-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von Markierungen.
-
Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen und deren Sensoren bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Markierungssensoren und Bearbeitungsmaschinen, bei denen ein Bearbeitungsmaterial, bspw. in Form vereinzelter Materialabschnitte oder in Form einer Warenbahn bzw. Materialbahn, bearbeitet wird, gerichtet. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung bei einer Registerregelung bei Bearbeitungsmaschinen geeignet. Die Erfindung ist insbesondere bei Druckmaschinen wie z. B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen sowie bei Verarbeitungsmaschinen wie z. B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen einsetzbar. Das Bearbeitungsmaterial oder die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
-
Stand der Technik
-
Bei Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Druckmaschinen, wird Material entlang von angetriebenen und nicht angetriebenen Achsen bewegt und bearbeitet. Um die Bearbeitungsschritte aufeinanderfolgender Bearbeitungseinrichtungen zueinander auszurichten, wird eine sogenannte Registerregelung durchgeführt. Dazu werden Markierungen, bspw. Registermarken, auf dem Material von Sensoren abgetastet, wobei die von den Sensoren erzeugten Erfassungsdaten über einen Schaltausgang (meist 24 V) dem übergeordneten System, d. h. einer Steuerung, einem Automatisierungssystem oder einem Antrieb, übermittelt werden. Beispielsweise wird je nach Polarität des Sensorausgangs eine positive Flanke einer Registermarke, d. h. der Anfang der Registermarke, über eine fallende oder steigende Flanke im Signal am Schaltausgang angezeigt. Die negative Flanke der Registermarke, d. h. das Ende der Registermarke, wird durch die entsprechend andere Flanke am Schaltausgang angezeigt.
-
Das übergeordnete System, an das der Sensor angeschlossen ist, wertet die Flanken aus, wodurch zusammen mit Informationen betreffend die Transportgeschwindigkeit die Breite und die Position der Registermarken auf dem Material bestimmt werden kann. Nachteilig an der vorbekannten Lösung ist zum einen, dass eine zusätzliche Totzeitkompensation durchgeführt werden muss, da der Sensor eine gewisse Verarbeitungszeit benötigt, bis das Signal am Schaltausgang dem Zustand der erfassten Registermarke entspricht. Zusätzlich ist ein komplexer Auswertevorgang in dem übergeordneten System notwendig, um aus den gelieferten Sensordaten die absoluten Positionswerte der Registermarken zu bestimmen. Da eine Bearbeitungsmaschine üblicherweise eine Vielzahl derartiger Sensoren aufweist, muss die Rechenkapazität der Steuerung ausreichend dimensioniert werden, um die notwendige Rechenzeit bereitstellen zu können.
-
Daneben müssen den Sensoren manuell während eines sog. Teaching-Vorgangs die zu erfassenden Markierungen, bspw. Registermarken, vorgegeben werden, wobei der Maschinenbediener dem jeweiligen Sensor die zu erfassenden Markierungen bei einer Messfahrt oder mittels einer eigenen Sensor-HMI mitteilt, was einen relativ langen Zeitraum in Anspruch nimmt und zu Makulatur führt.
-
Darüber hinaus ist es bei herkömmlichen Sensoren nicht möglich, diese während der Produktionsphase dynamisch umzukonfigurieren, da eine Änderung der Konfiguration nur bei einer niedrigen Teach-Geschwindigkeit oder bei einem Produktionswechsel möglich ist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Auswerten von Markierungen anzugeben, bei denen die genannten Nachteile überwunden werden.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Auswerten von Markierungen mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Ein erfindungsgemäßer Sensor weist eine Erfassungseinheit zum Erfassen von Markierungen, insbesondere Registermarken, auf einem Bearbeitungsmaterial, insbesondere einer Warenbahn, und zum Erzeugen von Erfassungsdaten basierend auf den erfassten Markierungen auf. Er weist weiterhin wenigstens einen Schaltausgang zur Ausgabe der Erfassungsdaten, eine Auswerteeinheit zum Bestimmen von absoluten Ausgabedaten der erfassten Markierungen basierend auf den von der Erfassungseinheit erzeugten Erfassungsdaten sowie eine, vorzugsweise serielle, Schnittstelle zum Ausgeben der Ausgabedaten an eine Steuerung auf. Der erfindungsgemäße Sensor umfasst dabei logisch eine Erfassungseinheit, bei der es sich insbesondere um einen optischen Sensor wie z. B. ein Farb- oder Kontrastsensor oder einen kamerabasierten Sensor handeln kann, sowie eine Auswerteeinheit, die aus den erfassten Daten absolute Ausgabedaten betreffend die Markierungen, insbesondere die Abstände der Markierungen voneinander und/oder die Abmessungen der Markierungen selbst, erzeugt. Die erzeugten absoluten Ausgabedaten werden über eine Schnittstelle, die insbesondere seriell und vorzugsweise echtzeitfähig ist, an ein übergeordnetes System, insbesondere eine Steuerung, ein Automatisierungssystem oder einen Antrieb übertragen. Daneben sind die Erfassungsdaten über den Schaltausgang ausgebbar.
