JP2007253623A - 印刷機の振動を補償する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のアクチュエータによって少ないコストで振動に対処することができる、１つまたは複数の逆モーメントの印加によって印刷機の振動を補償する方法を提供する。
【解決手段】複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有する印刷機１４の振動を補償する方法が開示されており、振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために逆モーメントが印刷機１４に印加され、１つまたは複数の周波数部分の第１のグループ１０が、予め規定された１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償され、１つまたは複数の周波数部分の第２のグループ１２が、少なくとも１つまたは複数の当該周波数部分を含んでいる少なくとも１つの信号の、印刷機の作動中に行われる測定に依存して算定される１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償される。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために逆モーメントが印刷機に印加される、複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有する印刷機の振動を補償する方法に関する。

印刷機では、印刷品質に良くない影響を与える外乱振動が生じることがある。とりわけ、長い印刷ユニットグループを備えている枚葉紙印刷機では、すなわち、通常は８個、１０個、または１２個の、一列に配置された多数の印刷ユニットを備えている枚葉紙印刷機では、たとえば被印刷体枚葉紙が第１の枚葉紙搬送部材から第２の枚葉紙搬送部材へ渡されるときの位置誤差（引渡し誤差、見当誤差）を防ぐために、特別に高い精度が必要である。このように敏感な機械システムでは、わずかな振動振幅があるだけでも、すでに許容できない作用が生じることがある。

共振が、外乱振動の励起周波数から遠く離れるようにするために、基本的には、いくつかの設計的方策によるだけでも、印刷機、特に枚葉紙印刷機の動的特性に影響を与えることができる。また、設計的方策によって、考えられる外乱発生源を縮小または除去したり、あるいは共振との結合定数を小さくすることも試みることができる。たとえば製造の変更、具体的なコンポーネントの的確な選択による励起低減、巧みな駆動オフセットによる結合部の縮小などによって、共振周波数をずらすことができる。最後に、個々の外乱発生源を適切な位相で結合し、それにより、個々の励起が重ね合わされて１つの振動になるのをできるだけ最低限に抑えるという試みも行うことができる。しかしながら、一般に、機械的な手段による改善の余地は、許容できる閾値以下にまで外乱を減らせる程度にははるかに及ばないと言える。

特許文献１もしくは特許文献２により、逆モーメントの印加によって、印刷機の振動を補償する方法および装置が公知である。印刷機の少なくとも１つの振動の固有形状が判定され、その固有形状がゼロではない印刷機のドライブトレーンの位置で、振動全体を補償するための逆モーメントが算定されて記憶される。印刷機の動作時に、予め決められた逆モーメントが前述の位置で印加され、それにより、振動を最大限抑えることができる。１つの好ましい実施形態では、逆モーメントはカム伝動装置によって生成される。逆モーメントは、機械回転数または機械周波数に依存して生成することができる。

特許文献３もしくは特許文献４により、逆モーメントの印加によって印刷機の振動を補償するさらに別の方法および別の装置が公知である。振動の周波数スペクトルの少なくとも１つの周波数部分、好ましくはすべての周波数部分が、直接的または間接的に測定され、これらの周波数部分の各々に、他の周波数部分とは関わりなく、特定の振幅と位相をもつ同じ周波数の相応の逆モーメント、特に実質的に調波モーメントが、この周波数で振動の振幅が低減されるように、直接的または間接的に機械軸に作用するアクチュエータによって重ね合わされる。１つの好ましい実施形態では、この技術思想は、機械周波数に対して非整数次の振動を補償するために適用される。
独国特許第１９９１４６２７Ａ１号明細書 米国特許第６，４０１，６２０Ｂ１号明細書 独国特許第１０１４９５２５Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１５８１８０Ａ１号明細書

本発明の目的は、複数のアクチュエータによって少ないコストで振動に対処することができる、１つまたは複数の逆モーメントの印加によって印刷機の振動を補償する方法を提供することである。

