EP0741031A2 - Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine Download PDF

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EP0741031A2
EP0741031A2 EP96105192A EP96105192A EP0741031A2 EP 0741031 A2 EP0741031 A2 EP 0741031A2 EP 96105192 A EP96105192 A EP 96105192A EP 96105192 A EP96105192 A EP 96105192A EP 0741031 A2 EP0741031 A2 EP 0741031A2
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EP
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printing
dynamic properties
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camera
adjustments
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EP0741031B1 (de
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Bernd Kistler
Wolfgang Geissler
Werner Dr. Huber
Harald Bucher
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Heidelberger Druckmaschinen AG
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Heidelberger Druckmaschinen AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F33/00—Indicating, counting, warning, control or safety devices
    • B41F33/0036—Devices for scanning or checking the printed matter for quality control
    • B41F33/0045—Devices for scanning or checking the printed matter for quality control for automatically regulating the ink supply

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the dynamic properties of controlled systems in color zones of inking units of a printing press forming control loops.
  • the dynamic properties of the controller must be adapted to the route.
  • Optimal control results mean a minimal settling time for setpoint changes and the fastest possible correction of faults.
  • the controlled system consists of the ink zone of a printing unit of the printing press.
  • the controlled variable is determined by measurement and compared with a reference variable.
  • the controlled variable represents an actual value and the reference variable represents a desired value.
  • the control deviation determined from the comparison of the actual value and the desired value is fed as a manipulated variable to a controlled system via a controller and an actuator.
  • the control loop has a measuring device which detects the actual value and feeds it to a comparison element in order to determine the control deviation in comparison with the setpoint value.
  • the controller actuates an actuator that acts on the controlled system.
  • the controlled system is formed by the ink zone of the inking unit, that is to say the thickness of the gap in the ink zone is set by means of a suitable actuator, so that a corresponding ink layer thickness is obtained on the printed copy.
  • the controlled system is adapted by means of a suitable model and the optimal controller and the corresponding parameters are defined for this.
  • the controllers can have different time behavior. For example, P controllers, PI controllers, PD controllers, PID controllers or I controllers can be used.
  • P controllers, PI controllers, PD controllers, PID controllers or I controllers can be used.
  • step response or transition function In the case of controlled systems with relatively constant behavior, this can be identified according to the above procedure, which is preferably carried out once when the system is installed.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for determining the dynamic properties of ink zones of inking units of a printing press, in which there is little or no waste and overlapping problems are overcome.
  • the respective controlled system represents an influence on the ink layer thickness of the printed copy.
  • the measured ink layer thickness is linked to the sensitivity matrix as a representative measured value, the result is independent of the result from possible considerations to the transfer functions of individual printing units.
  • the respective measured value for example a voltage value, is measured using a camera that optically monitors the subject. This voltage value is functionally related to the controlled system variables.
  • the functional relationship is formed by the sensitivity matrix M mentioned. Since the sensitivity matrix is known from the color control of the printing press, it is used according to the invention to determine the dynamic properties of individual controlled systems.
  • the measured values determined during the optical measurement are quasi unbundled from possible superimpositions of several adjustments, i.e., simultaneous or approximately simultaneous changes in the zone openings in several inking units and / or a simultaneous or immediately successive change in the zone opening of an inking unit can be broken down, so that the dynamic properties for each ink zone of each inking unit can be clearly determined.
  • the associated controller can then be optimally selected / set with regard to its control parameters.
  • the determination of the dynamic properties of the subject matter of the invention is carried out during the print job, that is, not in an upstream process, and naturally occurring changes in the manipulated variables are used, that is to say, no deliberately brought about in order to obtain the jump responses.
  • the respective step response is determined by optically measuring the reflectance of the associated printing ink on the printed copy.
  • the above-mentioned camera is used, which is preferably provided with four filters (X, Y, Z and IR), so that the colors red, green, blue and infrared information can be scanned by means of these four channels.
  • the camera thus allows measured values to be obtained in relation to a specific color of an inking unit, a specific color zone of this inking unit being addressed depending on the location of the determination on the subject.
  • Dead time is to be understood as the time that elapses between a change in the manipulated variable and the reaction to it in the form of a changing ink layer thickness on the subject.
  • the response time (dead time) is therefore determined by the unwinding length of the inking unit, which means that the inking unit geometry plays a decisive role.
  • the maximum gradient of the transition function that occurs i.e. the greatest change in the assumption of the new state of the ink layer thickness, is a measure of the total response time, that is to say the time that passes until a new stable state is reached.
