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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Ermittlung der Position einer bedruckten Papierbahn in einer Druckmaschine,
sowie zum Regeln der Position oder Schnittlage der Papierbahn.
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Zeitungen
werden überwiegend
im Offset-Druckverfahren hergestellt. Dabei werden mehrere Papierbahnen
von Rollen abgewickelt, in den Druckeinheiten bedruckt und schliesslich
im Falzapparat gefalzt und geschnitten. Während eine Papierbahn durch
die Maschine läuft,
befindet sie sich ständig
in einem gespannten Zustand.
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Beim
Nassoffset-Druck kommt Papier mit Wasser und Farbe in Kontakt, wodurch
die Dehnungseigenschaften des Papiers verändert werden. Die Zugabe von
Wasser und Farbe ist nicht für
alle Druckwerke gleich. Die Wege, welche die einzelnen Papierbahnen
durchlaufen, weisen unterschiedliche Längen auf. Die Dehnungseigenschaften
zwischen verschiedenen Papiersorten variieren, und selbst innerhalb
der gleichen Papiersorte gibt es Unterschiede im Dehnungsverhalten
des Papiers.
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Doppelbreite
Papierbahnen werden nach dem Bedrucken in Laufrichtung in zwei oder
mehr Stränge
aufgeteilt. Die einzelnen Stränge
einer Papierbahn können unterschiedliche
Wege über
Wendestangen durchlaufen bevor sie zu mehrlagigen Bündeln zusammengeführt werden.
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Die
verschiedenen Stränge
werden vor dem Einlauf in den Falzapparat zu mehrlagigen Bündeln zusammengeführt und
durch Trichter in Laufrichtung der Bahnen gefaltet. Anschliessend
werden die Bündel
im Falzapparat quer zur Laufrichtung so geschnitten, dass der Schnitt
ausserhalb der Satzspiegel der Seiten liegt. Fehler der Schnittlage
führen
dazu, dass die gedruckten Zeitungen nicht verkaufbar sind.
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Die
Schnittlage kann durch den Drucker verstellt werden, indem durch
Registerwalzen die Bahnlänge
zwischen Druckwerk und Schneidmesser bzw. Schneidzylinder verstellt
wird. Es ist auch möglich, die
Schnittlage durch gleiches Verstellen der Winkellage der die Bahn
bedruckenden Druckzylinder einzustellen und somit auf eine Registerwalze
zu verzichten, was auch als virtuelles Hauptregister bezeichnet
wird. Durch die Registerwalzen der Nebenregister können die
Schnittlagen der einzeln Stränge einer
Papierbahn unabhängig
voneinander eingestellt werden.
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Schwierigkeiten
beim korrekten Schneiden der gebündelten
Bahnen im Falzapparat ergeben sich aus den unterschiedlichen Wegen
der einzelnen Bahnen und Stränge,
und den unterschiedlichen Dehnungen, welche die einzelnen Papierbahnen
und Stränge
beim Lauf durch die Druckmaschine erfahren.
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Wenn ähnliche
Produktionen sich wiederholen, sind die geeigneten Positionen der
Hauptregister und Nebenregister bekannt und können beim Start des Produktionslaufs
mehr oder weniger genau voreingestellt werden. Meist muss der Drucker
aber dennoch die Schnittpositionen zu Beginn des Produktionslaufs
von Hand nachstellen. Daraus resultiert eine Menge von Makulaturexemplaren
und ein Zeitverlust bei der Produktion.
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Es
sind Verfahren bekannt, die eine automatische Regelung der Schnittlage
ermöglichen.
Dabei werden spezielle Markierungen, sogenannte Marken, mitgedruckt,
die vor dem Zusammenlauf der einzelnen Stränge zu mehrlagigen Bündeln bei
den Trichtern durch geeignete optoelektronische Sensoren detektiert
werden und somit Messwerte liefern, die für eine automatische Messung
und Regelung der Schnittlage verwendet werden können.