この目的は、本発明によると、請求項１に記載の特徴を備える、印刷機の振動を補償する方法によって達成される。本発明の有利な発展例は、従属請求項に記載されている。

複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有する印刷機、特に枚葉紙印刷機の振動を、特に回転振動を、補償する本発明の方法では、振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために逆モーメントが印刷機に、特に枚葉紙印刷機に印加される。１つまたは複数の周波数部分の第１のグループが、予め規定された１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償され、１つまたは複数の周波数部分の第２のグループが、少なくとも１つまたは複数の当該周波数部分を含んでいる信号の、すなわち１つの信号または複数の信号の、印刷機の作動中に行われる測定に依存して判定される１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償され、特に好ましくは完全に補償され、もしくはちょうど補償される。

本発明の根底にある思想は、振動の個々の周波数成分が複数の、特に２つのグループまたはクラスに区分される手法によって、印刷機の振動、特に回転振動を補償するというものである。補償方法を作用させていない印刷機の周波数スペクトルに着目し、算定された周波数部分の分類または分割が行われる。これら各々のクラスについて、できるだけ完全な補償という目的に最善に合った補償方法が選択され、発生する全体的な振動振幅が最低限に抑えられるようにする。振動は、できるだけ少ないコストで対処されるのが好ましい。逆モーメントは、理想的な場合、重ね合わされた振幅ができるだけ小さくなるように、特に消滅する（ゼロになる）ように数値的に適合化された振幅と、補償されるべき振動に対する逆位相とを有している。

このとき振動は、印刷機全体の振動であってよく、または、たとえば胴の軸などの機械部分の振動であってよい。振動は、たとえば位置、速度、または加速度に関わるものであってよい。振動は、たとえばいわゆるバーチャルな機械軸の振動であってもよく、すなわち、２つの機械部品の間の相対位置、相対速度、または相対加速度の振動であってもよい。

第１のグループについて予め規定された逆モーメントの推移は、ハードウェアに格納されるか、または印刷機の制御ユニットでソフトウェアに格納され、補償のために利用可能であってよい。測定される信号は、少なくとも１つの機械回転検出器の信号、たとえば機械回転数の検出器の信号であってよい。

１つまたは複数の周波数部分の第１のグループを補償するための予め規定された１つまたは複数の逆モーメントは、特許文献１または特許文献２の技術思想に基づき、第１のグループに関してのみ、すなわち振動の周波数内容の１つの部分または部分集合に関してのみ、本発明に基づいて応用したうえで転用することができるが、たとえば振動全体に関して転用することはできない。特許文献１および特許文献２の開示内容全体を、明示的な引用により、本明細書の開示内容に取り入れる。

１つまたは複数の周波数部分の第２のグループを補償するために、１つまたは複数の当該周波数部分を含む信号の、印刷機の作動中に行われる測定に依存して算定される１つまたは複数の逆モーメントは、特許文献３または特許文献４の技術思想に基づき、第２のグループに関してのみ、すなわち振動の周波数内容の別の部分または別の部分集合に関してのみ、本発明に基づいて応用したうえで転用することができるが、たとえば振動全体に関して転用することはできない。特許文献３および特許文献４の開示内容全体を、明示的な引用により、本明細書の開示内容に取り入れる。

本発明の方法の有利な実施態様では、第２のグループは、第１のグループに含まれていない１つまたは複数の周波数部分だけを含んでいる。これに加えて、またはこれに代えて、本発明による方法の有利な実施態様では、第１のグループおよび第２のグループの周波数部分は合わせて周波数スペクトルの主要部分をなすことができ、または、ちょうど周波数スペクトルをなすことができる。主要部分とは、許容できる閾値を下回るように振動に対処するために、無視することができない周波数スペクトル部分を意味している。

振動を補償する本発明の方法の有利な実施態様では、第１のグループの１つまたは複数の周波数部分は、機械周波数の整数倍（一般には１を含み、有利には１よりも大きい）であってよく、第２のグループの１つまたは複数の周波数部分は機械周波数の非整数倍であってよい。機械周波数または駆動周波数、特に主駆動装置周波数は、特に回転数、サイクル、またはサンプル速度に関わるものである。