-
Vorteile der Erfindung
-
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden absolute Markierungsdaten, insbesondere Registermarkenabstände für eine Regelung des Längsregisters und/oder die Registermarkenbreiten für eine Regelung des Seitenregisters, bereits innerhalb des Sensors hoch genau bestimmt und können anschließend direkt einer Steuerung bspw. zur Registerregelung zugeführt werden. Die Auswertung der zu vermessenden Markierungen findet direkt im Sensorsystem statt, was die übergeordnete Steuerung oder den übergeordneten Antrieb signifikant entlastet. Eine externe Totzeitkompensation kann entfallen. Die Erfassungseinheit, d. h. der intelligente Sensor, kann an Druck- und Verarbeitungsmaschinen, Verpackungsmaschinen und bahnverarbeitenden Maschinen eingesetzt werden. Hierzu müssen sich auf dem Bearbeitungsmaterial Markierungen (z. B. Registermarken, vorbedrucktes Material, usw.) befinden, die vom Sensor erkannt und in ihrer Lage vermessen werden können. Aufgrund der vom Sensor ermittelten Positionen können ein oder mehrere Prozesse synchronisiert werden. Beispielsweise kann eine Registerregelung für ein exaktes Druckbild sorgen. Der ebenfalls vorhandene Schaltausgang zur Ausgabe von Erfassungsdaten ermöglicht die Implementierung eines erfindungsgemäßen Sensors auch in bestehende Systeme.
-
Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Sensor durch die Ausstattung mit einer Auswerteeinheit in der Lage, mehrere Bahnmessverfahren für das Längsregister durchzuführen. Bei dem sog. Bahn/Bahn-Verfahren vermisst der Sensor den Abstand mehrerer Markierungen zueinander und gibt die Abstandswerte aus. Bei dem sog. Bahn/Zylinder-Verfahren vermisst der Sensor eine oder mehrere Markierungen. Diese Daten können im Sensor mit einem zugeführten Gebersignal verglichen und das Vergleichsergebnis über die Schnittstelle ausgegeben werden. Ebenso kann der Sensor die zuvor genannten Daten über einen optionalen Schaltausgang an einen Antrieb übermitteln, der mit diesem Signal hochgenau den aktuellen Lageistwert der Achse ermittelt kann. Bei dem sog. Oberseite/Unterseite-Verfahren wird ein Vorderseiten/Rückseitenvergleich von Registermarken durch Verkopplung von Sensoren ermöglicht. Dabei vermisst ein Sensor die Markierungen auf der Vorderseite und gibt über einen Ausgang (Schnittstelle oder Schaltausgang) das Signal der erkannten Markierung an den Sensor auf der Rückseite der Materialbahn. Dieser kann nun den Abstand der definierten Marken auf Vorder- und Rückseite berechnen und über die Schnittstelle zurückgeben. Durch die Ausstattung des Sensors mit einer Auswerteeinheit ist er in der Lage, alle Bahnmessverfahren parallel auszuführen oder online zwischen ihnen umzuschalten.
-
Über die Schnittstelle kann beispielsweise ein dienstebasiertes Protokoll auf TCP- oder UDP-Basis mit einer Diensterkennung am Beginn des Telegrammdatenfeldes übertragen werden. Es ist ebenso möglich, mehrere Befehle innerhalb eines Telegramms (z. B. Initialisierung mehrerer Eigenschaften) oder eine telegrammübergreifende Übertragung größerer Datenmengen (z. B. Oszilloskopdaten) bereitzustellen.