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Eine
grosse Messmarke auf der bedruckten Papierbahn kann beispielsweise
durch einen einfachen optoelektronischen Sensor, z. B. einen Kontrasttaster,
detektiert werden. Grosse Marken beeinträchtigen jedoch das Erscheinungsbild
des Druckproduktes, z. B. der Zeitung. Kleinere Marken, welche weniger
störend
sind, erfordern aufwendigere optoelektronische Sensoren, z. B. CCD-Kameras,
in Verbindung mit einer digitalen Mustererkennung oder Bilddatenverarbeitung.
Im allgemeinen ist der technische Aufwand zur Erkennung der Marken
umso grösser,
je kleiner diese sind.
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Weiterhin
sind Verfahren bekannt, die ohne Verwendung von Druckmarken die
Schnittlage automatisch messen und regeln können. Das Schnittregister wird
hierbei durch den Drucker vom Leitstand aus zuerst manuell eingestellt.
Dann wird durch eine Abtastung des Druckbildes auf der Papierbahn
durch optoelektronische Sensoren ein Referenzsignal gebildet. Die
Schnittlage wird anschliessend durch Vergleich des aktuellen Messsignals
mit dem Referenzsignal automatisch bestimmt. Nachteilig bei diesem Verfahren
ist, dass der Drucker zuerst die Schnittlage von Hand einstellen
muss. Das bedeutet, dass die Schnittlage beim Anfahren eines neuen
Produktionslaufs nicht sofort automatisch geregelt werden kann. Es
ist darüber
hinaus auch nicht möglich,
die Schnittlage bei fliegendem Ausgabenwechsel ohne manuelle Eingriffe
zu regeln. Die manuellen Eingriffe verursachen Makulaturexemplare
und Zeitverlust bei der Produktion.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Erkennung von Schnittlagefehlern ist aus der
DE 199 10 835 C1 bekannt
und besteht darin, das Druckbild an zwei Stellen abzutasten. Die
erste Abtastung am Ausgang der Druckwerks bildet eine Referenz,
die mit der Abtastung vor dem Trichtereinlauf verglichen werden
kann. Aus der Korrelation der Signale kann der Lagefehler zwischen
den beiden Messorten ermittelt werden, der dann durch entsprechende
Regelung automatisch korrigiert werden kann. Nachteilig bei diesem Verfahren
ist, dass nur der Lagefehler zwischen den beiden Messorten korrigiert
wird und dass mehrere Sensoren verwendet werden müssen.
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Die
DE 43 21 179 A1 zeigt
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung einer Position
einer bedruckten Papierbahn. Bei einem weiteren aus der
DE 195 06 774 A1 bekannten
Verfahren wird mit einem Sensor ein Magnetfeld einer Marke detektiert. Dieses
Verfahren erfordert das Aufdrucken von magnetisierbaren Marken,
beispielsweise durch farblose Tinte mit Metallpartikeln und hat
den Nachteil, dass diese Marken durch ein zusätzliches Druckwerk aufgebracht
werden müssen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, welche die Position einer bedruckten Papierbahn in
Laufrichtung der Papierbahn ohne Verwendung von aufgedruckten Marken
automatisch in jedem Maschinenzustand bestimmen können. Eine
bevorzugte Anwendung ist die automatische Messung und Regelung der Schnittlage
von bedruckten Papierbahnen in Rotationsdruckmaschinen für den Zeitungsdruck.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäss werden
bei dem Verfahren zur Ermittlung der Position einer bedruckten Papierbahn
in einer Druckmaschine, insbesondere in einer Rotationsdruckmaschine
für den
Zeitungsdruck, Referenzwerte für
die Positionsbestimmung oder Positionsermittlung aus den z. B. digitalen
oder analogen Bilddaten der Druckvorstufe oder der Druckvorlagen
gewonnen.
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Mit
einem oder mehreren Sensoren, wie z. B. optoelektronischen Sensoren,
wird das Druckbild oder ein Teil des Druckbildes auf der Papierbahn
in der Druckmaschine erfasst. Die von den Sensoren gemessenen Signale
werden vorteilhaft zu geeigneten digitalen Messwerten aufbereitet.