振動を補償する本発明の方法では、第１のグループの１つまたは複数の周波数部分は負荷に関わる周波数であり、第２のグループの１つまたは複数の周波数部分は見当に関わる周波数であるのが好ましい。周波数が負荷に関わるのは、それが機械周波数に対して整数の次数を有しており、補償のために高いモーメントを必要とし、印刷機の運転前に周波数部分の振幅と位相を確定できるという意味において決定論的である場合である。周波数が見当に関わるのは、それが機械周波数に対して非整数の次数を有しており、補償のために少ないモーメント、通常は数ニュートンメートルしか必要とせず、振動の周波数部分の振幅と位相が印刷機の運転中に個別に算定されて補償されるという意味で、予め規定することができず、もしくはサンプル特有である場合である。

振動の周波数スペクトルを周波数部分へ分解し、それぞれの周波数部分を各グループに分類するにあたっては、低い固有モード、特に印刷機の第１および第２の固有周波数を励起することができる部分だけ、多くの場合には低周波の部分だけを考慮すれば十分であり得、すなわち、印刷機の共振に十分に近似していれば十分であり得る。高周波部分は、多くの場合、他の部分に対して相対的に少なく、考慮する必要がないのが普通である。換言すると、実質的には、すなわち振動補償の適用にとって許容できる許容差の範囲内では、低周波の周波数部分によって振動を表すことができる。

１つまたは複数の周波数部分の第１のグループの（予め規定された）１つまたは複数の逆モーメントの印加は、および／または１つまたは複数の周波数部分の第２のグループの１つまたは複数の信号に基づいて算定された１つまたは複数の逆モーメントの印加は、本発明の方法では、印刷機の振動の固有形状のうちの１つの振幅推移に基づいて選択された部位で行われる。

本発明の方法では、信号の測定は、第２のグループの周波数部分の振幅と位相の算定に対して、少なくとも１つの直交する相関関係を含んでいるのが好ましい。これに加えて、またはこれに代えて、本発明の方法では、予め規定される１つまたは複数の逆モーメントは、１つまたは複数の機械装置によって生成して印加することができる。１つまたは複数の機械装置はカム伝動装置、特にカムディスクであってよい。カム伝動装置、特にカムディスクは、機械周波数の１つまたは複数の整数倍（一般に１を含むが、好ましくは１よりも大きい）と周期的に作用するように製作されていてよい。１つまたは複数の機械装置に代えて、１つまたは複数の電気式のカム、特に電気駆動装置のための周期的な制御プロフィルを、アクチュエータの制御のために利用することができ、それにより、予め規定される１つまたは複数の逆モーメントが、１つまたは複数の電気式のカムによって生成して印加される。本発明に基づいて用いられる電気式のカムは、特に、機械周波数に依存して、すなわち機械速度依存的に製作されていてよい。

上記に加えて、または上記に代えて、測定に依存して算定される１つまたは複数の第２のグループの逆モーメントは、この１つまたは複数の逆モーメントに対応する周波数部分が印刷機の固有周波数と共振する場合にだけ印加されると好ましい。換言すると、離散した振動補償は、印刷機への作用が見込まれるという理由から実際に必要な場合にのみ作動し、またはオンになるのが好ましい。

印刷機の固有周波数または振動の固有形状（固有モード）に対する、振動の周波数部分の励起の可能性を考慮することは、モード計算またはモード補償と呼ぶこともできる。特に、本発明では、見当に関わる（非整数の）周波数部分および／または負荷に関わる（整数の）周波数部分のモード補償を行うことができる。

