Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern wenigstens einer formatfreien Bearbeitungseinrichtung einer Bearbeitungsmaschine sowie eine entsprechende

Bearbeitungsmaschine.

Stand der Technik

In der Drucktechnik werden hauptsächlich sogenannte analoge Druckwerke eingesetzt, bei denen das Druckbild als komplette Vorlage bzw. Druckform, beispielsweise in Form einer Druckplatte oder eines Klischees, vorliegt. Daneben werden jedoch in jüngster Zeit vermehrt sogenannte digitale Druckwerke eingesetzt, bei denen das Druckbild in einer Recheneinheit erzeugt und anschließend, beispielsweise im Tintenstrahldruckverfahren oder im

elektrofotografischen Druckverfahren, auf das Material oder einen Bildübertragungszylinder aufgebracht wird. Bei digitalen Druckverfahren besteht insbesondere die Schwierigkeit, den Beginn und das innere Raster, beispielsweise Druckzeilen, des Druckbildes mit dem

Bahntransport zu synchronisieren, um eine Registerhaltigkeit zu gewährleisten.

Im Stand der Technik werden dazu reale Inkrementalgeber oder Inkrementalgebernach- bildungen verwendet. Üblicherweise wird dabei eine Geberauflösung gewählt, die auf einfache Weise in die druckwerksinterne Bearbeitung umgerechnet werden kann. Wird ein Druckwerk beispielsweise mit 600 dpi (Dots per Inch) betrieben, ist es zweckmäßig, wenn der Geber bzw. die Geberemulation ein Vielfaches oder, wie üblicherweise ausgebildet, ein Teiler von 600 ist. D.h. pro Inch Vorschubgeschwindigkeit der Warenbahn oder des Materialbogens wird eine entsprechende Anzahl an Inkrementen am Gebereingang des Digitaldruckwerks erwartet. Im Falle von 600 dpi kann beispielsweise eine Geberauflösung von 15 Inkrementen pro Inch gewählt werden. In einer typischen Geberauswertung innerhalb eines Druckwerks kann dies dann mit einer sogenannten Vierfach-Auswertung auf 60 Inkremente pro Inch gesteigert werden. Eine Erhöhung auf 600 Inkremente pro Inch wird dann typischerweise mittels einer Phasenregelschleife (PLL) durchgeführt.

Per Inkrementalgeber an den Bahntransport angekoppelte digitale Druckwerke sind

beispielsweise in der DE 10 2006 009 773 AI oder der EP 1 157 837 A2 beschrieben.

Diese Lösung weist jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Zunächst ist festzustellen, dass sowohl die Position des Druckbildes auf dem Bedruckstoff als auch die innere, gerasterte Zusammensetzung des Druckbildes von der Geberauflösung abhängt. Zusätzlich ist die

Auswertung des Gebereingangs j itterbehaftet, da diese oftmals zeitdiskret durchgeführt wird. Die Auswertung des Gebereingangs ist darüber hinaus rauschbehaftet. Filterungen zur

Verbesserung des Gebersignals führen zu Totzeiten bzw. Verzögerungen im Gesamtsystem. Auch ist es nicht immer möglich, einen Geber bzw. eine Geberemulation mit einer für das Druckwerk passenden Auflösung bereitzustellen. In diesem Fall verschlechtert sich die Genauigkeit weiter. Auch mechanische Störungen im Bahntransport im Falle eines realen

Gebers oder Fehler in einer Geberankopplung führen zu Fehlern im Druckbild. Schließlich ist ein realer Inkrementalgeber bzw. eine Geberemulation zusammen mit der im Druckwerk notwendigen Geberauswertung kostenintensiv. In der DE 10 2010 044 645 AI wird eine Möglichkeit beschrieben, ein Digitaldruckwerk über einen Echtzeit-Bus anzubinden und darüber Positions- und Geschwindigkeitsdaten zu übertragen. Positionsdaten umfassen beispielsweise Werte einer Leitachse, üblicherweise einer sog. virtuellen Leitachse. Diese ist eine auf einer Recheneinheit erzeugte Drehbewegung, die eine simulative Nachbildung einer sich drehenden Welle darstellt. Eine Echtzeit-Anbindung bedeutet, dass in Sender und Empfanger eine synchrone Zeitbasis existiert, was auf beiden