-
Vorteilhafterweise ist die Schnittstelle als Ethernet-Schnittstelle ausgebildet, über die der Sensor die absoluten Ausgabedaten insbesondere für das Seiten- und das Längsregister ausgibt. Es versteht sich, dass jede Art einer, insbesondere seriellen, Schnittstelle verwendet werden kann. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Sensor einfach in Bus-Systeme von Bearbeitungsmaschinen eingebunden werden. Über die Ethernetschnittstelle ist es bspw. möglich, den Sensor zu konfigurieren, damit er selbständig (ohne manuellen Teach-Prozess) in der Lage ist, Markierungen zu vermessen und Messwerte zurückzuliefern. Der Teach-Prozess kann insbesondere dynamisch stattfinden, wobei der Sensor anhand der konfigurierten Daten selbständig den Markierungsstrom (Markierungen haben in der Regel unterschiedliche Farben) sucht und ein sog. Erwartungsfenster berechnet, in welchem sich die zu vermessenden Markierungen befinden. Der Beginn des Markierungsstroms kann insbesondere durch einen konfigurierten Barcode auf dem Bearbeitungsmaterial gekennzeichnet sein, den der Sensor selbständig identifizieren kann. Alternativ oder zusätzlich können dem Sensor die nötigen Informationen über die Schnittstelle zugeführt werden. Daneben ist es möglich, über die Schnittstelle Diagnose- und/oder Oszilloskopdaten anzufordern und/oder deren Auflösung zu definieren. Diese Daten können dem Bediener zur Visualisierung des Markenstroms und zur Fehlerdiagnose bzw. zu präventiven Maßnahmen (beispielsweise Verschmutzung der Linse, Nachlassen der Farbdichte) zur Verfügung gestellt werden. Dies ermöglicht ein rechtzeitiges Eingreifen des Bedieners und verhindert eine Unterbrechung des Druck- bzw. Bearbeitungsprozesses.
-
Alternativ oder zusätzlich zu der Ethernet-Schnittstelle kann der Sensor eine Profinet-Ankopplung, SERCOS III-Ankopplung, Ethernet-Powerlink-Ankopplung, EtherCat-Ankopplung, Ethernet/IP-Ankopplung, Modbus-IDA-Ankopplung, shared-RAM- und/oder DPRAM-Ankopplung aufweisen. Beispielsweise kann eine Sercos III-Anbindung aufgrund der Echtzeitfähigkeit zu einer weiteren Verbesserung der Kommunikation führen.
-
Es ist zweckmäßig, wenn der Markierungssensor einen Gebereingang aufweist. Dieser kann insbesondere zur Übermittlung von Geschwindigkeitsdaten an den Sensor dienen, aufgrund deren der Sensor die absoluten Daten bestimmen kann. Es versteht sich, dass die Geschwindigkeitsdaten ebenso über die Schnittstelle (bspw. bei SERCOS III) übertragen werden können. Es ist bevorzugt, den Gebereingang an Geberemulatorausgänge eines Antriebs-, Steuerungs- und/oder Automatisierungssystems anzukoppeln.
-
Vorteilhafterweise sind ein oder mehrere Schaltausgänge, insbesondere mit 24 V, vorgesehen, die als Einzelausgänge, d. h. nur eine definierte Markierung wird ausgegeben, oder als Sammelausgänge, d. h. mehrere Markierungen werden über denselben Schaltausgang ausgegeben, realisiert werden können und damit insbesondere zur Ausgabe der Erfassungsdaten dienen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Eingang zum Anschluss weiterer Erfassungseinheiten vorgesehen. Bei diesen Erfassungseinheiten kann es sich insbesondere um Sensoren aus dem Stand der Technik handeln, da diese nicht über eine eigene Auswerteeinheit verfügen. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, eine oder mehrere Erfassungseinheiten an eine Auswerteeinheit des Sensors zu koppeln und so die Rechenperformance der Auswerteeinheit für mehrere Erfassungseinheiten in einem Multiplexverfahren bereitzustellen. Auch können auf diese Weise bestehende Sensoren, d. h. reine Erfassungseinheiten, mit den erfindungsgemäßen Sensoren zusammen in einer entsprechenden Bearbeitungsmaschine verwendet werden.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend 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 eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
-
Figurenbeschreibung
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Druckmaschine mit einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Markierungssensors;
-
2 zeigt schematisch die Datenein- und -ausgänge einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Markierungssensors; und
-
3 zeigt schematisch eine Verbindung einer Steuerung mit mehreren bevorzugten Markierungssensoren.
-
In 1 ist eine Druckmaschine ausschnittsweise schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Ein Bearbeitungsmaterial, beispielsweise Papier, wird der Maschine in Form einer Warenbahn 101 über ein Einzugswerk (Infeed) (nicht gezeigt) zugeführt. Es versteht sich, dass ebenso die Bearbeitung vereinzelter Materialien möglich ist. Das Papier 101 wird anschließend durch mehrere Druckwerke, von denen nur die Druckwerke 113, 114 gezeigt sind, geführt und bedruckt und durch ein Auszugswerk (Outfeed) (nicht gezeigt) wieder ausgegeben. Die Ein-, Auszugs- und Druckwerke sind positionierbar, insbesondere zylinder- bzw. winkelkorrigierbar, angeordnet.