これに加えて、またはこれに代えて、予め規定される第１のグループの１つまたは複数の逆モーメントは、印刷機の印刷ユニット列の実質的に先頭部および／または終端部の先頭部および／または終端部の付近で、特にモーメント推移が格納されている装置によって印加され、測定に依存して算定される第２のグループの１つまたは複数の逆モーメントは、印刷機の印刷ユニット列の中央部の付近または実質的に中央部で、特に印刷機のメインモータによって印加されると好ましい。周波数部分の第１のグループについては、特に負荷に関わる、すなわち高い補償モーメントを必要とする周波数部分については、印刷ユニットグループの先頭部の付近および／または終端部の付近にあるレバーアームが、振動に結合する１つまたは複数の固有形状を補償するのに特別に好都合である。特に周波数部分の第２のグループについて、特に見当に関わる周波数部分について、印刷機のメインモータを使用すると、事実上、追加のハードウェアやハードウェアの変更なしに、この駆動装置によってアクチュエータを利用することができる。しかしながら、これに代えて、追加のアクチュエータを利用できることも当然である。

これに加えて、またはこれに代えて、本発明による方法の有利な実施態様では、第２のグループの１つまたは複数の周波数部分は、印刷機の互いに異なる部位に配置された少なくとも２つの検出器またはセンサの信号の差異から算出されるのが好ましい。

本発明による方法の有利な発展例では、予め規定される少なくとも１つの逆モーメントと、１つまたは複数の信号に基づいて算定される少なくとも１つの逆モーメントは、両方とも１つのアクチュエータによって一緒に印加される。換言すると、両方のクラスの補償のために１つの部位で印刷機に印加されるべき逆モーメントは、印刷機の同一のアクチュエータによって印加することができる。これらの逆モーメントは、アクチュエータの駆動モーメントに加算されていてよい。特に、このアクチュエータは、印刷機の印刷ユニット列の先頭部または終端部の付近にあってよい。

印刷機、特に枚葉紙印刷機も、発明の思想と関連している。本発明の方法は、特に、平版印刷機またはオフセット印刷機で適用することができる。印刷機は多色刷り印刷機であってよく、特に、一列に並んだ複数の印刷ユニット、通常は４個、６個、または８個の印刷ユニットを有していてよい。印刷機は紙または厚紙を被印刷体として処理できるのが好ましい。本発明による印刷機は、複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有している振動を補償するための、本発明の方法を実施するのに適した、またはそのために製作された装置と、振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために少なくとも１つの逆モーメントを印刷機へ印加するためのアクチュエータとを有している。印刷機は、印刷ユニットの列の終端部に、周波数部分の第１のグループについて予め規定された１つまたは複数の逆モーメントを印加するためのそれぞれ少なくとも１つのアクチュエータを有するとともに、印刷ユニットグループまたは印刷機の実質的に中央部に、特に印刷機の主駆動装置であってよい少なくとも１つのアクチュエータを有しており、このアクチュエータによって、周波数部分の第２のグループについて１つまたは複数の逆モーメントを印加することができる。印刷機は、振動に結合する固有形状がゼロである部位に位置しないように印刷機に配置された、少なくとも１つ、特に少なくとも２つの検出器またはセンサを有している。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、多数の印刷ユニットを備える枚葉紙印刷機の振動の、一例としての代表的な周波数スペクトルの模式的で定性的なグラフを示している。プロットされているのは、機械周波数ω_Mに関する相対周波数ｆの関数として、適切な単位（appropriate units, a.u.）で表した振幅Ａの値である。この周波数スペクトルは、振幅の異なる複数の離散した周波数曲線を有している。機械周波数ω_Mの整数倍（１を含む）である周波数部分が存在している。さらに、機械周波数ω_Mの整数倍ではない周波数部分が存在している。非整数の周波数部分の振幅は、整数の周波数部分の振幅よりも明らかに小さい。周波数スペクトルのそれぞれの周波数部分の合計は、振動に対する周波数が高くなるにつれて収束しており、すなわち、振動は、低い周波数部分によって十分な精度で表すことができる。具体的に図１に示す例では、機械周波数ω_Mの最大７倍までの周波数部分がある。本発明では、補償方法のために、有利な実施形態では次のようなやり方で周波数スペクトルのグループごとの分類が行われる。すなわち、第１のグループ１０には整数の周波数部分が割り振られ、第２のグループ１２は、非整数の周波数部分で構成される。第１のグループ１０の整数の比較的強い周波数部分に対処するために、本発明では、予め規定された逆モーメントが利用される。第２のグループ１２の非整数で比較的弱い周波数部分に対処するために、本発明では、測定から求めた逆モーメントが利用される。

