DE4420110C2 - Anordnung zum Bearbeiten von Walzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Bearbeiten, insbesondere zum Bebildern, der Manteloberfläche einer sich um ihre Längsachse drehenden Walze mittels einer außerhalb der Walze in Richtung der Längsachse der Walze beweglichen Bearbeitungseinrichtung.

Aus der Zeitschrift Deutscher Drucker, Nr. 34 vom 10.09.1992, Seite w27 ff. ist es beispielsweise bekannt, zu belichtende Vorlagen, wie z. B. Druckformen entweder auf der inneren Manteloberfläche einer hohlzylindrisch aufgebauten Walze zu befestigen, wobei sich das Belichtungssystem im Innern in der Mitte der Trommel befindet, oder das zu belichtende Material auf der äußeren Manteloberfläche einer Walze zu fixieren. Ein außerhalb der Walze parallel zu ihrer Längsachse an ihr vorbei bewegbares Belichtungssystem vollzieht dabei eine Bewegung in nur einer Raumrichtung. Um eine genügend schnelle Belichtung zu erreichen, werden vielfach mehrere Belichtungselemente eingesetzt, weil eine große Walze mit den auf ihr befestigten Belichtungsmaterial sich nicht so schnell drehen kann, wie ein Drehspiegel in Verbindung mit einem Belichtungssystem rotiert, das im Innern einer hohlzylindrischen Walze angeordnet ist. Mehrere Belichtungselemente ermöglichen die gleichzeitige Ausgabe mehrerer Scan-Zeilen.

Wenn beispielsweise nur eine einzige Beschreibungseinrichtung vorhanden ist, die parallel zur Längsachse der Walze traversiert, läßt sich die Zylinderoberfläche auch mit einer Spur nach der Art eines Gewindes beschreiben, wenn die Beschreibungseinrichtung eine kontinuierliche Bewegung vollzieht. Häufig ist die Beschreibungseinrichtung auch so ausgeführt, daß ein Laser verwendet wird, der in axialer Richtung zusätzlich, beispielsweise durch einen akusto-optischen Deflektor, abgelenkt wird. Dadurch ist es möglich, je Umdrehung der Walze breitere Streifen oder eine größere Fläche im Rahmen der Ablenkmöglichkeiten des Laserstrahls zu bebildern, als dies mit einem unbeweglichen Laserstrahl der Fall wäre.

Gerade für Walzen, die das zu bearbeitende Material auf ihrer äußeren Mantelfläche tragen, müssen hohe Anforderungen an die Präzision der Drehbewegung erfüllen, um Dichteschwankungen der Bearbeitungspunkte, insbesondere der Bildpunkte, auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials zu vermeiden. Im Unterschied zu der hohlzylindrisch ausgebildeten Walze, die das zu bearbeitende Material auf ihrer inneren Mantelfläche trägt und bei der sich lediglich das Belichtungssystem bewegt, das eine ziemlich kleine Masse hat, ist es viel schwieriger, die große Masse der Trommel in ihrer Bewegung zu kontrollieren. Ungenauigkeiten in der Zylinderlagerung, beispielsweise Toleranzen im Kugelkäfig, gewolltes und ungewolltes Zahnrad- oder Lagerspiel sowie mechanische Vibrationen, die aus dem Umfeld der Walze auf diese einwirken, verursachen je nach Frequenz und Phasenlage diverse periodische Grauwertschwankungen von Bildpunkten des zu bebildernden Materials auf der Manteloberfläche, deren Ortsfrequenzen oft in einem Bereich liegen, in dem das menschliche Auge besonders empfindlich ist. Gerade dann, wenn die Belichtungs- oder Bearbeitungseinrichtung, die das zu belichtende bzw. zu bearbeitende Material auf ihrer äußeren Manteloberfläche trägt, innerhalb einer Druckmaschine, insbesondere in der Nähe eines Motors, angeordnet ist, sind derartige Schwankungen der Walze in Längsrichtung zu erwarten.

Aus der oben genannten Veröffentlichung ist es bereits bekannt, daß bei der Belichtung die Laserimpulse präzise getaktet sein müssen, damit sie exakt den gewünschten Bereich belichten.