  • the identification of the controlled system can be determined by means of these two values on the basis of reduced system parameters, one also Estimation of the dead time and the maximum gradient of the transition function can be carried out.
  • the optical measurement is carried out, as already mentioned, in a camera system which determines a measured value for each of the printing inks used for the separate detection.
  • this can be a voltage value that is functionally related to the color layer thickness.
  • FIG. 1 shows a print copy 1 located in a printing machine, not shown, which is optically scanned by means of a camera 2.
  • the camera has four filters, not shown, to determine the colors red, green, blue and infrared information.
  • the camera 2 detects the reflectances of the various printing inks and preferably uses them to form voltage values which are applied as measured values to the known sensitivity matrix M used in color control. In this way, the dynamic properties of the individual ink zones of the inking units can be determined, the dynamic properties being monitored during the ongoing printing process and as a basis for renewed printing Adaptation of the controller can be used by changing the parameters accordingly.
  • step 4 the measured values are determined by means of the camera 2.
  • step 5 the sensitivity matrix M is applied to the measured values, so that, as step 6-, information about the routes is available which allows the dynamic properties to be individually separated to recognize any considerations.
  • FIG. 3 uses a diagram to explain a change in a manipulated variable S at time t1.
  • This change in the manipulated variable leads to a readjustment with regard to the ink layer thickness of the subject, with a dead time T initially beginning from time t1 to time t2, during which no reaction has yet taken place.
  • the system reacts to the change in the manipulated variable, for example with an exponential increase in the thickness of the ink layer, until - at time t3 - a new steady state is reached.
  • the maximum gradient of this transition function which is determined by the angle, can be used together with the dead time T in order to identify the controlled system.
  • the transfer function from adjustments of several printing units or adjustments of a printing unit can thus be assigned to the individual printing units by using the sensitivity matrix M used in the regulation. Furthermore, the identification of the controlled system is determined by the dead time and the maximum gradient of the transition function, it also being possible to estimate the dead time and the gradient.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Regelstrecken in Regelkreisen bildenden Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine. Es ist vorgesehen, daß die während des Druckens zur Erledigung eines Druckauftrags auftretenden Sprungantworten aufgrund von Stellgrößenänderungen -auch wenn sich Verstellungen und damit Sprungantworten in verschiedenen Druckwerken überlagern und/oder hinreichend kurz nacheinander durchgeführte und damit überlagerte Verstellungen und somit überlagerte Sprungantworten eines Druckwerks vorliegen- mit einer bekannten Sensitivitätsmatrix (M) beaufschlagt werden, um die Überlagerungen zur Erkennung des individuellen dynamischen Verhaltens jedes beziehungsweise des Farbwerks zu entflechten. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Regelstrecken in Regelkreisen bildenden Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine.
  • Um optimale Regelungsergebnisse bei der Farbregelung von Druckmaschinen zu erzielen, ist es erforderlich, daß der Regler in seinen dynamischen Eigenschaften der Strecke angepaßt wird. Unter optimalen Regelungsergebnissen ist eine minimale Einschwingzeit bei Sollwertänderungen und schnellstmögliche Ausregelung von Störungen zu verstehen. Im erwähnten Regelungssystem besteht die Regelstrecke aus der Farbzone eines Druckwerks der Druckmaschine. Die Regelgröße wird durch Messung bestimmt und mit einer Führungsgröße verglichen. Die Regelgröße stellt einen Istwert und die Führungsgröße einen Sollwert dar. Die aus dem Vergleich von Istwert und Sollwert ermittelte Regelabweichung wird über einen Regler und ein Stellglied als Stellgröße einer Regelstrecke zugeführt. Der Regelkreis weist eine Meßeinrichtung auf, die den Istwert erfaßt und einem Vergleichsglied zuführt, um -im Vergleich mit dem Sollwert-die Regelabweichung zu bestimmen. Entsprechend der ermittelten Regelabweichung wird vom Regler ein Stellglied betätigt, das auf die Regelstrecke wirkt. Im vorliegenden Falle wird die Regelstrecke von der Farbzone des Farbwerks gebildet, das heißt, die Dicke des Spaltes der Farbzone wird mittels eines geeigneten Stellantriebs eingestellt, so daß sich auf dem Druckexemplar eine entsprechende Farbschichtdicke einstellt.