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Die
Referenzwerte der Druckvorstufe oder der Druckvorlagen werden dann
mit den Messwerten verglichen, z. B. wird die Korrelation dieser
Werte untersucht bzw. berechnet. Aus dem Vergleich der Referenzwerte
mit den Messwerten kann die Position der bedruckten Papierbahn in
Laufrichtung berechnet werden. Somit kann auf einfache Weise ohne
Anbringen einer zusätzlichen
Marke im Druckbild die Position einer bedruckten Papierbahn präzise bestimmt
werden.
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Die
digitalen oder analogen Bilddaten aus dem Verlag oder der Druckvorstufe
können
dabei z. B. in Form der Bildinhalte von mehrfarbigen Zeitungsseiten
vorliegen und z. B. in Form von Dateien im Postscript-Format oder
PDF-Format geliefert werden.
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Die
digitalen Bilddaten aus dem Verlag oder aus der Druckvorstufe können beispielsweise
auch in Form der Bildinhalte der Druckplatten vorliegen. Die Bilddaten
einer mehrfarbigen Zeitungsseite werden üblicherweise durch Raster Image
Processing (RIP) gerastert und in die Bilddaten der Druckplatten
für die Grundfarben
Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz getrennt. So entstehen aus den digitalen
Bilddaten einer farbigen Zeitungsseite die digitalen Bilddaten der zugehörigen Druckplatten.
Die separierten Bilddaten der Druckplatten werden auch als Bitmaps,
RIP Pixel Maps oder Separationen bezeichnet. Die separierten Bilddaten
der Druckvorlagen können
z. B. als Dateien im TIFF-G4-Format geliefert werden.
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Aus
den digitalen Bilddaten aus dem Verlag oder der Druckvorstufe können Referenzwerte
berechnet werden. Die Referenzwerte können z. B. den Helligkeitsverlauf
auf einem schmalen Streifen einer Zeitungsseite angeben.
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Ein
optoelektronischer Sensor in der Druckmaschine, welcher die Helligkeit
auf dem entsprechenden Streifen der bedruckten Papierbahn misst, wird
dann einen ähnlichen
Helligkeitsverlauf liefern, wenn die bedruckte Papierbahn an dem
Sensor vorbei bewegt wird.
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Durch
Vergleich der Messwerte mit den Referenzwerten, z. B. durch Korrelation
des gemessenen Helligkeitsverlaufs mit dem aus den digitalen Bilddaten
der Druckvorstufe berechneten Helligkeitsverlauf, kann dann die
Position der Papierbahn in Laufrichtung bestimmt werden.
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Vorteilhaft
wird die so ermittelte Position der bedruckten Papierbahn in Laufrichtung
für eine
automatische Regelung der Schnittlage der bedruckten Papierbahn
in Druckmaschinen verwendet.
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Die
erfindungsgemässe
Vorrichtung zur Ermittlung der Position einer bedruckten Papierbahn
in einer Druckmaschine, insbesondere einer Rotationsdruckmaschine
für den
Zeitungsdruck, umfasst ein Datenverarbeitungssystem zur Berechnung
der Referenzwerte aus den bevorzugt digitalen Bilddaten der Druckvorlage
oder der Druckvorstufe.
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Weiterhin
ist mindestens ein bevorzugt optoelektronischer Sensor zur Beobachtung
der bedruckten Papierbahn vorgesehen, welcher mindestens einen Teil
eines Druckbildes auf der Papierbahn erfassen kann.
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Die
aus den digitalen Bilddaten der Druckvorstufe gewonnenen Referenzwerte
werden in einer Vergleichsvorrichtung mit den Messwerten verglichen,
welche von dem optischen Sensor oder den optischen Sensoren aufgenommen
wurden, um aus der Differenz oder Korrelation von Referenzwerten und
Messwerten die Position der bedruckten Papierbahn zu bestimmen.
Ist die Korrelation zu gering kann eine Fehlermeldung erzeugt werden.
