DE4244276B4

DE4244276B4 - Anordnung zum Messen der Lage einer Bogenkante auf der Oberfläche eines rotierenden Zylinders

Info

Publication number: DE4244276B4
Application number: DE4244276A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schulz
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2012-12-29
Also published as: US5448079A; JPH06294607A; DE4244276A1

Abstract

Anordnung zum Messen der Lage einer Bogenkante auf der Oberfläche eines rotierenden Zylinders,
bestehend aus mindestens einer nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden photoelektrischen Abtasteinrichtung, die außerhalb des Zylinders gestellfest angeordnet ist, die mit einer Steuereinrichtung zur Lagepositionierung des Bogens verbunden ist und die auf die längs einer Mantellinie liegende Bogenkante und auf eine Marke gerichtet ist, welche fest in der Oberfläche des Zylinders eingebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Marke (9) mehrere in Bewegungsrichtung (4) der Bogenkante (12) verlaufende Abtastspuren (17, 18) enthält,
– dass jeder Abtastspur (17, 18) innerhalb der Abtasteinrichtung (5) ein photoelektrisches Empfängerelement (22) zugeordnet ist,
– und dass die Marke (9) bei vorhandenem, unbeschädigtem Bogen in einem Meßbereich (13) vom Bogen (2) abgedeckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Lage einer Bogenvorder- oder Hinterkante eines auf der Oberfläche eines Zylinders gehalterten Bogens zum Zwecke der reinen Messung oder zur Ist-Wertermittlung innerhalb eines Lageregelungssystems.
Die Erfindung ist bei Druckmaschinen oder sonstigen bogenverabeitenden Maschinen anwendbar, wo der Bogen mittels mindestens einem Zylinder transportiert wird.
Bei Rotationsdruckmaschinen ist die genaue Lage und die Lagestabilität des Bogens auf der Oberfläche eines Zylinders entscheidend für eine hohe Druckqualität. Die Lage bzw. Lagestabilität eines Bogens auf einem Zylinder ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Zum einen ist entscheidend, aus welcher Position des Bogens dieser von den bogenhaltenden Elementen des Zylinders übernommen wird. Dazu sind an Druckmaschinen als Anschläge Vorder- und Seitenmarken vorgesehen, die zur Lagekorrektur des Bogens auf dem Zylinder verstellbar sind. Die Verstellung der Anschläge kann von einer Steuereinrichtung aus erfolgen, der Meßsignale über die Lage des Bogens auf dem Zylinder zugeführt werden können.
Desweiteren kann die Lage des Bogens auf dem Zylinder nach der übernahme durch die bogenhaltenden Elemente durch den Bearbeitungsvorgang, dem der Bogen unterliegt, noch weiter verändert werden. Beispielsweise entsteht beim Bedrucken eines Bogens nach dem Druckspalt druckbildabhängig am Gummizylinder Bogennachlauf. Die dabei entstehenden Abrißkräfte setzen sich bis in den Greiferschluß fort, so daß Greiferschlupf entsteht, der eine ungewollte Lageänderung des Bogens hervorruft. Der Greiferschlupf ist über die Breite des Bogens gesehen nicht konstant, so daß es zum Ermitteln der Lage der Bogenkante notwendig sein kann, an mehreren Stellen zu messen. Mehrere Meßstellen sind ebenfalls dazu geeignet, eine Schrägbogenlage und eine Beschädigung der Bogenkante festzustellen.

Es sind Meßanordnungen für die Lage einer Bogenkante auf der Oberfläche eines Zylinders bekannt, bei denen die gesamte Meßanordnung auf dem Zylinder untergebracht ist und mit diesen umläuft.
( DE-GM 77 00 430 )

Nachteilig bei diesen Meßanordnungen ist, daß zur laufenden Anzeige und Auswertung der Meßergebnisse die Meßsignale von dem rotierenden Zylinder über Drehdurchführungen oder andere geeignete Einrichtungen fortgeleitet werden müssen. Das bedingt einen erhöhten Material- und Kostenaufwand, wobei die Zuverlässigkeit sinkt.

Desweiteren sind Meßanordnungen bekannt, die eine photoelektrische Abtasteinrichtung aufweisen, welche gestellfest angeordnet ist, und welche mit einer Steuereinrichtung zur Lagepositionierung des Bogens verbunden ist. Die photoelektrische Abtasteinrichtung beinhaltet in der Regel einen Lichtsender und einen photoelektrischen Empfänger. Das Licht wird auf die Oberfläche des Zylinders geworfen und vom Bogen, von der Zylinderoberfläche und aus den Bereichen des Zylinderkanals mehr oder weniger reflektiert, woraus mittels einer elektrischen Schaltungsanordnung die Lage der Bogenkante in Relation zur Lage einer festen Kante, wie beispielsweise die Kanalbegrenzung, ermittelt werden kann. Zur maßlichen Erfassung der Lage der Bogenkante wird die Zeit ermittelt, die zwischen dem Auftreten der von der festen Kante des Zylinders und der Bogenkante erzeugten Signalflanken vergeht.

