Umkehrpunkt von dem aus sich das Gravierstichelsignal etwa spiegelbildlich fortsetzt.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird ein Signal be­ stimmt, das den momentanen Auslenkungsweg des Gravierstichels aus seiner Ruhelage anzeigt. In der Nähe des Gravierstichels 12 ist ein elektrischer Oszillator fest montiert, der im vorlie­ genden Fall durch einen VCO (Voltage Controlled Oscillator) 20 gebildet wird. Eine Änderung der relativen Lage des Stichelhal­ ters und des Gravierstichels zum Schwingkreis führt zu dessen Verstimmung. Die der Verstimmung entsprechende Frequenzänderung wird mit der in Fig. 1 dargestellten Schaltung in ein Span­ nungssignal umgesetzt, das als Gravierstichelwegsignal verwendet werden kann.

In der dargestellten Phase-Locked-Loop-Schaltung wird das Signal eines Quarzgenerators 30 mit dem Signal des VCO 20 hinsichtlich der Phase verglichen. Der Phasendetektor 70 ist hier als XOR ausgeführt. Um das Tastverhältnis beider im Phasendetektor zu vergleichenden Signale auf 1 : 1 einzustellen, wird die Frequenz der Signale des VCO 20 und des Quarzgenerators 30 durch Fre­ quenzdividierer 40 und 50 durch 2 geteilt.

Der Ausgang des Phasendetektors 70 gibt ein Maß für die Phasen­ lage beider Signale. Dieses Ausgangssignal des Phasendetektors 70 wird auf ein Filter 80 gegeben, das eine Tiefpaßfilterung durchführt. Das tiefpaßgefilterte Phasendetektorsignal wird dem Steuereingang des VCO 20 zugeführt, der dadurch für eine Ver­ stellung des Schwingkreises sorgt, indem die Kapazität eines einstellbaren Kondensators verstellt wird. Ein derartig ge­ schlossener Regelkreis stellt die Frequenz des VCO 20 auf die Frequenz des Quarzgenerators 30. Die dafür erforderliche Regel­ spannung ist dann ein Maß für die Frequenzverstimmung des VCO durch den Gravierstichel. Zur Auswertung wird die Regelspannung einer Offset-Korrektur in einer Korrekturschaltung 90 unterzo­ gen, die die Spannung im eingeschwungenen Zustand abzieht. Nach dieser Korrektur verbleibt ein Spannungssignal das zur Frequenz­ änderung proportional ist. Die Frequenzänderung ist zumindest näherungsweise proportional zur relativen Bewegung des Gravier­ stichels 12 relativ zum Schwingkreis und damit als Graviersti­ chelwegsignal verwendbar, das zumindest näherungsweise linear von dem Auslenkungsweg des Gravierstichels aus der Ruhelage abhängt.

Das Gravierstichelwegsignal kann in eine Steuer- und Rechenein­ heit 8 aufgenommen werden und dort analysiert werden. Trifft der Gravierstichel bei Auslenkung mit einem Sägezahnsteuerstrom auf die Druckzylinderoberfläche auf, kann die Steigungsänderung in den Flanken des Gravierstichelwegssignals in der Steuer- und Recheneinheit 8 festgestellt werden. Diesem Gravierstichelwegsi­ gnal, bei dem die Steigungsänderung auftritt, kann der zugehöri­ ge Steuerstrom zugeordnet werden. Damit ist der Steuerstrom für das Graviersystem festgelegt, bei dem der Gravierstichel auf die Druckzylinderoberfläche auftrifft. Bereits diese Information kann für eine einfache Kalibration verwendet werden.

Für eine absolute Kalibration kann für verschiedene Anregungs­ ströme die Auslenkung des Stichels mit einem Meßmikroskop ver­ messen und die Auslenkung im Verhältnis zum Anregungsstrom ge­ speichert werden. Später kann dann durch Zuordnung des Steuer­ stroms, bei dem die Steigungsänderung im Gravierstichelwegsignal auftritt, kann dann auch die absolute Auslenkung des Gravier­ stichels bestimmt werden. Alternativ kann eine Verstellung des Abstandes des Graviersystems auf zwei verschiedene Abstände zur Druckzylinderoberfläche vorgenommen werden, wobei die Differenz der Abstände durch ein vorgegebenes Steuersignal für eine Stell­ einrichtung oder anderweitig bekannt sein sollte. Aus der Diffe­ renz der festgestellten Gravierstichelwegsignale, bei denen jeweils die Steigungsänderungen auftreten, und der bekannten Abstandsdifferenz kann ebenfalls durch Verhältnisbildung eine Kalibrationskonstante gewonnen werden.