  • Für die notwendige Anpassung des Reglers an die dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke ist es erforderlich, die Regelparameter einzustellen. Zur Bestimmung der Regelparameter wird die Regelstrecke durch ein geeignetes Modell angepaßt und für dieses der optimale Regler und die entsprechenden Parameter festgelegt. Die Regler können unterschiedliches Zeitverhalten aufweisen. So sind beispielsweise P-Regler, PI-Regler, PD-Regler, PID-Regler oder I-Regler verwendbar. Zur Identifizierung der Regelstrecke wird die Reaktion auf eine sprunghafte Veränderung der Stellgröße analysiert. Es liegt dann eine sogenannte Sprungantwort beziehungsweise Übergangsfunktion vor. Bei Regelstrecken mit relativ konstantem Verhalten kann diese gemäß dem vorstehenden Vorgehen identifiziert werden, was vorzugsweise einmalig bei der Installation des Systems durchgeführt wird. Hinsichtlich der hier betrachteten Regelstrecken, nämlich der erwähnten, in der Zonenöffnung veränderbaren Druckwerk-Zonen, liegt ein derartiges konstantes Verhalten jedoch nicht vor, da sich die dynamischen Eigenschaften von Druckauftrag zu Druckauftrag, ja sogar innerhalb eines Druckauftrags verändern können. Das Festlegen der Regelparameter vorab bei der Installation ist daher unbefriedigend. Bei jedem Druckauftrag muß die Strecke neu "eingelernt" werden. Vor Beginn des eigentlichen Druckauftrags ist daher die für eine Regleranpassung notwendige Übergangsfunktion zu bestimmen, was jedoch sehr große Mengen Makulatur mit sich bringt. Im übrigen können in einem solchen Falle die dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke nur zum Zeitpunkt der Bestimmung ermittelt werden; Änderungen, die sich während des Druckauftrags einstellen, bleiben unberücksichtigt. Würde man auf die "natürlichen" Stellgrößenänderungen während des Druckauftrags zurückgreifen, so ergeben sich folgende Probleme: Mehrere gleichzeitige oder etwa gleichzeitige Verstellungen in verschiedenen Druckwerken führen zu Überlagerungen und/oder zwei oder mehrere kurz nacheinander durchgeführte Verstellungen an einem Druckwerk bringen ebenfalls Überlagerungen mit sich. Im Ergebnis sind diese Überlagerungen nicht mehr voneinander zu trennen, so daß eine Identifizierung der dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke unmöglich ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine anzugeben, bei dem keine oder kaum Makulatur anfällt und Überlagerungsprobleme überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die während des Druckens zur Erledigung eines Druckauftrags auftretenden Sprungantworten aufgrund von Stellgrößenänderungen -auch wenn sich Verstellungen und damit Sprungantworten in verschiedenen Druckwerken der Druckmaschine überlagern und/oder hinreichend kurz nacheinander durchgeführte und damit überlagerte Verstellungen und somit überlagerte Sprungantworten eines Druckwerks vorliegen- mit einer bekannten Sensitivitätsmatrix beaufschlagt werden, um die Überlagerungen zur Erkennung des individuellen dynamischen Verhaltens jedes beziehungweise des Farbwerks zu entflechten. Mithin wird die aus der Farbregelung dem Fachmann im jeweiligen Falle bekannte Sensitivitätsmatrix verwendet, um aus den gemessenen Informationen, nämlich aus den natürlichen Sprungantworten, auf das dynamische Verhalten der Regelstrecke zu schließen. Die Sensitivitätsmatrix stellt einen Zusammenhang zwischen den Meßwerten und den Regelstrecken (Stellgrößen) dar.
  • Die jeweilige Regelstrecke repräsentiert hinsichtlich ihrer verstellbaren Zonenöffnung eine Einflußnahme auf die Farbschichtdicke des Druckexemplars. Wird die gemessene Farbschichtdicke als repräsentierender Meßwert mit der Sensitivit ätsmatrix verknüpft, so gelangt man -unabhängig von möglichen Überlegungen- zu den Übertragungsfunktionen einzelner Druckwerke. Der jeweilige Meßwert, beispielsweise ein Spannungswert, wird mittels einer Kamera gemessen, die das Sujet optisch überwacht. Dieser Spannungswert steht in funktionalem Zusammenhang mit den Regelstreckengrößen. Der funktionelle Zusammenhang wird durch die erwähnte Sensitivitätsmatrix M gebildet. Da die Sensitivitätsmatrix aus der Farbregelung der Druckmaschine bekannt ist, wird sie -gemäß der Erfindung- verwendet, um die dynamischen Eigenschaften einzelner Regelstrecken zu bestimmen. Dabei werden die bei der optischen Messung ermittelten Meßwerte quasi von möglichen Überlagerungen mehrerer Verstellungen entflochten, das heißt, auch gleichzeitige oder etwa gleichzeitige Veränderungen der Zonenöffnungen in mehreren Farbwerken und/oder eine gleichzeitige oder unmittelbar nacheinander erfolgende Veränderung der Zonenöffnung eines Farbwerks lassen sich aufschlüsseln, so daß die dynamischen Eigenschaften für jede Farbzone jedes Farbwerks eindeutig ermittelbar sind. Der zugehörige Regler kann dann hinsichtlich seiner Regelparameter optimal gewählt/eingestellt werden.