Eine weitere Methode besteht darin, daß der Winkel gemessen wird, um den sich der Zylinder zwischen dem Auftreten besagter Signalflanken dreht.
( DE 23 22 194 C2 , JP 1-306247 (A).

Bei der Zeitmeßmethode ist es von Nachteil, daß bei Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit des Zylinders innerhalb einer Umdrehung Meßfehler entstehen. Bei der zweiten Methode besteht der Nachteil, daß die Auflösung der zur Winkelmessung eingesetzten inkrementalen Drehgeber zu gering ist bzw., daß bei hoher Auflösung der Drehgeber, die mit der Drehung des Zylinders gekoppelt sind, die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit bei der Auswertung der Drehgebersignale begrenzt wird, wodurch die maximale mögliche Drehzahl des Zylinders herabgesetzt werden kann.

Zur Steuerung des Meßvorganges ist es bekannt, das Signal eines digitalen Winkelmeßsystems zu verwenden, welches mit der Drehung des Zylinders gekoppelt ist. Bei bestimmten Winkelstellungen werden vorbestimmte Schaltvorgänge abgeleitet, die die Signalverarbeitungselektronik für die von einer Abtastanordnung erzeugten Lagemeßsignale steuert. Dazu müssen die Signale des Winkelmeßsystems mit schaltungstechnischen Mitteln oder rechentechnisch mit Hilfe eines Programms aufbereitet werden, was einen zusätzlichen Aufwand bedingt und die maximale Meßgeschwindigkeit begrenzt.
( DE 38 36 310 A1 )

In der DE 22 02 087 A ist eine lichtelektrische Meßeinrichtung an einer Bogen bearbeitenden Maschine beschrieben, bei der zur Messung der Lage einer Bogenkante an einer Bezugslinie mehrere Empfänger in Bogenlaufrichtung hintereinander und/oder seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die Genauigkeit der Messung ergibt sich aus den minimalen Abständen der Empfänger.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Messen der Lage einer Bogenkante auf der Oberfläche eines Zylinders zu entwickeln, die eine genaue Messung bei hoher Drehzahl des Zylinders ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine auf dem Zylinder fest angebrachte Marke, die genauso wie die Bogenkante von einer nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden photoelektrischen Abstasteinrichtung erfaßt wird, mehrere in Bewegungsrichtung der Bogenkante verlaufende Abtastspuren enthält. Jeder Abtastspur ist innerhalb der Abtasteinrichtung ein photoelektrisches Empfängerelement zugeordnet. Die Marke ist so angeordnet, daß sie im Meßbereich vom vorhandenen, unbeschädigten Bogen abgedeckt wird, wenn dieser ordnungsgemäß von den Halteelementen auf der Oberfläche des Zylinders festgehalten wird. Die Abtasteinrichtung und die ihr zugeordnete Markenkonfiguration können über die Breite des Bogens gesehen mehrfach vorgesehen sein. Dadurch daß mittels mehreren photoelektrischen Empfängerelementen innerhalb mehrerer Abtastspuren abgetastet wird, ist eine Redundanz und eine Mehrfachauswertung des Meßsignals möglich.