Seiten dieselbe Zuordnung zwischen übertragenem Datum und Gültigkeitszeitpunkt ermöglicht. Mit anderen Worten wird dem Digitaldruckwerk über den Echtzeit-Bus bspw. ein Positionswert x übertragen, so dass das Digitaldruckwerk dem Positionswert auch einen Zeitpunkt t zuordnen kann, zu dem dieser Wert Gültigkeit besitzt. Das Digitaldruckwerk erhält genaue Daten x(t). Diese Lösung ist sehr genau, jedoch auch aufwändig zu implementieren. Es ist wünschenswert, eine formatfreie Bearbeitungseinrichtung möglichst einfach und dennoch genau an den Transport der Warenbahn bzw. des Materialbogens anzukoppeln.

Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ansteuern wenigstens einer formatfreien Bearbeitungseinrichtung einer Bearbeitungsmaschine sowie eine entsprechende

Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Obwohl die Erfindung im Wesentlichen anhand von Digitaldruckwerken beschrieben wird, bezieht sie sich auf alle Arten von formatfreien Bearbeitmgseinrichtungen, wie z.B.

Laserbearbeitungseinrichtungen, Fräsen usw. Formatfrei bedeutet, dass der

Bearbeitungseinrichtung keine feste Bearbeitungslänge (Format) zugehörig ist (wie z.B. bei Analogdmckmaschinen die sog. Druckform das Format bestimmt), sondern dass, wie z.B. bei Digitaldruckwerken, eine nahezu beliebige Bearbeitungslänge erhalten werden kann.

Vorteile der Erfindung Die Erfindung basiert im Wesentlichen auf der Erkenntnis, dass formatfreie

Bearbeitungseinrichtungen grundsätzlich keinen hochgenauen Positionsbezug zum Material einhalten müssen, sondern üblicherweise die Kenntnis der Transportgeschwindigkeit (d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Material relativ zur Bearbeitungseinrichtung transportiert wird) ausreicht. Echtzeitpositionen x(t) müssen demnach in der Bearbeitungseinrichtung nicht bekannt sein. Da sich selbst die Transportgeschwindigkeit üblicherweise allenfalls relativ langsam ändert, ist selbst die Kenntnis einer Echtzeittransportgeschwindigkeit v(t) nicht notwendig. Es reicht daher für eine im Wesentlichen fehlerfreie Bearbeitung aus, wenn der Bearbeitungseinrichtung die momentane Transportgeschwindigkeit mit einfacher zeitlicher Genauigkeit bekannt ist. Die Transportgeschwindigkeit ist in der

Bewegungssteuerungseinrichtung (Motion Control, SPS) bekannt und kann von dort an die Bearbeitungseinrichtung digital übertragen werden, wozu jedoch keine echtzeitfähige

Datenverbindung nötig ist. Es reicht eine übliche Datenverbindung, wie z.B. eine "normale", nicht-echtzeitfahige Ethernetverbindung, aus. Dies ist besonders einfach und preisgünstig bereitstellbar.

Die Datenverbindung bietet zusätzlich vorteilhaft die Möglichkeit einer diagnostischen Anbindung. Auch kann die Bearbeirangseinrichtung von der Bewegungssteuerungseinrichtung gesteuert werden, so dass die bisher bestehende Notwendigkeit einer überlagerten

Steuerungseinrichtung entfällt.

