TECHNISCHES GEBIET
[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Schnittlagebestimmung
für Druckmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
[0002] Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er
von der DE-A1-37 07 866 bekannt ist. Dort ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für
die Steuerung und Einstellung der Organe von Druckerei- und Kartoniermaschinen beschrieben,
bei der Informationen, die sich auf den Durchlauf einer Papierbahn beziehen, mittels
einer Recheneinheit verglichen werden. Als Durchlaufinformationen werden Registerhaltungsmarken,
die auf der Papierbahn aufgebracht sind, von beweglichen und festen Leseköpfen detektiert,
die oberhalb und unterhalb der Papierbahn angeordnet sind. Die beweglichen Leseköpfe
detektieren Registerhaltungsmarken für den Druck und die festen Leseköpfe Registerhaltungsmarken
für die Fertigmacherei. Ein Bildschirm ermöglicht die direkte Steuerung und Einstellung
der Maschinenorgane.
[0003] Nachteilig dabei ist, dass Registerhaltungsmarken oder sogenannte Passermarken auf
die Papierbahn aufgedruckt werden müssen, deren Lage dann auszuwerten ist. Insbesondere
im Zeitungsdruck ist es unerwünscht, derartige Registerhaltungsmarken aufzudrucken,
da sie das Produkt verändern. Die gewünschte Genauigkeit solcher Regelungen erfordert
sowohl beim Aufbringen als auch beim Erkennen der möglichst kleinen Marken einen erheblichen
technischen und wirtschaftlichen Aufwand.
[0004] Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf das Buch: E. Oran Brigham,
Schnelle Fourier-Transformation, 2. Aufl., München, Wien, Oldenbourg, 1985, S. 195,
199 und 200 verwiesen, aus dem ein Flussdiagramm und ein FORTRAN-Programm für eine
schnelle Fourier-Transformation bekannt sind.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0005] Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ohne
Registerhaltungsmarken die Schnittlage einzelner Papierbahnen zu bestimmen.
[0006] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Durchführung des Verfahrens keine
beweglichen Teile erforderlich sind. Das Verfahren ist bei allen markenüblichen Druckereileitsystemen
anwendbar. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann ohne grossen Aufwand
bei schon bestehenden Druckmaschinen nachgerüstet werden. Das Ergebnis der Schnittstellenbestimmung
kann über eine standardisierte Schnittstelle für das Nachstellen der Schnittregister
zur Verfügung gestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0007] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Druckmaschine in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Schnittlagebestimmung für
eine Papierbahn der Druckmaschine gemäss Fig. 1,
Fig. 3 eine Auswertvorrichtung zur Bestimmung der Schnittlage,
Fig. 4 zeitabhängige Helligkeitswerte, wie sie von der Vorrichtung zur Schnittlagebestimmung
gemäss Fig. 2 geliefert werden,
Fig. 5 eine mittels Fourier-Analyse aus den Helligkeitswerten gemäss Fig. 4 abgeleitete
Grundschwingung,
Fig. 6 ein vereinfachtes Flussdiagramm zur Implementierung in der Auswertvorrichtung
gemäss Fig. 3 und
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Papiergeschwindigkeit innerhalb der Druckmaschine
gemäss Fig. 1.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0008] In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Druckmaschine sind mit RW1 und RW2 Rollenwechsler
mit je 2 unbedruckten Papierrollen bezeichnet, von denen jeweils eine Papierbahn
Pa bzw. Pb einem Druckwerk 1, 2 mit einem Gegendruckzylinder 1 und 4 Druckwalzen
2 zugeführt wird. Von dort wird das nun bedruckte Papier über feste Rollen bzw. Leitwalzen
3 und 4 einem bezüglich der Transportrichtung des Papiers verschieblichen Hauptregister
bzw. einer Registerspindel 5 zugeführt, welche in ihrer Position mittels eines Stellmotors
M2 bzw. M4 einstellbar bzw. regelbar ist. Von dem Hauptregister 5 gelangt die Papierbahn
Pa bzw. Pb zu einem Messer für das Längsschneiden der Papierbahn bzw. zu einem Schneidwerk
8, in dem die Papierbahn Pa in 2 gleichbreite Papierbahnen P1 und P2 und die Papierbahn
Pb in 2 gleichbreite Papierbahnen P3 und P4 geteilt wird.
[0009] Die Papierbahnen P2 und P4 werden über je eine Trichtereinlaufleitwalze 10, eine
gemeinsame Rolle bzw. Leitwalze 12 und einen Falztrichter 13 zu einem Falzklappenzylinder
mit Querschneidwerk 14 transportiert, der einen Impulsgeber für einen Synchronisierimpuls
bzw. ein Synchronisiersignal S
syn aufweist. Mittels eines Impulsdetektors 15 wird das vom Impulsgeber gelieferte Synchronisiersignal
S
syn detektiert, vorzugsweise-ein Impuls pro Umdrehung des Falzklappenzylinders.