Selbst Abweichungen von unter 1 µm in der Entfernung oder zeitlich von 3 ns beim Takten vom Ende einer Scan-Zeile zur nächsten können sichtbare Fehler im gedruckten Bild hervorrufen, insbesondere dann, wenn sich ihr Effekt periodisch wiederholt. Einige mit dem bloßen Auge nicht erkennbare Störungen können die Rasterwerte verändern und zu einer ungenauen Farbabstimmung führen. Wenn bei der Farbseparation vier oder mehr zu bebildernde Filme übereinandergelegt werden, kumulieren sich die Fehler und damit die sich ergebenden Abweichungen in der Wiederholgenauigkeit, was zu noch gravierender Verschiebungen führt.

Aus der DE 41 02 984 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur auf einer Walze bekannt. Um Ausnehmungen auf der Oberfläche der Walze reproduzierbar zu plazieren, ist eine mit der Drehbewegung der Walze synchronisierte Rasterscheibe vorhanden, die mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. Diese stellt für nachfolgende Steuerelemente einen Takt zur Verfügung, der die exakte Erfassung der aktuellen Position der Walze ermöglicht. Mit Hilfe einer Nullpunkterfassung erfolgt eine definierte Festlegung eines Bezugspunktes. Jedoch findet keine Messung des seitlichen Versatzes in Längsrichtung der Walze statt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die oben beschriebenen Fehler bei der Bebilderung oder Bearbeitung der Manteloberfläche vermieden werden.

Diese Aufgabe wird, wie in Patentanspruch 1 angegeben, gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Walze, eine Bebilderungseinrichtung und eine Meßeinrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Walze, mehrere Bebilderungseinrichtungen und zwei Meßeinrichtungen und

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Bebilderungseinrichtung, bei der die relative Bewegung zwischen der Bebilderungseinrichtung und der Walze durch einen akusto-optischen Laser-Deflektor kompensiert wird.

Eine Walze 1 (Fig. 1) ist auf ihrer äußeren Manteloberfläche mit einem zu bebildernden Material, beispielsweise einem Film, bedeckt. Die Walze 1 ist über Lager 2 in Seitenwänden 3, 4 gelagert.

Die Seitenwände 3, 4 sind beispielsweise Teile einer Druckmaschine, die Walze 1 entsprechend ein Formzylinder, der in der Druckmaschine selbst bebilderbar ist.

Eine Belichtungseinrichtung 5 traversiert, auf einer festen Konsole 6 beispielsweise mittels einer hydrodynamischen Lagerung gelagert, parallel zur Längsachse der Walze 1. Während sich die Walze 1 dreht, wird das auf ihrer Oberfläche aufgebrachte Material von einem Laser 7, der Teil der Belichtungseinrichtung 5 ist, entweder in einer gewindeförmigen Spur oder in parallel nebeneinander liegenden Strahlspuren belichtet, wobei der Laserstrahl selbst durch eine Ablenkeinrichtung ablenkbar ist, und eine Vielzahl von Laserpunkten jeweils einen Rasterpunkt auf dem Material erzeugt. Die Bebilderungseinrichtung 5 weist daher neben dem Laser 7 eine nicht dargestellte Ablenkeinheit zum Ablenken des Laserstrahls auf. Es ist auch möglich, die Bebilderungseinrichtung 5 auf Magnetschienen zu lagern, wodurch ein reibungsloses Transportsystem ohne Vibrationen gebildet wird, wie es beispielsweise aus der Zeitschrift Polygraph Nr. 5, 1997, Seite 32 ff. bekannt ist.

Die Walze 1 ist bei ihrer Bewegung Schwankungen in Richtung ihrer Längsachse unterworfen. Eine entweder fest mit der Konsole 6 verbundene oder anderweitig unbeweglich stehende Meßeinrichtung 8 mißt, beispielsweise kapazitiv, den Abstand d zu einer Stirnfläche der Walze 1. Kleine Fehler in der Genauigkeit der Stirnfläche, beispielsweise in ihrer Rauheit, haben bis zu einer Größenordnung von 1/100 mm keinen Einfluß, weil diese umdrehungssynchronen Fehler bei der Bebilderung nicht bemerkbar sind und daher toleriert werden können. Der von der Meßeinrichtung 8 gemessene Abstand d wird beispielsweise einer Ablenkeinheit (Fig. 3) zum Ablenken des Laserstrahls zugeführt.