Bei einer besonderen Ausbildung der Marken sind Steuermarkierungen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad dem eigentlichen Meßbereich vorgeordnet und nachgeordnet vorgesehen, wobei der Reflexionsgrad im Meßbereich innerhalb einer Spur gleichbleibend ist. Die Steuermarkierungen können zur Initialisierung und zum Reset des Meßvorganges benuzt werden. Weiterhin können die Steuermarkierungen innerhalb einer Meßspur eine definierte Länge aufweisen, so daß sie besonders als Referenzmarken geeignet sind, wobei die innerhalb einer Umdrehung auftretenden Geschwindigkeitsschwankungen nur geringe Auswirkungen auf das Meßergebnis haben. Das beim Vorsehen von mehreren Spuren an den photoelektrischen Empfängern anliegende Bitmuster kann zur Steuerung des Meßvorganges mit Hilfe einer Logikschaltung ausgewertet werden, wobei die aus einem bestimmten Bitmuster stammenden Signalflanken dazu benutzt werden können, den Meßvorgang für eine Referenzstrecke und für die bis zur Bogenkante verlaufende Meßstrecke zu starten bzw. zu stoppen. Die Wegmessung kann in eine Zeitmessung überführt werden, wenn besagte Signalflanken auf den Start/Stop-Eingang eines Zählers wirken, an dessen Impulseingang eine konstante hochfrequente Signalimpulsfolge anliegt.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine auf einen Zylinder gerichtete photoelektrische Abtasteinrichtung,
2 eine Teilansicht einer eingebetteten Marke,
3 eine Draufsicht auf die Marke,
4 eine Markenkonfiguration,
5 ein Schema der optoelektronischen Signalverarbeitung.
In 1 ist ein Zylinder 1 dargestellt, auf dessen Oberfläche ein Bogen 2 in einem Greifersystem 3 gehalten wird. Der Zylinder 1 ist in Richtung 4 drehbar gelagert. Außerhalb des Zylinders 1 ist eine photoelektrische Abtasteinrichtung 5 gestellfest angeordnet. Die Abtasteinrichtung 5 enthält einen Lichtsender 6 und mehrere photoelektrische Emfängerelemente 7, die über einen Kabel 8 mit einer Schaltungsanordnung (24 in 5) zur Meßsignalverarbeitung in Verbindung stehen.
2 zeigt eine Marke 9, die in einer Greiferauflageschiene 10 eingebettet ist. Der Bogen 2 wird mit der Greiferspitze 11 gegen die Greiferauflage 10 gepreßt.
In 3 ist die Lagezuordung der Marke 9 zu der Greiferspitze 11 zu erkennen. Demnach liegt die Marke 9 seitlich neben der Greiferspitze 11. Die Bogenkante 12, deren Lage auf dem Zylinder 1 ermittelt werden soll, liegt innerhalb des Meßbereiches 13 der Meßanordnung, wobei der Bogen 2 die Marke 9 in einem Teilbereich überdeckt.
Die in 4 gezeigte Marke 9 enthält vier nebeneinander angeordnete Doppelspuren 14. Jede Doppelspur 14 ist in einen Bereich mit einer vorlaufenden Steuermarkierung 15 in einen Meßbereich 13 und in einen weiteren Bereich mit einer nachlaufenden Steuermarkierung 16 gegliedert. Innerhalb des Meßbereiches 13 besteht jede Doppelspur aus einer Spur 17 mit hohem Reflexionsgrad und einer Spur 18 mit niedrigem Reflexionsgrad. Die Steuermarkierungen 15, 16 bilden in einem Raster quer zur Richtung 4 Bitmuster, die von der photoelektrischen Abtasteinrichtung 5 erfaßt werden.
Anhand des Schemas nach 5 soll die Funktionsweise der Anordnung beschrieben werden. Von einer Lichtquelle 19 ausgehendes Licht wird mit Hilfe einer Beleuchtungsoptik 20 auf die Oberfläche des Zylinders 1 in einem die Marke 9 erfassenden Bereich ausgesandet. Das aus dem Bereich der Marke 9 reflektierte Licht wird durch eine als Zylinderlinse ausgebildete Empfangsoptik 21 auf photolektrische Empfängerelemente 22 projiziert. Jedes Empfängerelement 22 erhält Licht aus genau einer Spur 17, 18 der Marke 9. Die Photoströme der Empfängerelemente 22 werden in einer Signalaufbereitungsschaltung 23 verstärkt und digitalisiert und danach in einer Signalauswerteschaltung 24 weiterverarbeitet, an deren Ausgang ein Meßsignal für die Lage des Bogens 2 auf dem Zylinder 1 entnehmbar ist. Das Meßsignal kann zur numerischen Meßwertausgabe oder als Ist-Größe innerhalb eines Lageregelsystems verwendet werden. Als Stellglieder zur Lagekorrektur des Bogens 2 bzw. der nachfolgenden Bogen 2 können Positionierglieder für die Vordermarkenanschläge dienen, von denen aus der Bogen 2 auf dem Zylinder 1 übernommen wird oder mit dem Zylinder 1 umlaufende Positionierglieder, welche eine Relativverschiebung des Bogens 2 auf dem Zylinder 1 in Richtung 4 bewirken.
Die Empfängerelemente 22, die Signalaufbereitungschaltung 23 und die Signalauswerteschaltung 24 können integriert in Form eines Opto-Asic aufgebaut sein.
Von den Emfängerelementen 22 werden zunächst die Lichtsignale aus der vorlaufenden Steuermarkierung 15 empfangen. Durch die Bewegung der Marke 9 senkrecht zur Abtastlinie der Emfängerelemente 22 entsteht eine dem Bitmuster entsprechende Steuersequenz, aus welcher Schaltsignale für die Signalauswerteschaltung 24 abgeleitet werden. Neben Initialisierungs- und Resetsignalen können auch Start-/Stopsignale für Zählerschaltungen abgeleitet werden, die Bestandteil der Signalauswerteschaltung 24 sind. Insbesondere dann, wenn in einer Spur der Abstand zwischen einem Bitmuster zum nächsten Bitmuster einen definierten Wert aufweist, dann läßt sich aus den in die Zählerschaltungen zwischen dem Start- und dem Stopsignal eingelaufenen Zählimpulsen, die von einem Festfrequenzgenerator gewonnen werden, ein Kalibriersignal für die nachfolgende Lagemessung der Bogenkante 12 ableiten. Die Lagemessung selbst wird nach Passieren der letzen Steuersequenz der vorlaufenden Steuermarkierung 15 eingeleitet. Es werden die Impulse gezählt, die von da an aus dem Frequenzgenerator in die Zählerschaltung bis zum Erreichen der Bogenkante 12 einlaufen. Die Impulszahl ist proportional des Abstandes der Bogenkante 12 vom Beginn des Meßbereiches 13. Durch die hohe Frequenz und Frequenzstabilität der Zählimpulse ist die Auflösung und die Genauigkeit entsprechend hoch.
Sollte kein Bogen 2 oder ein zu kurzer Bogen 2 oder ein im Bereich der Marke 9 beschädigter Bogen 2 auf der Oberfläche des Zylinders 1 transportiert werden, so daß die Marke 9 nicht von dem Bogen 2 abgedeckt wird, dann kann mit Hilfe der nachlaufenden Steuermarkierung 16 in der Signalauswerteschaltung 24 ein Alarmsignal ausgegeben werden, wodurch die weitere Zufuhr von Bogen 2 zu dem Zylinder 1 gestoppt wird.
In dem Fall, in dem mehrere Abtasteinrichtungen 5 und mehrere Marken 9 über die Breite des Bogens 2 vorgesehen sind, kann durch Auswertung der Signale über eine einfache Differenzbildung der Meßsignale eine Schräglage des Bogens 2 oder eine Verkrümmung der Bogenkante 12 auf dem Zylinder 1 festgestellt werden.