[0010] Die Papierbahnen P1 und P3 werden über je eine Wendestange 9 und je eine Rolle 4
über ein bezüglich einer Transportrichtung 6 des Papiers verschiebliches Nebenregister
7, je eine Trichtereinlaufleitwalze 10, die gemeinsame Rolle 12 und den Falztrichter
13 zu dem Falzklappenzylinder 14 transportiert. Die Nebenregister 7 werden in ihrer
Position mittels Stellmotoren M1 bzw. M3 eingestellt bzw. geregelt. Mit S
M1 - S
M4 sind Stellsignale für die Stellmotoren M1 - M4 bezeichnet.
[0011] Im Abstand weniger Millimeter über jeder Trichtereinlaufleitwalze 10 sind hintereinander
4 Photodetektoren bzw. Photozellen 11 in gleichem Abstand zueinander auf einem Photozellenträger
20 angeordnet, vgl. Fig. 2, von denen in Fig. 1 jeweils nur eine Photozelle 11 zu
sehen ist. Von den 4 Photozellen 11 oberhalb der Papierbahn P1 werden Helligkeitssignale
H
A1 ... H
D1, von denen oberhalb der Papierbahn P2 Helligkeitssignale H
A2 ... H
D2, von denen oberhalb P3 Helligkeitssignale H
A3 ... H
D3 und von denen oberhalb P4 Helligkeitssignale H
A4... H
D4 abgeleitet bzw. detektiert.
[0012] Die Papierbahnen P1 - P4 liegen ab der gemeinsamen Rolle 12 übereinander. Sie werden
im Falztrichter 13 gefalzt und im Falzklappenzylinder mit Querschneidwerk 14 zu Zeitungen
16 gefaltet und geschnitten. Die Zeitungen 16 gelangen über eine Makulaturweiche 17
bei der ausgezogen dargestellten Position in ein Makulaturfach 18 und gemäss der gestrichelt
dargestellten Position, in der ein elektrisches bzw. logisches Gutsignal S
G = 1, andernfalls S
G = 0 abgegeben wird, in ein Gutfach 19. Ein Umschalten der Makulaturweiche 17 vom
Makulaturfach 18 auf das Gutfach 19 erfolgt dann, wenn beim Anlauf der Druckmaschine
die Haupt- und Nebenregister 5 und 7 sowie andere, nicht dargestellte einstellbare
Elemente richtig positioniert sind.
[0013] Fig. 2 zeigt die Anordnung von 4 Photozellen 11 auf dem Photozellenträger 20 in
einer Reihe quer zur Papierbahn P1. Die Photozellen 11 haben nicht dargestellte 4
mm - 5 mm breite Spalte, durch welche sie Helligkeitsinformationen auf der Oberfläche
der Papierbahn P1 längs gedachter Abtastzeilen A1 - D1 in Papierlaufrichtung detektieren
und in Abhängigkeit davon Helligkeitssignale H
A1 - H
D1 liefern.
[0014] Fig. 3 zeigt eine Auswertvorrichtung zur Schnittlagebestimmung bzw. zur Erzeugung
des Stellsignals S
M1 für den Stellmotor M1 in Abhängigkeit von den Helligkeitssignalen H
A1 - H
D1, dem Gutsignal S
G und dem Synchronisiersignal S
syn Die Helligkeitssignale H
A1 - H
D1 werden über Analog-Digitalwandler 21 den 1. Rechnern bzw. Mikroprozessoren 22 zugeführt,
in denen die digitalisierten Helligkeitssignale zwischengespeichert und, gestartet
durch das Synchronisiersignal S
syn, einer schnellen Fourier-Transformation unterzogen werden. Daraus wird die Grundfrequenz
ausgewählt und die in goniometrischer Form erhaltene komplexe Zahl, z.B. R
A1+ j·I
A1 (R
A1 = Realteil, I
A1 = Imaginärteil) in Exponentialform a
A1 · e
j·φA1 umgerechnet, wobei a
A1 die Amplitude und φ
A1 das Argument oder die Phase der komplexen Zahl, bezogen auf die Abtastzeile A1, bedeuten.
Eine gleiche Auswertung erfolgt bezüglich der Abtastzeilen B1 - D1.
