TWI821634B - 印刷機和操作印刷機的方法 - Google Patents

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安德烈亞斯 加布施
維克多 希爾德布蘭德
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Abstract

本發明提供一種印刷機（10），其包含：一刮刀（14）；一驅動系統（20），其用於將該刮刀（14）推靠在該印刷機（10）之一印刷滾筒（16）上；一感測器（32），其經調適以感測將該刮刀（14）推靠在該印刷滾筒（16）上所用之一力；及一機械鎖定元件（34），其經調適以將該驅動系統（20）鎖定在其操作位置。 另外，呈現了一種操作一印刷機（10）之方法。

Description

印刷機和操作印刷機的方法
本發明係關於一種印刷機，尤其係一種柔版印刷機，及操作該種印刷機之方法。
在印刷機中，將油墨塗覆於印刷滾筒上，在後續步驟中將油墨自該印刷滾筒塗覆至基板。典型地，使用若干印刷滾筒，其中油墨首先自油墨儲集器傳送至第一印刷滾筒/網紋輥，油墨進一步自該第一印刷滾筒/網紋輥傳送至與基板接觸之實際印刷滾筒。
柔版印刷單元使用所謂的網紋輥作為用於吸收油墨之印刷滾筒。網紋輥在其中採集油墨之其表面上具有雕刻。刮刀用以自網紋輥之表面刮掉過量油墨。
油墨儲集器亦可藉由所謂的腔室刮刀系統形成，該腔室刮刀系統在形成於腔室刮刀之後部與網紋輥之間的空腔內形成油墨儲集器。油墨儲集器由於兩個刀片與網紋輥接觸而在網紋輥之旋轉方向上受限。
為防止油墨自油墨儲集器洩漏，必須用足夠之力將腔室刮刀，尤其將腔室刮刀之刀片壓靠在網紋輥上。然而，隨著網紋輥不斷轉動，在印刷機之操作期間，腔室刮刀之刀片因刀片與旋轉之網紋輥之間的摩擦而隨時間推移受到磨損。因此，可發生油墨洩漏及/或油墨飛濺，因為腔室刮刀可能不再充分地 壓靠在網紋輥上，且必須非常頻繁地更換刀片。
在印刷機之操作期間，供應至油墨儲集器中之油墨的黏度可發生改變。該黏度變化可導致油墨儲集器內之壓力變化，且可導致腔室刮刀被推動遠離網紋輥，從而導致油墨洩漏。
本發明之目標係提供一種允許防止油墨自腔室刮刀系統洩漏之印刷機，且提供一種用於操作該種印刷機之方法。
藉由一種包含以下各者之印刷機實現本發明之目標：一刮刀；一驅動系統，其用於將該刮刀推靠在該印刷機之一實質上靜態的印刷滾筒/網紋輥上；一感測器，其經調適以感測將該刮刀推靠在該印刷滾筒/網紋輥上所用之一力；及一機械鎖定元件，其經調適以將該驅動系統鎖定在其操作位置。
當提及印刷機之印刷滾筒實質上係靜態時，其意謂該印刷滾筒確實沿徑向方向移動，而非實質上沿徑向方向移動。
刮刀尤其係腔室刮刀且印刷機尤其係柔版印刷機。印刷滾筒可係網紋輥。
驅動系統允許將足夠之力施加於刮刀上以確保刮刀與印刷滾筒之間存在緊密且恆定的接觸，以使得可防止油墨洩漏。
藉由感測器量測之力可分別基於驅動系統與刮刀之間及刮刀與網紋輥之間的接觸表面而轉換成壓力值。
另外，可基於藉由感測器獲得之值而調整印刷機之操作。
機械鎖定元件亦確保驅動系統在印刷機之操作期間之安全位置，且因此確保刮刀之位置。由於將刮刀固持在適當位置之驅動系統仍藉由鎖定機構鎖定，因此防止了刮刀由於例如油墨黏度變化而移動遠離印刷滾筒/網紋輥。
在一個實施方式中，驅動系統包含用於將力施加至刮刀上之活塞。
可以電、氣動及/或液壓方式驅動活塞。驅動系統可尤其係雙動氣壓缸。
該驅動系統允許對驅動系統之移動且因此對施加至刮刀上之力進行精確控制。此外，驅動系統之活塞可易於藉由鎖定元件鎖定在其位置，從而確保對將刮刀推靠在印刷滾筒/網紋輥上所用之力進行良好控制。