周波数部分の絶対周波数は、機械周波数ω_Mとともに変化する。機械周波数ω_Mの関数として、その周波数部分の振幅も変化することがある。実際には、整数の周波数部分についての周波数の関数としての、整数モーメントの振幅変化は存在していないか、または所要の精度の範囲内では無視できるほど小さいことが多い。ある周波数部分が特別に重要になるのは、それが印刷機の固有周波数と共振する場合であり、すなわち、その周波数部分と固有振動の周波数が互いに類似しているか、または十分に一致している場合である。その場合、特に振動につながる印刷機の共振励起が起こる可能性があるからである。実際問題としては、通常、１つまたは少数の励振源だけが、すなわち１つまたは少数の周波数部分だけが、固有周波数と共振することが判明している。このような状況のもとでは、印刷機の振動挙動は、振動が対処されるべきただ１つの周波数によって規定される。

図２は、６つの印刷ユニット１６と、給紙装置２８と、排紙装置３０とを備える本発明の印刷機１４の、ここでは枚葉紙印刷機の、実施形態の概略図である。印刷機１４は、特に図１に関して説明した外乱（励振源）の共振周波数部分の作用の結果として、固有形状１８で振動をするように励起されることがある。

目的は、固有形状１８の振動を補償して、固有形状の低減または補償された振動２０が生じるようにすることである。本発明では、そのために印刷機１４は、予め規定された逆モーメントを生成するために、特許文献１または特許文献２に詳細に説明されているような機械装置３２、ここでは２つのカム伝動装置を、印刷ユニット１６の列の終端部に有している。これらの位置は、図示した固有形状１８の振幅推移に関して特別に好ましい。逆モーメントの周波数は機械周波数と比例しており、特に、機械周波数の倍数（１を含む）である。逆モーメントの振幅は一定であってよい。予め規定された逆モーメントによって、一定の力作用またはモーメント作用をもつ励振源によって生成される振動が補償されるので、補償のために必要な振幅が機械周波数とともに変化することがない。

さらに、検出器２２によって、振動について代表的な信号が変換されて、制御装置２４へ供給される。制御装置２４により、補償のために必要な逆モーメントを計算可能である。主駆動装置２６の駆動モーメントに逆モーメントが加算され、その結果、固有形状１８の振動の補償が引き起こされる。振動と、逆モーメントによって誘導される逆振動とは互いに打ち消しあうのが好ましく、少なくとも、結果的に生じる全体的振動が、許容される閾値を下回るべきである。検出器２２は、特に、振動励起または励振源の周波数が固有形状１８の周波数と共振している場合に、信号を測定することができる。検出器２２の位置は、測定されるべき固有形状の振動が、測定個所で、明らかな振幅の揺れを有しており、ゼロではないように選択されるのが好ましい。２つまたはそれ以上の検出器信号の差異測定については、２つまたはそれ以上の検出器信号の個々の信号振幅の明らかな差異の幅があるのが好ましいことに留意する。本発明による印刷機の図面には示さない発展例では、複数の検出器を複数の振動の固有形状についてそれぞれ最適化したうえで配置し、評価することもできる。

枚葉紙印刷機の振動の一例としての代表的な周波数スペクトルを示す模式的で定性的なグラフである。 本発明による印刷機の実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１０ 第１のグループの周波数部分
１２ 第２のグループの周波数部分
１４ 印刷機
１６ 印刷ユニット
１８ 固有形状
２０ 固有形状の補償された振動
２２ 検出器
２４ 制御装置
２６ 主駆動装置、アクチュエータ
２８ 給紙装置
３０ 排紙装置
３２ 逆モーメントを生成するための機械装置
Ａ 振幅
ｆ 機械周波数に関する相対周波数
ω_M 機械周波数