Die genannten Auswerte- und Steueroperationen, die zur Durch­ führung der Verfahren notwendig sind, können von der Steuer- und Recheneinheit 8 ausgeführt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kalibrierung eines Graviersystems für Druck­ zylinder, welches Graviersystem einen elastisch auslenkbar aufgehängten Gravierstichel und elektrische Antriebsmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, den Gravierstichel aus seiner Ruhelage um einen gewünschten Weg gesteuert durch einen Steuerstrom auszulenken, mit den Schritten:

• - Beaufschlagen der elektrischen Antriebsmittel mit einem Sägezahnsteuerstrom mit einer vorgegebenen Amplitude, bei der der Gravierstichel nicht auf den Druckzylinder auf­ trifft,
• - Aufnehmen eines Gravierstichelwegsignals, das wenigstens näherungsweise linear von den momentanen Auslenkungsweg aus der Ruhelage abhängt,
• - sukzessives Erhöhen der Amplitude des Sägezahnsteuerstroms zumindest bis eine Steigungsänderung in der abfallenden und/oder ansteigenden Flanke des Gravierstichelwegsignals feststellbar ist,
• - Ermitteln und Speichern des Gravierstichelwegsignals, bei dem die Steigungsänderung auftrifft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vorab die Auslenkung des Gravierstichels mit einem Meßmikroskop vermessen und im Ver­ hältnis zum Anregungsstrom bestimmt und gespeichert wird und später durch Zuordnung des Steuerstroms, bei dem die Stei­ gungsänderung im Gravierstichelwegsignal auftritt, die ab­ solute Auslenkung des Gravierstichels bestimmt wird und eine Kalibrationskonstante zur Umrechnung des Gravierstichelweg­ signals in eine absolute Wegangabe gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Graviersystem durch Einstellmittel auf einen ersten und einen zweiten Abstand zur Druckzylinderoberfläche gebracht wird, wobei die Diffe­ renz der Abstände als Absolutwert bekannt ist, und für beide Abstände jeweils das Gravierstichelwegsignal bestimmt wird, bei dem die Steigungsänderung auftrifft, und aus der Diffe­ renz dieser Gravierstichelwegsignale und der Differenz der Abstände im Verhältnis eine Kalibrationskonstante zur Um­ rechnung des Gravierstichelwegsignals in eine absolute We­ gangabe gespeichert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Aufnehmen des Gravierstichelwegsignals ein elektrischer Schwingkreis in der Nähe des Gravierstichels fest angeordnet ist, und die Frequenzänderung des Schwingkreises gegenüber der Frequenz bei Gravierstichel in Ruhelage bestimmt wird und ein zur Frequenzänderung proportionales Signal als Gra­ vierstichelwegsignal verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Frequenzänderung des Schwingkreises über einen Frequenzdiskriminator oder ein Phase-Locked-Loop-Verfahren in ein Gravierstichelwegsignal umgesetzt wird.

6. Gravierverfahren für Druckzylinder, bei dem vor dem eigent­ lichen Graviervorgang ein Kalibrationsverfahren nach An­ spruch 2 oder 3 durchgeführt wird, und beim Gravieren aus Gravierstichelwegsignal und der Kalibrationskonstante die momentan geschnittene Näpfchentiefe absolut bestimmt und, gegebenenfalls durch Regelung, in gewünschter Weise korrigiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die bestimmte Näpfchen­ tiefe und dem Gravierstichel zugeordnete Geometrieinforma­ tion verwendet werden, um die Näpfchenbreite zu bestimmen.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das absolute Graviersti­ chelwegsignal dazu verwendet wird, um die Steuerung des Gra­ vierstichels dynamisch zu korrigieren, um Schwingungseffek­ te, wie Nachziehen oder Prellen des Gravierstichels, zu minimieren.

9. Kalibrierungsverfahren für eine Graviermaschine für Druck­ zylinder mit wenigstens einem Graviersystem, welches Gra­ viersystem einen elastisch auslenkbar aufgehängten Gravier­ stichel und elektrische Antriebsmittel aufweist, die dazu ausgebildet sind, den Gravierstichel aus seiner Ruhelage um einen gewünschten Weg gesteuert durch einen Steuerstrom auszulenken, mit den Schritten:

• - Beaufschlagen der elektrischen Antriebsmittel mit vorgege­ ben Steuerstromverläufen, bei denen der Gravierstichel nicht auf den Druckzylinder auftrifft,
• - Aufnehmen eines Gravierstichelwegsignals, das wenigstens näherungsweise linear von den momentanen Auslenkungsweg aus der Ruhelage abhängt,
• - Vergleichen von Steuerstromverlauf und Gravierstichelweg­ signal und Bestimmen und Speichern von dynamischen Korrektu­ ren für den Steuerstrom beim Graviervorgang, die dazu dienen Schwingungseffekte, wie Nachziehen oder Prellen des Gravier­ stichels, beim Graviervorgang zu minimieren.