[0015] Die Grössen a
A1 , φ
A1 ... a
D1, φ
D1 werden einem 2. Rechner bzw. Mikroprozessor 23 zugeführt, in dem die 4 Amplituden
a
A1 ... a
D1 miteinander verglichen werden. Es wird die grösste Amplitude max (a
A1 ... a
D1) ausgewählt und mit ihr das zugehörige Argument bzw. die zugehörige Phase, die mit
φ
x bezeichnet werden soll. Dieses aktuelle φ
x wird als Referenzphasenlage φ
Ref gespeichert. Die weiteren Rechnungen erfolgen nur für diesen ausgewählten Kanal x,
solange bis das Gutsignal nicht mehr ansteht, vgl. Fig. 6. Dann wird gewartet, bis
das nächste Synchronisiersignal S
syn = 1 anliegt. Falls immer noch das Gutsignal S
G = 1 vorhanden ist, wird die Phasendifferenz Δφ1 = φ
Ref-φ
x berechnet. In Abhängigkeit von Δφ1 wird ein Stellsignal S
M1 für den Stellmotor M1 berechnet und anschliessend auf das nächste Synchronisiersignal
S
syn = 1 gewartet. Falls kein Gutsignal S
G = 1 vorlag, d.h., falls S
G = 0 war, wird zum Start zurückgekehrt, vgl. Fig. 6. Dort ist der beschriebene Ablauf
schematisch in einem Flussdiagramm dargestellt, wobei n für einen der Werte 1 - 4
steht, d.h., für einen der Mess- und Auswertungskanäle 1 - 4, zugeordnet den Papierbahnen
P1 - P4.
[0016] Das Nebenregister 7 wird in Abhängigkeit vom Stellsignal S
M1 so geregelt, dass die Phasendifferenz Δφ1 gegen eine 0 geht. Da alle Register 5 und
7 derart geregelt werden, kann damit während des Betriebes ein automatisches Nachstellen
dieser Register erreicht werden. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die
Druckmaschine nach dem Schliessen der Makulaturweiche 17 von einer niedrigen auf
eine hohe Produktionsgeschwindigkeit gebracht wird. Durch diese Beschleunigung ändert
sich die Papierbahnspannung und damit die Papierbahnlänge, so dass die Haupt- und
Nebenregister nachgestellt werden müssen.
[0017] Fig. 4 zeigt als Beispiel Helligkeitssignale H
A1 in Abhängigkeit von der Zeit t in willkürlichen Einheiten.
[0018] Fig. 5 gibt eine den Helligkeitssignalen H
A1 von Fig. 4 entsprechende und mittels Fourier-Analyse berechnete Grundschwingung
a mit einer Amplitude a
A1, der Frequenz f1 und der Phasen lage φ
A1 in Abhängigkeit von der Zeit t an, wobei a und t in willkürlichen Einheiten angegeben
sind. Die beiden senkrechten Pfeile deuten das Auftreten der Synchronisiersignale
S
syn = 1 an, bezüglich der die Phasenlagen φ
A1 bestimmt werden, welche andererseits auf den Nulldurchgang der Grundschwingung bezogen
sind, wie gestrichelt angedeutet.
[0019] Das Verfahren zur Schnittlagebestimmung soll nun näher anhand des in Fig. 7 dargestellten
Papiergeschwindigkeitsdiagramms erläutert werden, in dem eine der Papiergeschwindigkeit
proportionale Drehzahl ω einer Druckwalze 2 in Umdrehungen/Stunde bzw. U/h in Abhängigkeit
von der Zeit t aufgetragen ist.
[0020] Zu einem Zeitpunkt t0 wird die Druckmaschine gestartet. Die relative Lage der Papierbahnen
P1 - P4 zueinander wird durch Schnittregister, d.h. die Haupt- und Nebenregister 5
und 7, gesteuert. Das Einstellen der Schnittregister erfolgt am Anfang jeder Produktion
von Hand durch Drucker bei niedrigen Drehzahlen der Druckmaschine zwischen den Zeitpunkten
t1 - t3, mit steilem Anstieg zwischen t1 und dem Zeitpunkt t2, um möglichst wenig
Makulatur zu erzeugen. Im Zeitpunkt t3 schliesst der Drucker die Makulaturweiche 17
(gestrichelte Position in Fig. 1), nachdem die Schnittregister richtig positioniert
sind. Danach wird die Druckmaschine bis zu einem Zeitpunkt t4 auf volle Geschwindigkeit
gebracht. Durch die Beschleunigung ändert sich die Papierbahnspannung und damit die
Papierbahnlänge, so dass die Schnittregister 5 und 7 mittels Stellsignalen S
M1 - S
M4 nachgestellt werden müssen.