  • Im Gegensatz zum bekannten Verfahren wird die Ermittlung der dynamischen Eigenschaften beim Gegenstand der Erfindung während des Druckauftrags durchgeführt, also nicht in einem vorgelagerten Prozeß, und es werden natürlich auftretende Stellgrößenänderungen zugrundegelegt, also keine bewußt herbeigeführten, um die Sprungantworten zu erhalten. Dies führt dazu, daß keine Makulatur anfällt und daß die dynamischen Eigenschaften während der gesamten Bearbeitungszeit eines Druckauftrags wiederholt bestimmt werden können, so daß auf sich möglicherweise einstellende Änderungen dieser Eigenschaften -wenn gewünscht- reagiert werden kann.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die jeweilige Sprungantwort durch die optische Messung der Remission der zugehörigen Druckfarbe auf dem Druckexemplar ermittelt wird. Hierzu wird die bereits vorstehend erwähnte Kamera eingesetzt, die vorzugsweise mit vier Filtern (X, Y, Z und IR) versehen ist, so daß mittels dieser vier Kanäle die Farben rot, grün, blau und eine Infrarot-Information abgetastet werden können. Die Kamera gestattet somit Meßwerte in bezug auf eine bestimmte Farbe eines Farbwerks zu erhalten, wobei -in Abhängigkeit von dem Ort der Ermittlung auf dem Sujet- eine bestimmte Farbzone dieses Farbwerks angesprochen ist.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn von der Sprungantwort nur die zwischen Beginn der Stellgrößenänderung und Beginn der Farbschichtdicken-Änderung liegende Totzeit sowie der maximal auftretende Gradient der Übergangsfunktion verwendet wird. Dieses Vorgehen erfordert somit nicht die komplette Aufnahme der Sprungantwort mittels der Messung. Damit ist ein schneller Eingriff möglich oder, wenn die Sprungantwort aus bestimmten Gründen nicht komplett vorliegt, ist es für die Bestimmung der dynamischen Eigenschaften ausreichend, die Totzeit zu ermitteln und den maximalen Gradienten der Übergangsfunktion zu bestimmen. Unter Totzeit ist die Zeit zu verstehen, die zwischen einer Stellgrößenänderung und der Reaktion darauf in Form einer sich verändernden Farbschichtdicke auf dem Sujet vergeht. Die Reaktionszeit (Totzeit) ist also von der Abwicklungslänge des Farbwerks bestimmt, das heißt, die Farbwerksgeometrie spielt eine entscheidende Rolle. Der maximal auftretende Gradient der Übergangsfunktion, also die stärkste Änderung bei der Annahme des neuen Zustandes der Farbschichtdicke, ist ein Maß für die gesamte Einstellzeit, also die Zeit, die bis zum Erreichen eines neuen stabilen Zustands vergeht. Die Identifikation der Regelstrecke läßt sich mittels dieser beiden Werte aufgrund reduzierter Streckenparameter bestimmen, wobei auch eine Schätzung der Totzeit und des maximalen Gradienten der Übergangsfunktion durchgeführt werden kann.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die optische Messung alt einem Kamerasystem -wie bereits erwähnt- durchgeführt wird, das zur separierenden Erkennung zu jeder der verwendeten Druckfarben einen Meßwert ermittelt. Hierbei kann es sich -wie eben falls bereits erwähnt- um einen Spannungswert handeln, der funktionell mit der Farbschichtdicke in Zusammenhang steht.
  • Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens,
    Fig. 2
    ein Flußdiagramm des Verfahrens und
    Fig. 3
    ein Diagramm, das aufgrund einer Stellgrößenänderung die zugehörige Sprungantwort wiedergibt.
  • Die Figur 1 zeigt ein sich in einer nicht dargestellten Druckmaschine befindliches Druckexemplar 1, das optisch mittels einer Kamera 2 abgetastet wird. Die Kamera weist vier nicht dargestellte Filter auf, um die Farben rot, grün, blau und eine Infrarot-Information zu ermitteln.