Fig. 2 zeigt eine Bebilderungseinheit mit drei Belichtungseinrichtungen 51, 52 und 5;3, deren jede jeweils einen Laser 71, 72 bzw. 73 aufweist. Die Belichtungseinrichtungen 51, 52 und 53 haben untereinander feste Abstände und sind gemeinsam auf einer Konsole 60 bewegbar. Meßeinrichtungen 81 und 82 messen die Abstände d₁, d₂ zu der Stirnfläche der Walze 1 bzw. Stirnfläche der Belichtungseinrichtung 51. Die Meßeinrichtungen 81 und 82 sind beispielsweise fest auf einem Fundament verankert, um relative Bewegungen der Konsole 60 einerseits und der Walze 1 andererseits bestimmen zu können und durch Differenzbildung aus den Abständen d₁ d₂ die relative Verschiebung der Walze 1 gegenüber den Belichtungseinrichtungen 51, 52 und 53 bestimmen. Die Meßeinrichtungen 81 und 82 lassen sich jedoch auch an der Seitenwand 3 befestigen, wenn vorauszusetzen ist, das die Seitenwand 3 an den Befestigungspunkten der Meßeinrichtungen 81 und 82 denselben seitlichen Schwingungen unterworfen ist.

Die von der Meßeinrichtung 8 (Fig. 3) bzw. den Meßeinrichtungen 81 und 82 gemessenen Abstandswerte d bzw. d₁ und d₂ werden in einem Analog-Digital-Wandler 9 verbunden. Von diesem werden die digitalisierten Meßwerte einem digitalen Addierwerk 10 zugeführt, das seinerseits von einer Steuerschaltung 11 angesteuert wird. In dem Addierwerk 10 werden aus den Abstandswerten und den Werten der Steuerschaltung 11 Frequenzwerte gewonnen. Die Frequenzwerte werden einem Frequenzsynthetisierer 12 zugeführt. In ihm werden die Frequenzen gewonnen, die anschließend einer Ablenkeinheit zugeführt werden, einem akusto-optischen Deflektor 13. Der Deflektor 13 reagiert nahezu trägheitslos; dadurch sind auch hochfrequente Relativbewegungen im Sub-µm Bereich korrigierbar, die maschinengeräuschbedingt sind.

Wenn dem Laser 7 bzw. den Lasern 71 bis 73 bereits zur Ablenkung des Laserstrahls ein akusto-optischer Modulator 14 vorgeschaltet ist, läßt sich der Deflektor 13 zwischen dem Modulator 14 und der Stirnseite der Walze 1 anordnen, um die bereits von dem Modulator 14 abgelenkten Laserstrahlen zusätzlich abzulenken, und dadurch die Schwingungen der Walze 1 zu korrigieren.

In einem anderen Ausführungsbeispiel läßt sich der Modulator 14 auch direkt von dem Frequenzsynthetisierer 12 ansteuern.

Anstelle des in Fig. 3 gezeigten Aufbaus können die gemessenen Abstandswerte auch einem elektrischen Stellglied zugeführt werden, das entweder auf die Belichtungseinrichtung 5 bzw. 51, 52 oder 53, den Laser 7 bzw. 71, 72 oder 73, den Modulator 14 oder den Deflektor 13 entweder mittelbar oder unmittelbar einwirkt.