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Vorteilhaft
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch eine Regelung auf, mit welcher unter Verwendung der so ermittelten
Ist-Position der bedruckten Papierbahn in Laufrichtung die Schnittlage der
Papierbahn, z. B. durch das Ansteuern einer Registerwalze, geregelt
werden kann.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben, wobei die Erfindung beispielhaft anhand einer bevorzugten
Ausführungsform
einer Schnittlagemessung und -regelung beschrieben wird. Jedoch
kann die Erfindung auch zur Bestimmung oder Regelung der Position
einer bedruckten Papierbahn an anderen Stellen oder zu anderen Zwecken
in einer Druckmaschine eingesetzt werden.
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Durch
die Auswertung von bevorzugt digitalen Bilddaten aus dem Verlag
oder der Druckvorstufe und den Einsatz geeigneter optischer Sensoren
zur Beobachtung der bedruckten Papierbahn in der Druckmaschine können Schnittlagefehler
automatisch gemessen und durch Regelung korrigiert werden.
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Aus
den digitalen Bildinhalten aus dem Verlag oder aus der Druckvorstufe
können
mit einem geeigneten Verfahren Referenzwerte berechnet werden. Durch
möglichst
nahe am Schneidzylinder in der Druckmaschine angebrachte optoelektronische
Sensoren, welche das Druckbild auf der Papierbahn erfassen, werden
Messwerte geliefert, welche mit den Referenzwerten verglichen werden
können.
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Durch
Vergleich der Messwerte mit den Referenzwerten in einer Rechenvorrichtung
mittels geeigneter Verfahren, insbesondere geeigneter Korrelationsverfahren,
wird der Istwert der Position der bedruckten Papierbahn in Laufrichtung
bestimmt.
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Die
so ermittelte Position der Papierbahn in Laufrichtung kann anschliessend
einem Schnittlageregler als Istwert zugeführt werden. Der Schnittlageregler
kann dann durch Vergleich des Istwerts mit einem vorgegebenen Sollwert
die Schnittlage automatisch regeln. Der Stellwert des Schnittlagereglers kann
dabei für
die Ansteuerung von Hauptregister, Nebenregister, Bündelregister
oder einem virtuellen Register verwendet werden.
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Es
ist mit diesem Verfahren möglich,
ohne die Aufbringung eines zusätzlichen
Merkmals im Druckbild die Schnittposition jederzeit automatisch zu
messen und zu regeln. Es ist ein automatisches Anfahren einer Druckmaschine
ohne manuelle Eingriffe zur Korrektur der Schnittlage möglich. Auch
bei fliegendem Ausgabenwechsel kann die Schnittlage durchgehend
automatisch geregelt werden.
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Die
Bildung der Referenzwerte kann durch Berechnung aus den Bilddaten
der Druckvorstufe erfolgen. Die Referenzwerte können dabei unmittelbar aus
der Druckvorlage, aus den ungerasterten Bilddaten, aus den gerasterten
und farbseparierten Bilddaten, oder aus den Daten gescannter Druckplatten oder
Filme durch ein geeignetes Verfahren berechnet werden. Die Referenzwerte
können
abhängig
von den optischen Sensoren in der Druckmaschine mittels eines Rechners
so normiert und aufbereitet werden, dass ein einfacher Vergleich
oder eine direkte Korrelation der Referenzwerte mit den Messwerten möglich ist.
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Es
kann z. B. nur ein schmaler Streifen der bedruckten Papierbahn in
Laufrichtung der Bahn erfasst werden, indem z. B. als optischer
Sensor ein Kontrasttaster verwendet wird, welcher die reflektierte
Lichtintensität
auf dem schmalen Bildstreifen auf der Papierbahn misst und so eine
Kurve des Helligkeitsverlaufs entlang dieses Bildstreifens liefert.
Es kann vorteilhaft durch Optimierungsmethoden ein besonders geeigneter
Bildstreifen ausgewählt
werden, damit ein Helligkeitsprofil mit signifikantem Signalverlauf
gemessen wird. Die Referenzwerte und die Messwerte können in
diesem Fall zum Beispiel in eindimensionalen Arrays von Helligkeitswerten
abgelegt werden.