  • Die Kamera 2 erfaßt die Remissionen der verschiedenen Druckfarben und bildet hieraus vorzugsweise Spannungswerte, die als Meßwerte mit der bekannten, bei der Farbregelung verwendeten Sensitivitätsmatrix M beaufschlagt werden. Hierdurch lassen sich die dynamischen Eigenschaften der einzelnen Farbzonen der Farbwerke ermitteln, wobei die dynamischen Eigenschaften während des laufenden Druckprozesses überwacht und als Grundlage zur erneuten Anpassung der Regler durch entsprechende Veränderungen der Parameter verwendet werden können.
  • Anhand der Figur 2 sind die durchzuführenden Verfahrensschritte erläutert. Im Schritt 4 erfolgt die Ermittlung der Meßwerte mittels der Kamera 2. Im Schritt 5 werden die Meßwerte mit der Sensitivitätsmatrix M beaufschlagt, so daß -als Schritt 6- Informationen über die Strecken zur Verfügung stehen, die es erlauben, die dynamischen Eigenschaften individuell unter Entflechtung etwaiger Überlegungen zu erkennen.
  • Die Figur 3 erläutert anhand eines Diagramms eine Änderung einer Stellgröße S zum Zeitpunkt t1. Diese Stellgrößenänderung führt hinsichtlich der Farbschichtdicke des Sujets zu einer Neueinstellung, wobei zunächst -beginnend ab dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Zeitpunkt t2- eine Totzeit T vorliegt, während der noch keine Reaktion erfolgt. Im Zeitpunkt t1 reagiert das System auf die Stellgrößenänderung beispielsweise mit einem exponentiellen Anstieg der Farbschichtdicke, bis -zum Zeitpunkt t3- ein neuer stationärer Zustand erreicht ist. Der maximale Gradient dieser Übergangsfunktion, der durch den Winkel bestimmt ist, kann -zusammen mit der Totzeit T- herangezogen werden, um eine Identifikation der Regelstrecke durchzuführen.
  • Mittels der Erfindung läßt sich somit die Übertragungsfunktion aus Verstellungen mehrerer Druckwerke oder Verstellungen eines Druckwerks durch Anwendung der bei der Regelung verwendeten Sensitivitätsmatrix M auf die einzelnen Druckwerke zuweisen. Ferner wird die Identifikation der Regelstrecke durch die Totzeit und den maximalen Gradienten der Übergangsfunktion bestimmt, wobei auch eine Schätzung der Totzeit und des Gradienten erfolgen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckexemplar
    2
    Kamera
    3, 4, 5, 6
    Schritte
    M
    Sensivitätsmatrix
    S
    Stellgröße
    Ü
    Übergangsfunktion
    T
    Totzeit
    t1, t2, t3
    Zeipunkte

Claims (4)

  1. Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Regelstrecken in Regelkreisen bildenden Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die während des Druckens zur Erledigung eines Druckauftrags auftretenden Sprungantworten aufgrund von Stellgrößenänderungen -auch wenn sich Verstellungen und damit Sprungantworten in verschiedenen Druckwerken überlagern und/oder hinreichend kurz nacheinander durchgeführte und damit überlagerte Verstellungen und somit überlagerte Sprungantworten eines Druckwerks vorliegen- mit einer bekannten Sensitivitätsmatrix (M) beaufschlagt werden, um die Überlagerungen zur Erkennung des individuellen dynamischen Verhaltens jedes beziehungsweise des Farbwerks zu entflechten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die jeweilige Sprungantwort durch optische Messung der Remission der zugehörigen Druckfarbe auf dem Druckexemplar ermittelt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß von der Sprungantwort nur die zwischen Beginn der Stellgrößenänderung und Beginn der Farbschichtdickenänderung liegende Totzeit (T) sowie der maximal auftretende Gradient der Übergangsfunktion (Ü) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die optische Messung mit einem Kamerasystem (Kamera 2) durchgeführt wird, das zur separierenden Erkennung von jeder der verwendeten Druckfarben einen Meßwert ermittelt.
EP96105192A 1995-05-04 1996-04-01 Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine Expired - Lifetime EP0741031B1 (de)

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DE19516334A DE19516334A1 (de) 1995-05-04 1995-05-04 Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine
DE19516334 1995-05-04

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EP0741031A3 EP0741031A3 (de) 1997-09-03
EP0741031B1 EP0741031B1 (de) 2000-06-28

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EP96105192A Expired - Lifetime EP0741031B1 (de) 1995-05-04 1996-04-01 Verfahren zur Bestimmung der dynamischen Eigenschaften von Farbzonen von Farbwerken einer Druckmaschine

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