[0021] Danach bleibt die Papiergeschwindigkeit konstant bis zu einem angenommenen Papierriss
im Zeitpunkt t5. Innerhalb von ca. 10 s geht die Geschwindigkeit auf 0 zurück im Zeitpunkt
t6. Im Zeitpunkt t7 wird erneut gestartet, wobei in einem Zeitintervall t8 - t9 die
Druckmaschine wieder auf volle Geschwindigkeit gebracht wird.
[0022] Auf einer bedruckten Papierbahn, Z.B. P1 in Fig. 2, folgen gleichbedruckte Seiten
entweder direkt aufeinander in der Produktionsart "doppel" mit der Seitenfolge cccc...
oder in periodischen Abständen in der Produktionsart "sammeln" mit der Seitenfolge
cdcdcd... Die Helligkeitswerte auf jeder Papierbahn werden mittels 4 stationärer Photozellen
11 längs 4 gleich beabstandeten Abtastzeilen A1 - D1 in einem genügend feinen zeitlichen
Raster abgetastet, vgl. Fig. 4, so dass sich je Abtastzeile ein zeitlich periodisches
Muster aus Helligkeitswerten H
A1 - H
D1 ergibt. Mittels einer Fourier-Analyse kann je Abtastzeile A1 - D1 zyklisch die Amplitude,
z.B. a
A1, die Frequenz f1 und die Phasenlage φ
A1 der Grundschwingung dieses periodischen Musters ermittelt werden, vgl. Fig. 5.
[0023] Da sich mit der Produktionsart die Seitenfolge und damit die Frequenz f1 der Grundschwingung
ändert, wird zur Berechnung der Stellsignale S
M1 - S
M4 für die Schnittregister 5 und 7 die Phasendifferenz Δφn = φ
Ref - φ
x, n = 1 ... 4, gewählt. Die aktuelle Phasenlage φ
x wird zyklisch zwischen dem Synchronisiersignal S
syn des Falzklappenzylinders 14 und dem nächstfolgenden Nulldurchgang der Grundschwingung
gemessen, vgl. Fig. 5. Die Referenzphasenlage φ
Ref ist die Phasenlage φ
x zu einem Zeitpunkt t3, an dem die Stellung des zugehörigen Schnittregisters 5, 7
vom Drucker als optimal empfunden wird, d.h., an dem die Schnittlagebestimmung durch
das Schliessen der Makulaturweiche 17 extern aktiviert wird.
[0024] Von einer Produktion zur anderen kann sich die Breite der Papierbahn und ihre seitliche
Lage ändern. Um die als Helligkeitsdetektoren verwendeten Photozellen 11 für jede
Produktion nicht seitlich neu verstellen zu müssen, wird über der Mitte (Abtastzeilen
A1 - D1) jeder von 4 gedachten Zonengruppen der Papierbahn, vgl. Fig. 2 eine Photozelle
angebracht. Es wird dann diejenige Photozelle als aktiv betrachtet bzw. zur Bestimmung
des Stellsignals S
M1 usw. herangezogen, welche die Grundschwingung mit der grössten Amplitude a erzeugt.
Damit werden nur solche Zonengruppen berücksichtigt, auf denen auch tatsächlich Papier
läuft. Falls längs einer oder mehrerer Abtastzeilen A1 - D1 kein Druck erfolgt sein
sollte, liefern die zugehörigen Photozellen 11 ein konstantes Helligkeitssignal,
d.h. die Amplitude a ist dort Null.
[0025] Da die relative Lage der Papierbahnen P1 - P4 wegen des Papierschnittes im Falzklappenzylinder
14 konstant bleiben muss, werden die Photozellen 11 möglichst nahe vor dem Falzklappenzylinder
14 angeordnet, am besten bei den Trichtereinlaufleitwalzen 10.
[0026] Das zur Schnittlagebestimmung verwendete Gerät weist eine zentrale Energieversorgung
und je Abtastzeile A1 - D1 jeder Papierbahn P1 - P4 einen Erfassungskanal auf. Die
Schnittstellen sind galvanisch getrennt und entsprechen markenüblichen Standardschnittstellen
für Druckleitsysteme.
[0027] Das Gutsignal S
G = 1 wird erst dann gegeben, wenn die in wenigstens einem Kanal detektierte Grundfrequenz
f1 einen vorgebbaren Mindestfrequenzwert f
min überschreitet, wenn gleichzeitig der Betrag der Phasendifferenz |Δφn| kleiner als
eine vorgebbare Maximaldifferenz Δφ
max und die Amplitude a
A1 ... der Grundschwingung grösser als eine vorgebbare Minimalamplitude a
min ist. Ansonsten könnte ein Algorithmus- oder ein Abtastfehler vorliegen.