-
Die Druckwerke 113, 114 weisen jeweils einen Druckzylinder 113', 114' auf, gegen den jeweils ein Presseur 113'', 114'' mit starkem Druck angestellt ist. Die Druckzylinder 113', 114' sind einzeln und unabhängig antreibbar. Die zugehörigen Antriebe 113''', 114''' sind schematisch dargestellt. Auch das Einzugs- und das Auszugswerk sind einzeln durch je einen Antrieb antreibbar. Die Antriebe der einzelnen Werke sind über eine Datenverbindung 150, die vorzugsweise als Ethernet-Verbindung ausgebildet ist, mit einer Steuerung 200 verbunden.
-
Zwischen den Druckwerken 113 und 114 ist eine bevorzugte Ausgestaltung eines Markierungssensors 120 angeordnet, der zum Erfassen von Markierungen auf der Papierbahn 101 vorgesehen ist. Die Markierungen (Registermarken) können von vorhergehenden Druckwerken aufgebracht oder bereits vor der Bearbeitung auf der Papierbahn 101 vorhanden sein. Der als Registermarkensensor 120 ausgebildete Markierungssensor ist über seine Schnittstelle mittels einer Datenverbindung 125 ebenfalls mit der Steuerung 200 verbunden. Die Datenverbindung 125 ist als Ethernet-Verbindung ausgebildet.
-
Die Funktionalität einer bevorzugten Ausgestaltung des Druckmarkensensors 220 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Markierungssensor 220 weist eine als Ethernet-Schnittstelle ausgebildete Schnittstelle 221 zum Ausgeben und Empfangen von Daten auf. Über die Ethernet-Schnittstelle 221 werden die absoluten Markierungsdaten, insbesondere ein Markierungsabstand sowie eine Markierungsbreite ausgegeben. Weiterhin bietet die Ethernet-Schnittstelle 221 die Möglichkeit, den Sensor 220 zu konfigurieren, damit er selbständig (ohne manuellen Teach-Prozess) in der Lage ist, Registermarken zu vermessen und Messwerte zurückzuliefern. Weiterhin können über die Schnittstelle 221 Diagnose- und Oszilloskopdaten angefordert und deren Auflösung definiert werden. Ebenfalls können an der Schnittstelle 221 Fehlermeldung und/oder Statistiken ausgegeben werden.
-
Der Sensor 220 weist weiterhin einen Gebereingang 223 auf, der zur Verbindung mit einer Eingangsschaltung zum Empfangen der Transportgeschwindigkeit geeignet ist. Die Eingangsschaltung kann dabei bspw. zum Empfangen eines TTL-Signals oder eines SSI-Signals (Synchronous Serial Interface) ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Gebereingang in der Lage sein, Markierungen auf dem Druckbild auszufenstern, indem mittels des Gebereingangs ein absoluter Bezug der Markierungen zum Geberistwert hergestellt wird und mittels eines Vorgabe-Winkelbereichs ein Winkel-Fenster zum Zwecke einer Signal-Diskriminierung aufgespannt wird. Weiterhin weist der Sensor 220 einen Schaltausgang 222 auf, der als Einzelausgang oder Sammelausgang definierbar ist. Der Schaltausgang wird dabei vorteilhafterweise als 24 V-Signal bereitgestellt. Es versteht sich, dass die Transportgeschwindigkeit ebenso über die Schnittstelle 221 an den Sensor 220 übertragen werden kann. Weiterhin weist der Sensor 220 einen Schalteingang 224 zum Empfangen von Schaltdaten insbesondere von einem Schaltausgang eines weiteren Sensors auf. Damit wird insbesondere die Voraussetzung geschaffen, das sog. Oberseite/Unterseite-Verfahren durchzuführen, bei dem ein Vorderseiten/Rückseitenvergleich von Registermarken durch Verkopplung von Sensoren durchgeführt wird. Beispielsweise ermittelt ein Sensor die Markierungen auf der Vorderseite und gibt über seinen Schaltausgang das Signal der erkannten Markierung an den Sensor auf der Rückseite der Materialbahn an dessen Schalteingang aus. Dieser kann nun den Abstand der definierten Marken auf Vorder- und Rückseite berechnen und über die Schnittstelle zurückgeben.