感測器可經配置於鎖定元件與刮刀之間。然而，感測器亦可經配置於印刷機內之任何位置處，該位置確保對將刮刀推靠在網紋輥上所用之力進行可靠量測且將係取決於腔室刮刀相對於驅動系統之特定配置。
即使在驅動系統藉由機械鎖定元件鎖定時，感測器亦可量測力，從而確保在印刷機之每一操作狀態下，可藉由感測器獲得力值。
可藉由感測器量測之以牛頓為單位之力具有在10N至20N之範圍內、較佳地為10N的解析度。該等力感測器很便宜且可在市面上購得。
印刷機可包含控制單元，其較佳地藉助於可程式化邏輯控制器(PLC)連接至驅動系統、鎖定元件及/或感測器。
控制單元可經調適以操作驅動系統且用於界定目標力，藉由該目標力將刮刀推靠在實質上沿側向方向之靜態印刷滾筒上。
另外，控制單元可充當人機介面(HMI)，且可用以向印刷機之操作員顯示關於印刷機之當前狀態的警告及資訊。藉由此，例如操作員可被警告發生了變化(例如油墨之錯誤黏度)。
控制單元亦可具有儲存模組，該儲存模組用於儲存自感測器接收之感測器值。此允許評估印刷機在較長時間段內之操作。
此允許在大多數時間機械地鎖定滾筒。因此，若突然發生變化， 則可維持朝向網紋輥之恆定接觸力。儘管如此，系統仍能夠對如油墨黏度或油墨流動之任何永久性變化作出反應。
為了防止在上墨啟動期間發生不受控之油墨洩漏，系統亦能夠自動偵測錯誤的腔室刮刀設定。
在一個實施方式中，控制單元進一步包含分析模組，該分析模組經組態以取決於時間及/或頻率而分析感測器值之變化。在此情況下，較佳地，可自儲存模組獲得較長時間段內之感測器值。
分析模組允許判定各種製程變化，如油墨黏度或油墨流動，從而產生如藉由感測器量測之變化之力。
藉由分析模組獲得之資料可顯示於HMI上，使得操作員可易於看到是否必要進行任何動作以實現印刷機之正確操作，尤其用於防止油墨洩漏及最大化刮刀壽命週期。
藉由一種操作印刷機之方法進一步實現本發明之目標，其中該印刷機包含：一刮刀；一驅動系統，其用於將該刮刀推靠在該印刷機之一印刷滾筒/網紋輥上；一感測器，其經調適以感測將該刮刀推靠在該印刷滾筒/網紋輥上所用之一力；一機械鎖定元件，其經調適以將該驅動系統鎖定在其操作位置；及一控制單元，其中該方法包含以下步驟：a)設定用於將該刮刀推靠在該印刷滾筒/網紋輥上之一目標力，b)在該操作位置中移動該驅動系統，其中在該操作位置中，如藉由該感測器量測之該力係該目標力，c)藉由該機械鎖定元件鎖定該驅動系統之該位置，d)藉由該感測器量測一實際力且比較該實際力與該目標力，及e)若該實際力不等於該目標力，則解鎖該驅動系統之該位置且重複步驟b)及c)， 其中在一設定時間間隔之後重複步驟d)至少一次。
該印刷機可係如之前所描述之印刷機。
根據本發明之方法允許自動地調整驅動系統之位置，亦即，該方法允許操作印刷機以使得可視需要重新調整將刮刀推靠在印刷滾筒/網紋輥上所用之壓力。同時，驅動系統可機械地進行鎖定以確保將力可靠地施加至刮刀上且防止刮刀被推動遠離印刷滾筒/網紋輥。
感測器正監視朝向網紋輥之力/壓力，該感測器一旦自動偵測到任何永久性變化，則自動考慮時間及頻率變化以及斥力，該斥力係黏度或油墨流動的指示，此將解鎖鎖定元件(例如，包括氣壓缸)並且將改變經由例如電/氣動變換器作用在例如氣缸上之壓力，直至感測器返回新設定點為止，之後將再次鎖定該氣缸。
目標力亦可係目標力範圍，在該範圍中，可確保印刷機之安全操作。此允許在印刷機之操作中存在一些靈活性，從而防止不必要地重複解鎖且在僅發生少量力變化時再次鎖定驅動系統。