Am Beispiel von Digitaldruckmaschinen, in denen das sog. Register (Übereinanderliegen der Druckbilder unterschiedlicher Farben in Längs- und/oder Querrichtung) durch entsprechende Veränderung der Digitaldruckwerke zueinander und nicht durch Veränderung jedes

Digitaldruckwerks zu einer Materialposition eingestellt wird, bedeutet das, dass es hier demnach ausreicht, wenn den Digitaldruckwerken die Transportgeschwindigkeit bekannt ist, so dass sie die Formatlänge daran ausrichten können. Da die Transportgeschwindigkeit wiederum üblicherweise nicht sehr stark schwankt, reicht hier eine einfache digitale Datenübertragung, die insbesondere nicht echtzeitfähig sein muss, aus. Der Druckvorgang, d.h. die Bebilderung des Zylinders bei einem elektrofotographischen Verfahren bzw. Aufbringen von Farbe bei einem Tintenstrahlverfahren, wird direkt mittels der digital übertragenen Werte gesteuert. Sowohl in der analogen als auch digitalen Drucktechnik werden Daten, die als Grundlage für die Bebilderung dienen, im Falle der digitalen Übertragung über Datennetzwerke immer in Echtzeit übertragen. Im Stand der Technik werden dafür häufig als

Echtzeitkommunikationssysteme auf sog. Echtzeit-Ethernet basierende Feldbusse, wie z.B. SERCOS III oder ProfiNet, eingesetzt. Hier wird sowohl auf Sender- als auch auf

Empfängerseite ein Bezug zwischen Datum und Gültigkeitszeitpunkt hergestellt, um eine möglichst genaue Bearbeitung zu gewährleisten und Ausschuss bzw. Makulatur zu minimieren. Bei den Echtzeitkommunikationssystemen im Stand der Technik wird Information typischerweise in sog. Kommunikationszyklen übertragen, d.h. zu bekannten und damit vorbestimmbaren, insbesondere äquidistanten, Zeitpunkten. Es ist dabei bekannt, zu welchem Zeitpunkt (innerhalb des Kommunikationszyklus) die übertragenen Daten gültig sind (im selben Zyklus), gültig waren (in vorangegangenen Zyklen) oder gültig sein werden (in folgenden Zyklen). Die Erfindung wendet sich nun bewusst von dieser gefestigten Übung ab. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei formatfreien Bearbeitungseinrichtungen für eine im Wesentlichen fehlerfreie Bearbeitung die Kenntnis einer Transportgeschwindigkeit mit einer einfachen zeitlichen Genauigkeit ausreicht. Bei einer (registerhaltigen) Bearbeitung eines vorbearbeiteten Materials kann eine ggf. notwendige Positionsinformation bspw. von einem an die

Bearbeitungseinrichtung angebundenen Sensor erzeugt werden.

Die Erfindung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass bspw. die Transportgeschwindigkeit für jeden beliebigen Punkt in der Bearbeitungsmaschine bekannt ist oder bestimmt werden kann und daher den Bearbeitungseinrichtungen insbesondere die Transportgeschwindigkeit genau an der Stelle der Bearbeitungseinrichtung übermittelt werden kann.

Als den Transport kennzeichnende Größen werden Zahlenwerte vom

Bewegungssteuerungssystem an die Bearbeitungseinrichtung übertragen, insbesondere eine Transportgeschwindigkeit, aber bspw. auch eine Position (z.B. Leitachsposition), eine

Beschleunigung, ein Ruck usw. Jede der genannten Größen ist durch Integration oder

Differenzierung aus einer der anderen berechenbar. Durch Übertragung mehrerer der genannten Größen, z.B. momentane Geschwindigkeit und momentane Beschleunigung, kann ein genauerer Geschwindigkeitswert berechnet werden, insbesondere wenn eine mittlere Übertragungsdauer von der Bewegungssteuerungseinrichtung zur Bearbeitungseinrichtung bekannt ist. Eine solche mittlere Übertragungsdauer kann insbesondere gemessen werden. Daneben kann auch eine Geschwindigkeitsänderung rein binär ("ändert sich", "ändert sich nicht") übertragen werden, wodurch bspw. Funktionalitäten in der Bearbeitungseinrichtung gesteuert werden können. Beispielsweise kann eine Registerregelung während einer Geschwindigkeitsänderung abgeschaltet werden, wenn dynamisch auftretende, jedoch stationär nicht vorhandene

Registerfehler nicht ausgeregelt werden sollen. Besitzt die Bearbeitungsmaschine mehrere formatfreie Bearbeitungseinrichtungen, die das Material an unterschiedlichen Stellen bearbeiten, wie es beispielsweise bei einem mehrfarbigen Digitaldruckkopf der Fall ist, kann die Bewegungssteuemngseinrichtung die