-
Die Kommunikation des Sensors über die Schnittstelle mit einer übergeordneten Steuerung, einem übergeordneten Automatisierungssystem oder einem übergeordneten Antrieb kann über mehrere Kanäle erfolgen. Vorzugsweise sind für die Kommunikation je ein Kommunikationskanal für eine azyklische und eine zyklische Kommunikation, d. h. insgesamt wenigstens zwei Kommunikationskanäle vorgesehen.
-
Die Konfiguration des Sensors erfolgt über den azyklischen Kanal, wobei der Sensor als Server agiert. Eine Antwort des Sensors während der Kommunikation erfolgt nur, wenn er ein Telegramm vom übergeordneten System erhält. Es werden alle Konfigurationsdaten über diesen Kanal ausgetauscht. Der Sensor bestätigt die Gültigkeit der empfangenen Daten: Der azyklische Kanal wird vorzugsweise über TCP/IP betrieben, wobei ein Verbindungsaufbau stattfindet und verloren gegangene Telegramme erneut gesendet werden. Weiterhin können über den azyklischen Kanal die Auflösung der Oszilloskopdaten definiert bzw. angefordert werden und Diagnosedaten abgefragt werden.
-
Während der zyklischen Kommunikation agiert der Sensor als Client, der die absoluten Ausgabedaten überträgt, sobald er alle benötigten Markierungen erfasst hat und deren Abstand berechnet hat. Der zyklische Kanal wird vorzugsweise über UDP/IP betrieben. Die Steuerung überprüft den gewählten UDP-Port und empfängt die gesendeten Sensordaten. Alternativ wird eine zyklische Kommunikation über TCP/IP vorgeschlagen, wobei der Sensor ebenfalls eine Clientfunktion besitzt. Die zyklische Kommunikation (via UDP/IP oder TCP/IP) kann ebenso mit einer Serverfunktion des Sensors bereitgestellt werden, wobei das übergeordnete System, bspw. die Steuerung, zu geeigneten Zeitpunkten oder zyklisch (Polling) die letzten ermittelten Sensordaten abfragt.
-
In 3 ist die Struktur einer Bearbeitungsmaschine bei Einsatz mehrerer erfindungsgemäßer Markierungssensoren schematisch dargestellt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung weisen die Markierungssensoren Ethernet-Schnittstellen auf, wobei die Datenübertragung unter Einsatz des TCP/IP-Protokolls stattfindet.
-
Eine Steuerung 300 ist mit einem Markierungssensor 400 sowie einem Markierungssensor 500 verbunden. Die Verbindung ist als Ethernet-Verbindung ausgestaltet, wobei zur Kommunikation der Steuerung 300 mit den Sensoren 400 und 500 azyklische Kanäle 310 und 320 und zyklische Kanäle 311 und 321 im Rahmen der Ethernet-Verbindung definiert sind. Wie weiter oben erläutert wurde, bietet es sich an, für die azyklischen Kommunikationskanäle 310 und 320 TCP/IP-Verbindungen vorzusehen, wobei innerhalb der Steuerung zur Kommunikation mit jedem einzelnen Sensor 400, 500 ein separater TCP-Port vorgehalten wird. Der TCP-Port des Sensors kann ebenfalls frei vorgebbar oder fest eingestellt sein.
-
Wie ebenfalls oben beschrieben, werden für die zyklischen Kommunikationskanäle 311 und 321 UDP/IP-Verbindungen definiert, wobei ebenfalls auf Seiten der Steuerung für jeden angeschlossenen Sensor jeweils ein eigener UDP-Port vorgehalten wird. Bei der zyklischen UDP-Kommunikation werden zweckmäßigerweise auch sensorseitig unterschiedliche Ports für jeden Sensor definiert.
-
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Druckmaschine
- 101
- Papierbahn
- 113, 114
- Druckwerk
- 113', 114'
- Druckzylinder
- 113'', 114''
- Presseur, Gegendruckzylinder
- 113''', 114'''
- Antrieb
- 120, 220
- Registermarkensensor
- 221
- Ethernet-Schnittstelle
- 222
- Schaltausgang
- 223
- Gebereingang
- 224
- Schalteingang
- 125, 150
- Ethernet-Verbindung
- 200
- Steuerung
- 300
- Steuerung
- 310, 320
- azyklischer Kommunikationskanal
- 311, 321
- zyklischer Kommunikationskanal
- 400, 500
- Markierungssensor