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Bei
der Verwendung eines optischen Sensorsystems mit CCD-Kamera können große Teile
des Druckbilds verglichen werden. Die entsprechenden Referenzwerte:
und Messwerte können
zum Beispiel in mehrdimensionalen Arrays gespeichert werden.
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Auf
der bedruckten Papierbahn wird mit einem geeigneten optoelektronischen
Sensorsystem das Druckbild aufgenommen. Dies kann zum Beispiel durch
Kontrasttaster, CCD-CMOS Kameras oder Linienkameras ausgeführt werden.
Die Aufnahme kann z. B. kontinuierlich erfolgen, wobei z. B. durch
Bildung eines Korrelationskoeffizienten die Lage der bedruckten
Papierbahn in Laufrichtung ermittelt werden kann.
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Alternativ
ist auch eine abschnittsweise Erfassung der bedruckten Papierbahn
mit Hilfe eines Synchronisationssignals möglich. Der Startpunkt der Bilderfassung
wird dabei z. B. synchron zur Rotation des Schneidzylinders in der
Druckmaschine bei jeder Umdrehung bei einer bestimmten Winkellage
des Schneidzylinders jeweils durch einen Startpuls ausgelöst, der
durch einen Positionsgeber geliefert werden kann.
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Bei
der Verwendung eines Kontrasttasters wird die reflektierte Lichtmenge
entlang eines schmalen Bildstreifens in Laufrichtung der Papierbahn
erfasst. Die so gewonnen Signale können durch eine Recheneinheit
digitalisiert werden und zweckmäßig in einem
eindimensionalen Array von Messwerten gespeichert werden. Es ist
vorteilhaft, dass mehrere Kontrasttaster quer zu Papierbahn verteilt
werden, damit ein besonders geeigneter Bildstreifen ausgewählt werden
kann. Es ist ebenso vorteilhaft, dass diese Kontrasttaster durch
eine manuelle oder automatische Positioniereinheit auf einen besonders
geeigneten Streifen des Druckbilds positioniert werden können, wobei
die Positioniereinheit so ausgebildet: sein kann, dass z. B. ein
Sensor dynamisch quer zur Druckbahn kontinuierlich zu einer ermittelten
möglichst
optimalen Position verschoben wird.
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Bei
der Verwendung von CCD-Kameras, CMOS-Kameras oder Linienkameras
wird das ganze Druckbild oder Teile davon zur Bestimmung der Lage der
bedruckten Papierbahn aufgenommen. Die dadurch gewonnenen Daten
können
zweckmäßig in einem
mehrdimensionalen Array von Messwerten gespeichert werden.
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Durch
Vergleich der Messwerte mit den Referenzwerten wird die Position
der bedruckten Papierbahn bestimmt. Es ist besonders zweckmässig, für den Vergleich
Korrelationsverfahren oder Fourieranalysen zu verwenden.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 den
Datenfluss bei der Berechnung der Lage einer bedruckten Papierbahn;
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2 Beispiele
für Referenzwerte
und Messwerte;
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3 Beispiele
für einen
einfachen Bilddateninhalt aus der Druckvorstufe und das entsprechende
Druckbild auf der Papierbahn;
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4 eine
beispielhafte Anordnung zur Bestimmung der Schnittlage einer bedruckten
Papierbahn in einer Druckmaschine; und
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5 verschiedene
Arten von Bilddaten in der Druckvorstufe.
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1 zeigt
den Datenfluss bei der Berechnung der Lage einer bedruckten Papierbahn
unter Verwendung digitaler Bilddaten der Druckvorstufe. Aus den
Bilddaten 1 der Vorstufe werden in einer Recheneinheit 2 Referenzwerte 3 berechnet.
Aus dem Messsignal 4 von einem Sensor oder von mehreren Sensoren,
die das Druckbild auf der Papierbahn erfassen, werden in einer weiteren
Einheit 5 die Messsignale 4 zu Messwerten 6 aufbereitet,
die mit den Referenzwerten 3 in einer Vergleicheinheit 7 verglichen
werden können.