設定時間間隔(在該時間間隔後重複步驟d))亦可很短以使得對力進行基本上即時之量測。此允許對印刷機進行尤其精確之控制且進一步降低油墨洩漏之風險。
控制單元可係用於操作員與印刷機互動之人機介面(HMI)。
可經由控制單元設定目標力，尤其在控制單元係HMI的情況下。目標力可自控制單元之記憶體讀取或可藉由印刷機之操作員設定。
當步驟d)中量測之實際力不等於目標力時，可藉由印刷機之控制單元給出警告。
若在驅動系統藉由鎖定元件鎖定之後無法達到目標力，則印刷機之設定有可能存在問題。舉例而言，可能未安裝刮刀或可能已安裝錯誤刮刀，及 /或刮刀尚未正確地到達網紋輥之表面。該等情況可藉由根據本發明之方法可靠地偵測到。
由於警告，印刷機之操作員可意識到，印刷機可能存在問題，且該操作員可在發生油墨洩漏之前修正設定。
在另一實施方式中，在步驟d)中量測之實際力的值經儲存，尤其經儲存於控制單元之儲存模組中，且取決於該控制單元之分析模組中的時間及/或頻率而分析該實際力之該等值的變化。
在印刷機之操作期間的典型問題可體現在感測器值隨時間及/或頻率發生之已知變化中。刀片磨損可藉由保持抵靠網紋輥之最低所需力而得到降低。亦可藉由控制單元將變化與來自印刷機之其他部分的資訊，例如藉由自製備供應至油墨儲集器之油墨的混合單元接收資訊來進行比較。此允許基於來自印刷機之不同部分的相關效應而識別該印刷機之行為及效能之原因。
若所觀測之時間及/或頻率變化在預設範圍內，則亦可跳過步驟e)。此允許精確界定已知仍給出可靠印刷條件之力值的公差，同時防止對驅動系統之不必要的重新調整，從而增加了印刷機之壽命及效能。
亦可監視且記錄該等實際力值以用於分析印刷機之操作。此允許發現各別印刷機之最佳化參數。
另外，根據本發明之方法允許能力較低人員操作印刷機，因為設定中之錯誤可易於得到偵測及校正。
在另一實施方式中，當在步驟b)中無法達到目標力時，藉由控制單元給出警告。在該情況下，有可能未安裝刮刀或已安裝錯誤刮刀及/或驅動系統之可移動部分已發生機械碰撞。由於警告，此等情況可易於被操作員識別出。
另外，在步驟a)之前可進行校準，在該校準中，驅動系統在校 準位置中移動，其中在校準位置中，藉由感測器量測最大力。
校準位置等於驅動系統之末端位置。因此，額外校準步驟確保驅動系統之全位置範圍實際上係可用的。
若無法達到末端位置，則可尤其藉由控制單元給出警告，如在該情況下，有可能印刷機受損或尚未適當地進行設定。
在此實施方式中，在步驟b)期間減小力，因為該力係自最大力設定至目標力的。因此，亦有可能檢查驅動系統之此轉變，且若此移動係不可能的，則顯示警告。
在又另一實施方式中，藉由感測器在步驟b)與步驟c)之間歷時第二預設時間量測力，且僅當力在第二預設時間期間恆定時才進行步驟c)。否則，較佳地藉由控制單元給出警告。
在步驟b)與c)之間量測力允許檢查將刮刀推靠在網紋輥上所用之力是否可藉由驅動系統自身保持恆定。若並非如此，則驅動系統有可能發生錯誤且可易於藉由根據本發明之方法來進行識別。
10:印刷機
12:油墨儲集器
14:刮刀
16:印刷滾筒
18:印版滾筒
20:驅動系統
22:雙動氣壓缸
24:活塞
26:第一入口
28:第二入口
30:氣動/電/氣電轉化器
32:感測器
34:機械鎖定元件
36:鎖定控制單元
38:控制單元
40:可程式化邏輯控制器
42:控制元件
44:顯示器
46:儲存模組
48:分析模組
50:安裝托架
A:箭頭
B:箭頭
C:雙向箭頭
F:實際力
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