1: Zylinder
2: Bogen
3: Greifersystem
4: Richtung
5: Abtasteinrichtung
6: Lichtsender
7: Empfängerelement
8: Kabel
9: Marke
10: Greiferauflageschiene
11: Greiferspitze
12: Bogenkante
13: Meßbereich
14: Doppelspur
15: Bereich
16: Steuermarkierung
17: Spur
18: Spur
19: Lichtquelle
20: Beleuchtungsoptik
21: Empfangsoptik
22: Empfängerelement
23: Signalaufbereitungsschaltung
24: Signalauswerteschaltung

Claims

Anordnung zum Messen der Lage einer Bogenkante auf der Oberfläche eines rotierenden Zylinders, bestehend aus mindestens einer nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden photoelektrischen Abtasteinrichtung, die außerhalb des Zylinders gestellfest angeordnet ist, die mit einer Steuereinrichtung zur Lagepositionierung des Bogens verbunden ist und die auf die längs einer Mantellinie liegende Bogenkante und auf eine Marke gerichtet ist, welche fest in der Oberfläche des Zylinders eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Marke (9) mehrere in Bewegungsrichtung (4) der Bogenkante (12) verlaufende Abtastspuren (17, 18) enthält, – dass jeder Abtastspur (17, 18) innerhalb der Abtasteinrichtung (5) ein photoelektrisches Empfängerelement (22) zugeordnet ist, – und dass die Marke (9) bei vorhandenem, unbeschädigtem Bogen in einem Meßbereich (13) vom Bogen (2) abgedeckt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass in jeder Abtastspur (17, 18) vorlaufende (15) und nachlaufende (16) Steuermarkierungen mit unterschiedlichem Reflexionsgrad vorgesehen sind, – und dass im Meßbereich (13) für die Lage der Bogenkante (12), welche zwischen den Steuermarkierungen (15, 16) liegt, in jeder Abtastspur (17, 18) der Reflexionsgrad gleich bleibend ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich benachbarte Abtastspuren (17, 18) im Meßbereich (13) bezüglich des Reflexionsgrades unterscheiden.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufenden Steuermarkierungen (15) mindestens in einer Abtastspur (17, 18) Referenzmarken aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrischen Emfängerelemente (22) mit einer Logikschaltung (24) in Verbindung stehen, deren Ausgänge mit dem Start-/Stopeingang einer Zählerschaltung verbunden sind.