Durch Vergleich der Messwerte 6 mit den Referenzwerten 3 wird
ein Signal 8 ermittelt, welches die Lage der bedruckten
Papierbahn angibt.
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2 zeigt
Beispiele für
Referenzwerte 11 und Messwerte 12 und zeigt beispielhaft,
wie die Lage 14 der bedruckten Papierbahn durch Vergleich der
Referenzwerte 11 und der Messwerte 12 bestimmt
werden kann. Die Referenzwerte 11 sind in einem Diagramm
dargestellt, bei welchem die horizontale Achse 10 den Weg
in vertikaler Richtung bei einem Bild aus der Druckvorstufe und
die vertikale Achse 9 die Helligkeit angibt. In diesem
Beispiel beschreiben die Referenzwerte 11 den Helligkeitsverlauf
auf einen schmalen vertikalen Streifen der Druckvorlage, z. B. einer
mehrfarbigen Zeitungsseite. Die Messwerte 12 beschreiben
in diesem Beispiel den Helligkeitsverlauf auf einem entsprechenden Streifen
der bedruckten Papierbahn in Laufrichtung der Papierbahn, dargestellt über der
Achse 13. Die Referenzwerte 11 und Messwerte 12 in
diesem Beispiel zeigen ähnliche
Helligkeitsverläufe.
Durch Vergleich der Helligkeitsverläufe von den Messwerten 12 und
den Referenzwerten 11 kann die Position 14 der bedruckten
Papierbahn absolut oder relativ zu einem Fixpunkt ermittelt werden.
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3 zeigt
Beispiele für
einen einfachen Bilddateninhalt 31 aus der Druckvorstufe
und das entsprechende Druckbild 33 auf der Papierbahn.
Es wird gezeigt, wie ein Bildstreifen 32 aus der Bildvorlage
der Druckvorstufe und ein entsprechender Streifen 34 aus
dem Druckbild 33 auf der Papierbahn ausgewählt werden
kann.
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4 zeigt
eine beispielhafte Anordnung zur Bestimmung der Schnittlage einer
bedruckten Papierbahn in einer Druckmaschine. Digitale Bilddaten 50 aus
der Druckvorstufe werden an eine Vorrichtung 49 zur Berechnung
der Position der bedruckten Papierbahn geliefert.
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Das
Druckbild auf der Papierbahn 44 wird durch einen optoelektronischen
Sensor 43 abgetastet, der möglichst nahe am Schnittzylinder 41 angeordnet
ist. Die Messsignale 46 des optischen Sensors 43 werden
mit der Position des Schneidzylinders 41 synchronisiert.
Dazu wird die Winkellage des Schneidzylinders mit einem Winkellagegeber 42 erfasst
und anschliessend werden die Winkellagesignale 45 zur Synchronisation
der Messsignale 46 des optischen Sensors 43 in
einer Synchronisationsvorrichtung 47 verwendet. Die synchronisierten
Messsignale 48 des optischen Sensors 43 haben
so einen festen Bezug zur Winkellage des Schneidzylinders 41 und
somit zu seiner Schneidposition. Das synchronisierte Messsignal 48 des
optischen Sensors 43 wird an die Vorrichtung 49 zur
Berechnung der Position der bedruckten Papierbahn geliefert, wobei
ein entsprechendes Positionssignal 51 ausgegeben wird.
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5 zeigt
verschiedene Arten von Bilddaten in der Druckvorstufe. Die Bilddaten
B eines Seiteninhalts, z. B. einer mehrfarbigen Zeitungsseite, liegen
z. B. im Postscript-Format oder im PDF-Format vor. Aus den Bilddaten
B eines Seiteninhalts werden durch Raster Image Processing (RIP)
die Bildinhalte für
die entsprechenden Druckplatten für die Prozessfarben Cyan C,
Magenta M, Gelb Y und Schwarz BK berechnet. Die gerasterten und
farbseparierten Bilddaten der Druckplatten werden z. B. im TIFF
G4-Format dargestellt.