Claims (13)

1. 振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために、少なくとも１つの逆モーメントが印刷機（１０）に印加される、複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有する印刷機（１４）の振動を補償する方法において、
   １つまたは複数の周波数部分の第１のグループ（１０）が、予め規定された１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償され、１つまたは複数の周波数部分の第２のグループ（１２）が、少なくとも１つまたは複数の当該周波数部分を含んでいる少なくとも１つの信号の、印刷機の作動中に行われる測定に依存して算定される１つまたは複数の逆モーメントの印加によって補償されることを特徴とする、印刷機の振動を補償する方法。
2. 前記第２のグループ（１２）は、前記第１のグループ（１０）に含まれていない１つまたは複数の周波数部分だけを含んでいる、請求項１に記載の振動を補償する方法。
3. 前記第１のグループ（１０）および前記第２のグループ（１２）の周波数部分は合わせて周波数スペクトルの主要部分をなし、またはちょうど周波数スペクトルをなす、請求項１または２に記載の振動を補償する方法。
4. 前記第１のグループ（１０）の１つまたは複数の周波数部分は機械周波数（ω_M）の整数倍であり、前記第２のグループ（１２）の１つまたは複数の周波数部分は前記機械周波数（ωＭ）の非整数倍である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
5. 前記第１のグループ（１０）の１つまたは複数の周波数部分は負荷に関わる周波数であり、前記第２のグループ（１２）の１つまたは複数の周波数部分は見当に関わる周波数である、請求項１から４までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
6. １つまたは複数の周波数部分の前記第１のグループ（１０）の１つまたは複数の逆モーメントの印加、および／または１つまたは複数の周波数部分の前記第２のグループ（１２）の、１つまたは複数の信号に基づいて算定された１つまたは複数の逆モーメントの印加は、印刷機（１４）の振動の固有形状（１８）のうちの１つの振幅推移に基づいて選択された部位で行われる、請求項１から５までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
7. 前記信号の測定は、前記第２のグループ（１２）の周波数部分の振幅および位相の算定に対して少なくとも１つの直交する相関関係を含んでいる、請求項１から６までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
8. 予め規定された１つまたは複数の逆モーメントは、１つまたは複数の機械装置（３２）によって、または１つまたは複数の電気式のカムによって生成されて印加される、請求項１から７までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
9. 測定に依存して算定される前記第２のグループ（１２）の１つまたは複数の逆モーメントは、１つまたは複数の前記逆モーメントに対応する周波数部分が前記印刷機（１４）の固有周波数と共振する場合にのみ印加される、請求項１から８までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
10. 予め規定される前記第１のグループ（１０）の１つまたは複数の逆モーメントは、実質的に、前記印刷機（１４）の印刷ユニット列（１６）の先頭部および／または終端部で印加され、測定に依存して算定される前記第２のグループ（１２）の１つまたは複数の逆モーメントは前記印刷機（１４）の前記印刷ユニット列（１６）の中央付近で印加される、請求項１から９までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
11. 前記第２のグループ（１２）の１つまたは複数の周波数部分は、前記印刷機（１４）の互いに異なる部位に配置された少なくとも２つの検出器の信号の差異から求められる、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
12. 予め規定される少なくとも１つの逆モーメントと、１つまたは複数の信号に基づいて算定される少なくとも１つの逆モーメントとは、１つのアクチュエータによって一緒に印加される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の振動を補償する方法。
13. 複数の離散周波数部分を含む周波数スペクトルを有している振動を補償する装置と、振動の少なくとも１つの離散周波数部分を補償するために少なくとも１つの逆モーメントを印刷機（１４）に印加するための少なくとも１つのアクチュエータ（２６）とを備える印刷機（１４）において、
    補償をする前記装置は請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法を実施するのに適していることを特徴とする印刷機。

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