Transportgeschwindigkeitsinformationen dieser unterschiedlichen Stellen and die

Bearbeitungseinrichtungen übertragen. Dies ist besonders vorteilhaft, da bei manchen dynamischen Übergangsvorgängen die Warenbahngeschwindigkeit zwar vor Beginn und nach Beendigung des Übergangsvorgangs identisch ist, im Übergangsvorgang jedoch unterschiedlich sein kann (insbesondere durch Eingriffe eines Bahnspannungsreglers). Mehrere

Transportgeschwindigkeitsinformationen können auch in einem gemeinsamen

Datenübertragungspaket übertragen werden, so dass diese Daten zueinander konsistent sind.

Anstatt die Transportgeschwindigkeitsinformationen von unterschiedlichen Stellen zu übertragen, können auch eine Referenzgeschwindigkeit und mehrere

Differenzgeschwindigkeiten des Materials an den unterschiedlichen Stellen zu dieser

Referenzgeschwindigkeit übertragen werden. Beispielsweise können als

Referenzgeschwindigkeit die Geschwindigkeit einer virtuellen Leitachse und als

Differenzgeschwindigkeiten die Unterschiede von Achsen zu dieser Leitachse übertragen werden. Hierdurch kann sich - je nach Aufbau der Bearbeitungsstation - eine einfachere Anwendung der Ansteuersignale für mehrere Druckköpfe ergeben.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt eine als Digitaldruckmaschine ausgebildete formatfreie

Bearbeitungsmaschine, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Figur 1 ist eine Bearbeitungsmaschine 100 schematisch dargestellt, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann. Die Bearbeitungsmaschine 100 ist als Digitaldruckmaschine mit vier Digitaldruckwerken 110, 120, 130 und 140 als formatfreie Bearbeitungseinrichtungen für einen Vierfarbdruck ausgebildet. Die Digitaldruckwerke arbeiten bspw. berührungslos, im vorliegenden Beispiel über ein Tintenstrahlverfahren (Inkjet).

Eine Warenbahn 101 wird von angetriebenen Transporteinrichtungen 102, 103, 104 durch die Druckmaschine transportiert. Die Transporteinrichtungen sind Klemmstellen, d.h. zwischen ihnen wird die Warenbahn 101 eingeklemmt. Die Transporteinrichtung 102 wird mit einer Geschwindigkeit Vi, die Transporteinrichtung 103 mit einer Geschwindigkeit v ₂ und die Transporteinrichtung 104 mit der Geschwindigkeit v ₃ angetrieben. Dadurch bewegt sich die Warenbahn an den Stellen der Digitaldruckwerke mit den Geschwindigkeiten ν _π , v^, bzw. v ₁₄ .

Die Geschwindigkeiten v ₎₅ v ₂ bzw. v ₃ werden von einer Bewegungssteuerungseinrichtung 160 vorgegeben, welche dazu bspw. über Kabelverbindungen mit Antrieben (nicht gezeigt) der Transporteinrichtungen 102, 103, 104 verbunden ist. In der Bewegungssteuerungseinrichtung 160 kann bspw. eine Bahnspannungs- bzw. Bahnzugkraftregelung implementiert sein, um die Bahnspannung der Warenbahn zwischen den Transporteinrichtungen 102, 103, 104 zu regeln. Die Ist-Zugkräfte können beispielsweise über Kraftmessdosen oder über die Antriebsmomente an den Transporteinrichtungen gemessen werden. Dies ist im Stand der Technik hinreichend bekannt.