[0028] Die Abtastfrequenz für die Helligkeitssignale H
A1 - H
D4 beträgt 20 kHZ. Sie soll bei einer maximalen Drehzahl einer Druckwerkwalze von <
50000 U/h und ± 0,25° Genauigkeit grösser sein als 50000 · 360°/(3600 · 0,25°) Hz.
Die Genauigkeit eines Schnittes beträgt ± 0,2° vom Umfang einer Druckwerkwalze. Bei
einem Umfang der Druckwerkwalze von 1400 mm beträgt damit die Genauigkeit etwa ± 1
mm.
[0029] Die Zykluszeit ist = 72 ms, bei einer Drehzahl von < 50000 U/h bei einer maximalen
Grundfrequenz von 14 Hz.
[0030] Es versteht sich, dass je Papierbahn P1 - P4 mindestens 2 Photozellen 11 nebeneinander
angeordnet sein müssen, es können jedoch auch mehr als 4 verwendet werden. Das Verfahren
eignet sich für Rollenoffset- und Rollenhochdruck mit einer beliebigen Anzahl Papierbahnen.
1. Verfahren zur Schnittlagebestimmung für Druckmaschinen mit mindestens einer synchron
zu führenden, bedruckten Papierbahn (P1 - P4), wobei auf jeder Papierbahn gleiche
Druckerzeugnisseiten direkt oder in periodischen Abständen nacheinander folgen,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass von mindestens 2 Photodetektoren (11), die je Papierbahn (P1 - P4) bezüglich
deren Transportrichtung (6) nebeneinander angeordnet sind, druckabhängige Helligkeitssignale
(HA1 - HD4) abgeleitet werden,
b) dass in Abhängigkeit von jedem dieser Helligkeitssignale mindestens ein 1. Schwingungssignal
definierbarer Frequenz (f1) abgeleitet wird, sofern diese Helligkeitssignale nicht
konstant sind,
c) dass in Abhängigkeit von jedem dieser 1. Schwingungssignale die Amplitude (aA1 - aD1) bestimmt wird,
d) dass von den 1. Schwingungssignalen dasjenige mit der grössten Amplitude ausgewählt
wird,
e) dass von diesem ausgewählten 1. Schwingungssignal die aktuelle Phasenlage (φx, φA1 - φD1) bezüglich eines vorgebbaren Synchronisiersignals (Ssyn) bestimmt und als Referenzphasenlage (φRef) gespeichert wird,
f) dass die Phasendifferenz (Δφn) zwischen der aktuellen Phasenlage (φx) und der Referenzphasenlage (φRef) in Abstand mindestens einer Druckerzeugnisseite ermittelt wird und
g) dass in Abhängigkeit von dieser Phasendifferenz (Δφn) mindestens ein Register (5,
7) der Druckmaschine so geregelt wird, dass die Phasendifferenz wenigstens annähernd
= 0 wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Schwingungssignal
definierbarer Frequenz (f1) mittels einer Fourier-Analyse aus den Helligkeitssignalen
(HA1 - HD4) gewonnen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als 1. Schwingungssignal
das Grundschwingungssignal mit der kleinsten Frequenz verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisiersignal
(Ssyn) in Abhängigkeit von einem Querschneidwerk (14) der Druckmaschine detektiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung
mindestens eines Registers (5, 7) der Druckmaschine erst dann freigegeben wird, wenn
ein von einer Makulaturweiche (17) dieser Druckmaschine abgeleitetes Gutsignal (SG = 1) vorliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gutsignal (SG = 1) abgegeben wird, wenn wenigstens eine von einem Helligkeitssignal (HA1 - HD4) abgeleitete Grundschwingung eine Grundfrequenz (f1) aufweist, die eine vorgebbare
Mindestfrequenz (fmin) überschreitet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gutsignal (SG = 1) abgegeben wird, wenn der Betrag der Phasendifferenz (Δφn) kleiner ist als eine
vorgebbare maximale Phasendifferenz (Δφmax).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gutsignal (SG = 1) abgegeben wird, wenn die Amplitude (aA1 - aD1) der Grundschwingung grösser ist als eine vorgebbare Minimalamplitude (amin).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in
Hertz gemessene Abtastfrequenz der Helligkeitssignale (HA1 - HD4) grösser ist als die Drehzahl einer in Umdrehungen/Stunde gemessenen Druckwerkwalze
(2), dividiert durch den l0fachen Wert der Ungenauigkeit der Schnittlage, gemessen
in Winkelgraden eines Druckwerkwalzenumfangs.