EP3160748B1

EP3160748B1 - Vorrichtung und verfahren zur überwachung der änderungen der nummerierradposition

Info

Publication number: EP3160748B1
Application number: EP14736705.6A
Authority: EP
Inventors: Klaus Specker; Dietmar Waizenegger; Christina LEIBINGER
Original assignee: Paul Leibinger GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Leibinger GmbH and Co KG
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2020-05-06
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: WO2016000741A1; EP3160748A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Nummeriervorrichtung, bei der Änderungen der Nummerierradposition überwacht werden und ein Verfahren zur Überwachung der Positionsänderung von Nummerierrädern.
Nummeriervorrichtungen werden seit langem insbesondere dazu verwendet, individuelle alphanumerische Zeichenkombinationen auf Unterlagen aufzudrucken, beispielsweise die Seriennummern von Geldscheinen, Wertpapieren oder Schecks. Dazu werden heutzutage in der Mehrzahl der Fälle Bogen- oder Rollendruckpressen verwendet, die mit einer Vielzahl solcher Nummeriervorrichtungen ausgestattet sind, so dass in einem ersten Schritt eine Vielzahl von Zeichenkombinationen auf die Unterlage aufgedruckt werden und dann in einem zweiten Schritt die einzelnen Objekte mit der entsprechenden Seriennummern -in der Regel vollautomatisiert- voneinander getrennt, gestapelt und gepackt werden. Ein Beispiel für derartige Nummerierverfahren ist beispielsweise der EP 1 389 524 A1 zu entnehmen.
Diese gängige Vorgehensweise hat mehrere Auswirkungen auf die Anforderungen, die an eine Nummeriervorrichtung gestellt werden. Einerseits soll diese einen kleinen Bauraum aufweisen, damit auch bei kleinen zu nummerierenden Objekten eine möglichst hohe Parallelisierung des Druckprozesses möglich ist. Andererseits muss die Nummeriervorrichtung schnell einstellbar sein, wobei sie insbesondere erlauben muss, dass mit zwei direkt nacheinander erfolgenden Druckprozessen gegebenenfalls zwei voneinander sehr verschiedene Seriennummern gedruckt werden können, die auch nicht zwingend immer denselben Abstand voneinander aufweisen. Dies hat zu einem Trend geführt, die Nummerierräder der Nummeriervorrichtungen nicht mehr rein mechanisch, sondern elektromechanisch, durch Verwendung von Motoren, anzutreiben, was allerdings zu einer weiteren Verknappung des Bauraums führt. Beispiele für derartige Nummeriervorrichtungen findet man beispielsweise in der WO 2007/148288 A2 ( EP 2 032 364 A0 ), der DE 10 2011 008 859 B1 und der EP 2 657 022 A1 .
Schließlich muss aber auch sichergestellt sein, dass tatsächlich alle Nummeriervorrichtungen beim Druck die richtige Seriennummer tragen, da eine einzige falsche Seriennummer zu einer aufwändigen Nachbearbeitung führt. Problematisch ist dabei insbesondere auch die Detektion eines solchen Fehlers, die noch weiter dadurch erschwert ist, dass die Seriennummern auf einem bedruckten Bogen derart einerseits an die Nachbearbeitung und Trennung der Druckobjekte voneinander und/oder andererseits an das Erfordernis einer möglichst schnellen Einstellung der Zeichenkombinationen angepasst sind, dass oft durch eine Sichtkontrolle während der Fertigung nicht mehr möglich ist, festzustellen, ob die aufgedruckten Seriennummern die richtigen sind oder ob ein Bogen möglicherweise einen Fehler aufweist. Bis dieser auffällt sind somit unter Umständen eine Reihe von Bögen fehlerhaft bedruckt worden, was den Aufwand der Korrektur des Fehlers weiter erhöht. Zudem kann die Richtigkeit der Seriennummer auch ein Sicherheitsmerkmal darstellen, so dass Fehler nicht akzeptabel sind.
Angesichts dieser Probleme überrascht es nicht, dass seit vielen Jahren an Nummerierwerken mit einer Möglichkeit zur Überwachung und Kontrolle der Position der Nummerierräder gearbeitet wird. Dabei ist bereits früh der Gedanke aufgekommen, eine magnetische Codierung der Nummerierradposition zu verwenden, die von Magnetfeldsensoren ausgewertet wird. Grundsätzlich ist denkbar, auf diese Weise eine absolute Positionsüberwachung zu realisieren, wie sie beispielsweise der US 5 517 911 zu entnehmen ist.
In der Praxis entstehen dabei aber eine Reihe von Problemen: Erstens steigert das Vorsehen einer solchen Vielzahl von Sensoren den benötigten Bauraum. Dieses Problem hat nicht zuletzt auch damit zu tun, dass die Sensoren in einem gewissen Mindestabstand voneinander angeordnet sein müssen, um eine zuverlässige absolute Positionskontrolle gewährleisten zu können. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems, der in der GB 2 243 580 A beschrieben ist, bestand darin, die einzelnen Positionen des Nummerierrads unterschiedlich magnetisch zu codieren und dadurch die benötigte Zahl von Sensoren pro Nummerierrad zu reduzieren.