Zur Steuerung (im geschlossenen Regelkreis) des Längsregisters (d.h. der relativen

Bearbeitungslagen in Materialflussrichtung) sind Längsregisterregeleinrichtungen 180, 181 und 182 vorgesehen, die die Bearbeitungslagen der Digitaldruckwerke 120, 130 und 140 in

Materialflussrichtung auf Grundlage von erfassten Registerabweichungen y ₁₂ (d.h. Abweichung der Registerlage zwischen dem Druckwerk 110 und 120), yi ₃ (d.h. Abweichung der

Registerlage zwischen dem Druckwerk 110 und 130) und y _M (d.h. Abweichung der

Registerlage zwischen dem Druckwerk 110 und 140) korrigieren, um sie relativ zur

Bearbeitungslage des Digitaldruckwerks 110 auszurichten. Ebenso sind andere

Referenzfarbenregelungen möglich, wie z.B. Regelung der Registerabweichungen yi ₄ , y2 _4, und y ₃₄ (Digitaldruckwerk 140 ist Referenzdruckwerk, in diesem Falle würde der

Längsregisterregler 182 das Digitaldruckwerk 110 korrigieren). Weiterhin wäre auch eine Erfassung und Regelung der Register als Vorgängerfarbenregelung, d.h. eine Regelung der Register y _[2 , y ₂₃ , y ₃ 4 möglich.

Zur Erfassung der Registerabweichungen y„ (x z) und/oder der Bearbeitungslagen sind ein oder mehrere entsprechende Sensoren 170 (bspw. (Farb-)Markensensor, Kamera) vorgesehen, die bspw. aufgedruckte Registermarken erfassen. Dies ist im Stand der Technik hinreichend bekannt. Zur Registerkorrektur verstellt die Längsregisterregeleinrichtung 180 die

Bearbeitungslage des Druckwerks 120, die Längsregisterregeleinrichtung 181 die

Bearbeitungslage des Druckwerks 130 und die Längsregisterregeleinrichtung 182 die

Bearbeitungslage des Druckwerks 140 auf hinreichend im Stand der Technik bekannte Weise. Damit soll erreicht werden, dass die einzelnen von den Druckwerken aufgedruckten Bilder richtig übereinander liegen. Die Längsregisterregeleinrichtungen 180, 181 und 182 sind oft in einer gemeinsamen Recheneinheit realisiert, dem sog. Registerregler. Der Registerregler kann bspw. auch in dem Sensor 170 oder in der Bewegungssteuerungseinrichtung 160 realisiert sein. Zwischen den Transporteinrichtungen 103 und 104 befindet sich beispielsweise ein Trockner 150 zum Trocknen der aufgesprühten Farbe.

Im Rahmen der Erfindung sind nun die Digitaldruckwerke 110, 120, 130 und 140 über eine weitere Datenverbindung 190 mit der Bewegungssteuerungseinrichtung 160 verbunden. Die weitere Datenverbindung 190 ist nicht echtzeitfahig und vorzugsweise als normale

Ethemetverbindung, insbesondere über ein Kabel oder als drahtlose Übertragung, ausgebildet. Über die Datenverbindung 190 übermittelt die Bewegungssteuerungseinrichtung 160 im vorliegenden Beispiel die Transportgeschwindigkeiten Vn, v ₁₂ , v ₁₃ bzw. v ₁₄ sowie

beispielsweise die Bahnzugkraft bzw. Bahndehnung als den Transport kennzeichnende Größen an die jeweiligen Digitaldruckwerke 110, 120, 130 und 140, welche auf Grundlage der übermittelten Transportgeschwindigkeiten (und ggf. Bahnzugkraft bzw. Bahndehnung) im Wesentlichen die Drucklänge und das Druckraster einstellen. Neben der Datenübertragung von der Bewegungssteuerung zu der Bearbeitungseinrichtung ist es ebenfalls denkbar, Daten von der Bearbeitungseinrichtung zu der Bewegungssteuerung zu übertragen, beispielsweise um einen Störeinfluss der auf- oder abgetragenen Substanzen (Farbe, Feuchtigkeit, Materialabtrag usw.) auf den Bahnlauf (insbesondere durch Veränderung des E-Moduls) zu kompensieren.

Im Rahmen der Erfindung kann unter Verzicht auf eine Echtzeitdatenübertragung zwischen Bewegungssteuerungseinrichtung 160 und Digitaldruckwerken 110, 120, 130 und 140 dennoch ein im Wesentlichen fehlerfreier Druck bereitgestellt werden.