Erfindungsgemäß können die gemessenen Abstandswerte daher benutzt werden, um das von der Belichtungseinrichtung 5 bzw. 51 bis 53 erzeugte Licht entweder über eine verfahrensbedingt bereits vorhandene Ablenkeinrichtung wie den Modulator 14 oder ein piezoelektrisches Stellglied oder über eine zusätzliche Ablenkeinrichtung wie den Deflektor 13 abzulenken. Statt die Manteloberfläche der Walze 1 mittels eines Lichtstrahls, insbesondere des Laserstrahls, zu bearbeiten, lassen sich auch andere Bearbeitungseinrichtungen, insbesondere Bebilderungseinrichtungen, einsetzen, die beispielsweise mittels eines Gravurstichels das auf der Manteloberfläche der Walze 1 aufgebrachte Material bearbeiten. Das Material ist beispielsweise ein Film oder eine Platte, die entweder innerhalb der Druckmaschine selbst oder außerhalb der Druckmaschine in einer Bearbeitungsmaschine bearbeitet wird. Das zu bearbeitende Material ist keineswegs auf Verwendungen im Druckbereich beschränkt, sondern läßt sich auch andere Bearbeitungseinrichtungen übertragen, bei denen in Richtung der Längsachse der Walzen asynchron zu deren Umdrehungsfrequenz auftretende Abweichungen nicht tolerierbar sind.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten, insbesondere zum Bebildern, der Manteloberfläche einer sich um ihre Längsachse drehende Walze 1 geschaffen, wobei sich die Bearbeitungseinrichtung auf einer in Richtung der Längsachse beweglichen Ablenkeinrichtung außerhalb der Walze 1 an dieser vorbei bewegt wird, und wobei erfindungsgemäß eine Meßeinrichtung 8, 81, 82 vorgesehen ist, die den Abstand d, d₁, d₂ zwischen der Stirnfläche der Walze 1 und der Bearbeitungseinrichtung 5, 51 bis 53 bestimmt und wobei außerdem Mittel zur Abstandskorrektur der Bearbeitungseinrichtung 5, 51 bis 53 vorgesehen sind, die abhängig von den gemessenen Abständen d, d₁, d₂ auf die Bearbeitungseinrichtung 5, 51 bis 53 einwirken. Dadurch werden Fehler korrigiert, die durch Maschinenschwingungen oder Toleranzen in der Lagerung der Walze 1 entstehen und eine Bewegung der Walze 1 in Richtung ihrer Längsachse verursachen.

Claims (6)

1. Anordnung zum Bearbeiten, insbesondere zum Bebildern, der Manteloberfläche einer sich um ihre Längsachse drehenden Walze (1) mittels einer außerhalb der Walze (1) in Richtung der Längsachse der Walze (1) beweglichen Bearbeitungseinrichtung (5, 51 bis 53), dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (8, 81, 82) zur kontinuierlichen Messung des in Richtung der Längsache seitlichen Versatzes (d, d₁, d₂) der drehenden Walze (1), bezogen auf einen Fixpunkt, und eine von der Meßeinrichtung (8, 81, 82) mit Meßwerten beaufschlagte Steuereinrichtung (10 bis 12) vorgesehen sind, wobei die Steuereinrichtung (10 bis 12) auf die Bearbeitungseinrichtung (5, 51 bis 53) einwirkt und kontinuierlich ihre Position entsprechend dem Versatz in Richtung der Längsachse der Walze (1) verändert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10 bis 12) über einen Deflektor, insbesondere eine akusto-optischen Deflektor (13) oder ein piezoelektrisches Stellglied auf die Bearbeitungseinrichtung (5, 51 bis 53) einwirkt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (8) an einer Seitenwand (3) befestigt ist, in der die Walze (1) gelagert ist, oder daß zwei Meßeinrichtungen (81, 82) zur Messung des jeweiligen relativen Versatzes (d₁, d₂) der Walze (1) bzw. der Bearbeitungsvorrichtung (51 bis 53) entweder an der Seitenwand (3) oder auf einem schwingungsfesten Fundament befestigt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Addierwerk (10) eine Steuerschaltung (11) und einen Frequenzsynthetisierer (12) umfaßt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungseinrichtung mehrere Belichtungseinrichtungen (51 bis 53), insbesondere mit Lasern (71 bis 73), umfaßt.

6. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Maschine, insbesondere einer Druckmaschine, zum Bebildern oder Bearbeiten eines Films, einer Folie, einer Druckform oder Druckplatte mittels einer Lichtquelle oder eines Gravurstichels.