其他優勢及特徵將自本發明之以下描述及自展示本發明之非限制性例示性實施方式的附圖變得顯而易見，且在附圖中：-[圖1]展示根據本發明之一較佳實施方式之印刷機的示意性圖示；-[圖2]展示根據本發明之另一實施方式之印刷機的細節視圖；及-[圖3]展示根據本發明的用於操作圖1之印刷機之方法的方塊圖。
在圖1中，展示了根據本發明之印刷機10之示意性圖示。
印刷機10具有形成於腔室刮刀14與印刷滾筒16之間的油墨儲集器12，該印刷滾筒係網紋輥。因此，該印刷機10係柔版印刷單元。
網紋輥沿圖1中藉由箭頭A所繪示之方向旋轉，且在其旋轉期間將油墨自油墨儲集器12吸收至雕刻在網紋輥之表面中之單元中。
腔室刮刀14自網紋輥之表面刮掉過量油墨。
接著將來自網紋輥之油墨傳送至印刷機10之其他印刷滾筒，在圖1中僅部分展示該印刷機之印版滾筒18。因此，用於實際印刷於基板上之印刷機10之其他部分未展示於圖1中且係此項技術中已知的。
如圖1中之箭頭B所繪示，印版滾筒18相較於網紋輥反向旋轉。
油墨係藉由(圖中未示)油墨供應器而供應至腔室刮刀14中且因此供應至油墨儲集器12中。
藉由驅動系統20將腔室刮刀14推靠在網紋輥上。驅動系統20可沿藉由圖1展示之雙向箭頭C所繪示之方向移動。
驅動系統20包含雙動氣壓缸22，該雙動氣壓缸可藉由供應空氣穿過第一入口26或第二入口28而移動活塞24。該雙動氣壓缸22係藉由氣動/電/氣電轉化器30控制的。
驅動系統20亦可使用單動氣壓缸。替代地，驅動系統20可以使用液壓或電驅動活塞及/或氣缸。
可藉由感測器32量測驅動系統20將腔室刮刀14推靠在網紋輥上所用之實際力F。
感測器32可量測實際力且具有在10N至20N之範圍內、較佳地為10N之數位化/解析度。
感測器32可具有允許量測期望之力之任何形式。作為一實例，感測器32可係壓縮力轉換器、張力/壓縮力轉換器、柱力感測器、環力感測器、應 變計、彎曲樑、剪切樑、測力計、負載銷及/或張力連桿。
所量測之實際力F亦可轉化成壓力，藉由該壓力將腔室刮刀14壓靠在網紋輥上。
在所展示之實施方式中，感測器32經配置於氣壓缸22與腔室刮刀14之間。
然而，所使用之類型的感測器32及感測器32相對於腔室刮刀14及驅動系統20之配置可不同於所展示之實施方式，只要能確保對實際力F之可靠量測即可。
另外，印刷機10包含機械鎖定元件34，該機械鎖定元件經調適以將活塞24及因此將驅動系統20鎖定在適當位置。
機械鎖定元件34係藉由亦可係第二氣電轉化器之鎖定控制單元36來控制的。
機械鎖定元件34能夠確保對驅動系統20之安全鎖定，即使在比F最大高得多的力正作用於驅動系統20時亦如此。在所展示之實施方式中，鎖定元件34確保對驅動系統20之可靠鎖定，即使在高達2000N之力沿如圖1中之雙向箭頭C所展示的方向作用於驅動系統20時亦如此。
印刷機10進一步包含控制單元38，該控制單元藉助於可程式化邏輯控制器(PLC)40經由氣電轉化器30連接至驅動系統20、經由鎖定控制單元36連接至機械鎖定元件34，且連接至感測器32。
控制單元38包含控制元件42，操作員可使用該等控制元件與控制單元38互動。
控制單元38進一步包含顯示器44。
顯示器44亦可係觸敏式顯示器。在此情況下，亦可省略控制元件42，此係因為操作員可使用顯示器44以與控制單元38互動。
控制單元38進一步包含儲存模組46及分析模組48。
在下文中，將描述操作印刷機10之方法，其可用於確保油墨在印刷期間不會自油墨儲集器12洩漏。
首先，可藉由操作員經由控制單元38設定用於將腔室刮刀14推靠在網紋輥上之目標力F目標(圖3中之步驟S1)。替代地，可自儲存模組46讀取目標力F目標。
然後，啟動氣電轉化器30且驅動氣壓缸22內之活塞24，從而引起驅動系統20之移動。由於此移動，腔室刮刀14經壓靠在網紋輥上。
實際力F係藉由感測器32量測且經發送至控制單元38，在達到目標力F目標時，亦即在驅動系統20處於操作位置中時，該控制單元停止驅動系統20(圖3中之步驟S2)。
隨後，藉由機械鎖定元件34將驅動系統20鎖定在操作位置中(圖3中之步驟S3)。
若完全無法達到目標力F目標，則警告展示於顯示器44上以使得操作員可檢查腔室刮刀14是否正確地安裝且驅動系統20未經阻擋。
此時，印刷機10可在無油墨洩漏之危險的情況下開始印刷，因為腔室刮刀14與網紋輥緊密接觸且驅動系統20經牢固鎖定。
實際力F係藉由感測器32量測且感測器值被傳輸至控制單元38，將該感測器值與目標力F目標進行比較且將該感測器值保存於儲存模組46中(圖3中之步驟S4)。若實際力F仍等於F目標，則印刷機10之操作將在當前狀態下繼續。
在設定時間間隔t1之後，例如在5至60秒之後，再次藉由感測器32量測實際力F，將其傳輸至控制單元38且與目標力F目標進行比較。
每t1重複量測實際力F及比較經量測之實際力F與目標力F目標之此程序，只要實際力F等於F目標即可。印刷機10之此模式稱為監視模式，亦即，並不 主動地調整驅動系統20之位置，而是藉由感測器32監視實際力F。
若在某一點處實際力F不再等於F目標，則控制單元38在顯示器44上展示警告以告知操作員。
控制單元38將信號發送至鎖定控制單元36以解鎖驅動系統20。
接著，驅動系統20將再次在操作位置中移動，亦即，活塞24將移動以使得如藉由感測器32量測之實際力F再次等於F目標。一旦再次達到F目標，驅動系統20之位置便藉由機械鎖定元件34鎖定，且恢復監視模式(圖3中之步驟S5)。
在印刷機10之較長操作期間，多個感測器值將儲存於儲存模組46中。此等感測器值可藉由分析模組48使用以取決於時間及/或頻率而識別及/或分類感測器值之變化。
視情況，在上述方法之前，可進行校準步驟。在校準期間，驅動系統20移動至校準位置中，在該校準位置中，用最大力F最大將腔室刮刀14壓靠在網紋輥上。
若完全無法達到最大力F最大或在啟動驅動系統20之後的預期時間間隔內並未達到該最大力，則在顯示器44上展示警告。
為了進一步確保印刷機10之正確功能性，可在驅動系統20已在操作位置中移動之後及在鎖定驅動系統20之前在第二預設時間t2內量測實際力F。此允許檢查實際力F是否亦可僅藉由驅動系統20自身充分地控制，甚至無需機械鎖定元件34亦如此。
根據本發明之方法允許可靠地操作印刷機10而無油墨洩漏之危險。藉由不斷監視將刮刀推靠在網紋輥上所用之力，有可能對該力進行即時調整。
如圖2中更詳細展示，經調適以感測力之感測器32經配置於驅動系統20之氣缸22與腔室刮刀14之安裝托架50之間，從而不斷地監視朝向網紋輥 之力。以朝向網紋輥之恆定力機械地鎖定氣缸22，而不受任何短期製程變化(如油墨黏度、系統中之空氣或油墨流動波動)之影響。
一旦感測器32偵測到朝向網紋輥之力發生永久性變化，則在設定新力及鎖定之前考慮時間、頻率變化及力。
下面描述例示性序列。
- 考慮到設定壓力及斥力，設定氣缸壓力；
- 解鎖氣缸22
- 例如經由電/氣動變換器改變氣缸22上之壓力，直至達到新設定壓力為止
- 鎖定氣缸。
10:印刷機
12:油墨儲集器
14:刮刀
16:印刷滾筒
18:印版滾筒
20:驅動系統
22:雙動氣壓缸
24:活塞
26:第一入口
28:第二入口
30:氣動/電/氣電轉化器
32:感測器
34:機械鎖定元件
36:鎖定控制單元
38:控制單元
40:可程式化邏輯控制器
42:控制元件
44:顯示器
46:儲存模組
48:分析模組
A:箭頭
B:箭頭
C:雙向箭頭

Claims (13)

  1. 一種印刷機，其包含：一刮刀(14)；一驅動系統(20)，其用於將該刮刀(14)推靠在該印刷機(10)之一印刷滾筒(16)上；一感測器(32)，其經調適以感測將該刮刀(14)推靠在實質上靜態之印刷滾筒(16)上所用之一力；及一機械鎖定元件(34)，其經調適以將該驅動系統(20)鎖定在其操作位置。
  2. 如請求項1之印刷機，其中該驅動系統(20)包含用於將力施加至該刮刀(14)上之一活塞(24)。
  3. 如請求項1或2之印刷機，其中該感測器(32)經配置於該機械鎖定元件(34)與該刮刀(14)之間。
  4. 如請求項1或2之印刷機，其中該印刷機(10)包含一控制單元(38)，該控制單元藉助於一可程式化邏輯控制器(40)連接至該驅動系統(20)、該機械鎖定元件(34)及該感測器(32)。
  5. 如請求項4之印刷機，其中該控制單元(38)具有用於儲存自該感測器(32)接收之感測器值的一儲存模組(46)。
  6. 如請求項5之印刷機，其中該控制單元(38)包含一分析模組(48)，該分析模組經組態以取決於時間及/或頻率而分析該等感測器值之變化。
  7. 一種操作一印刷機之方法，其中該印刷機(10)包含：一刮刀(14)；一驅動系統(20)，其用於將該刮刀(14)推靠在該印刷機(10)之一實質上靜態之印刷滾筒(16)上；一感測器(32)，其經調適以感測將該刮刀(14)推靠在該印刷滾筒(16)上所用之一力；一機械鎖定元件(34)，其經調適以將該驅動系統(20)鎖定在其操作位置；及一控制單元(38)，其中該方法包含以下步驟：a)設定用於將該刮刀(14)推靠在該印刷滾筒(16)上之一目標力F目標， b)在該操作位置中移動該驅動系統(20)，其中在該操作位置中，如藉由該感測器量測之該力係該目標力F目標，c)藉由該機械鎖定元件(34)鎖定該驅動系統(20)之位置，d)藉由該感測器(32)量測一實際力F且比較該實際力F與該目標力F目標，及e)若該實際力F不等於該目標力F目標，則解鎖該驅動系統(20)之該位置且重複步驟b)及c)，其中在一設定時間間隔t1之後重複步驟d)至少一次。
  8. 如請求項7之方法，其中當在步驟d)中量測之該實際力F不等於該目標力F目標時，藉由該印刷機(10)之該控制單元(38)給出一警告。
  9. 如請求項7或8之方法，其中在步驟d)中量測之該實際力F的值經儲存，尤其經儲存於該控制單元(38)之一儲存模組(46)中，且在該控制單元(38)之一分析模組(48)中取決於時間及/或頻率來分析該實際力F之該等值的變化。
  10. 如請求項7或8之方法，其中當在步驟b)中不能達到該目標力F目標時，藉由該控制單元(38)給出一警告。
  11. 如請求項7或8之方法，其中在步驟a)之前進行一校準步驟，在該校準步驟中，在一校準位置中移動該驅動系統(20)，其中在該校準位置中，藉由該感測器(32)量測一最大力F最大。
  12. 如請求項7或8之方法，其中在步驟b)與步驟c)之間，藉由該感測器(32)歷時一第二預設時間t2量測該力，且僅當該力在該第二預設時間t2期間係恆定的時才進行步驟c)，否則給出一警告。
  13. 如請求項7或8之方法，其中該印刷機(10)係如請求項1至6中任一項之一印刷機。
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