Auch diese Lösung stellt sich in der Praxis jedoch als unbefriedigend dar, was letztlich auf das zweite Problem zurückzuführen ist.
Zweitens zeigt sich nämlich in der Praxis, dass gerade dann, wenn bei einer sehr kompakten Nummeriervorrichtung mehrere Nummerierräder auf diese Art und Weise überwacht werden sollen, der Einfluss der Position benachbarter Nummerierräder und deren magnetischer Codierung eine exakte und zuverlässige Positionsbestimmung problematisch werden lässt.
Aus diesem Grund gibt man sich bislang bei kleinen und kompakten Nummerierwerken damit zufrieden, lediglich eine Positionsänderung zu detektieren, indem die einzelnen Radpositionen in identischer Form magnetisch markiert werden um bei der Radbewegung das Vorbeifahren eines Magneten an einem Sensor zu detektieren. Man verzichtet also auf eine Positionsinformation und prüft lediglich noch, ob eine Bewegung erfolgt.
Aus der GB 1 554 152 ist eine Nummeriervorrichtung bekannt, die ein von einem Motor angetriebenes Nummerierrad und einen optischen Sensor zum Nachweis der Position des Nummerierrads umfasst. Der optische Sensor umfasst seinerseits einen FotoDetektor, der mit einer Encoderscheibe zusammenarbeitet, in der durch Löcher oder feste Abschnitte die Position der Zahlen auf dem Nummerierrad codiert ist. Der Sensor stellt ein binäres Signal bereit, das die Zahl, die in Druckposition ist, wenn das Druckrad in dieser Position ist, repräsentiert. Das Signal wird dann mit einem Signal, das die Soll-Position des Nummerierrads repräsentiert verglichen und der Motor wird betätigt, bis das Sensorsignal und das Positionssignal miteinander übereinstimmen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, eine verbesserte Nummeriervorrichtung mit einer verbesserten Positionsüberwachung und ein Verfahren zur verbesserten Positionsüberwachung der Nummerierräder einer Nummeriervorrichtung anzugeben, die insbesondere auch bei kleinen und kompakt aufgebauten Nummerierwerken zuverlässig Positionsinformationen liefern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nummeriervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Positionsüberwachung einer Nummeriervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Nummeriervorrichtung weist, wie für Nummeriervorrichtungen üblich, nebeneinander auf einer Achse angeordnete Nummerierräder auf, die, wenn sie auf eine Druckposition gestellt sind, zum Druck von Symbolen z.B. alphanumerischen Symbolen oder sonstigen Zeichen verwendbar sind. Die Druckpositionen sind dabei die Positionen, an denen das Aufdrücken der Nummeriervorrichtung auf dem zu bedruckenden Substrat ein auf dem Nummerierrad angeordnetes Symbol oder eine Blanko-Stelle zum ordnungsgemäßen, mit den benachbarten Nummerierrädern ausgerichteten Aufdruck des entsprechenden Symbols führt.
Ferner ist bei einer erfindungsgemäßen Nummeriervorrichtung mindestens eines der Nummerierräder der Nummeriervorrichtung mit einem Motor angetrieben, wobei von Motoren angetriebene Nummerierräder mindestens eine magnetische, optische oder induktive Markierung aufweisen und wobei die Nummeriervorrichtung mindestens einen Sensor zur Detektion von magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden alle Nummerierräder so ausgestaltet.
Erfindungswesentlich ist, dass mindestens ein Motor einen Encoder zur Überwachung der Motorbewegung aufweist und dass die Nummeriervorrichtung eine Überwachungselektronik aufweist, die mit dem mindestens einen Sensor und dem Encoder des mindestens einen Motors in Signalkommunikation steht, wobei die Überwachungselektronik einen Speicher aufweist, in dem mindestens eine Encoderposition, an der bei ordnungsgemäßem Betrieb eine magnetische, optische oder induktive Markierung eines Nummerierrads vom Sensor nachgewiesen werden müsste, hinterlegt sind und wobei die Überwachungselektronik ferner so eingerichtet ist, dass sie überprüft, ob beim Erreichen oder Überschreiten einer im Speicher für ein Nummerierrad hinterlegten Encoderposition die magnetische, optische oder induktive Markierung des entsprechenden Nummerierrads durch den Sensor nachgewiesen wurde. Diese Überprüfung ist beispielsweise durch einen Prozessor der Überwachungselektronik möglich, insbesondere wenn er ein entsprechendes Programm ausführt.
"In Signalkommunikation stehen" bedeutet dabei im Sinne dieser Beschreibung, dass zumindest Signale des Encoders bzw. des Sensors von der Überwachungselektronik ausgelesen werden können, wobei auch eine zwischengeschaltete Nachbearbeitung der Signale, z.B. durch eine Flankendetektorschaltung, möglich ist.
Durch diese Maßnahme gewinnt man die Möglichkeit, zumindest für Positionsänderungen, bei denen eine Markierung am Sensor vorbeifahren müsste, was wegen der Hinterlegung der Encoderpositionen, an denen eine gegebene Markierung angeordnet ist, im Speicher möglich ist, direkt zu überprüfen, ob ein an den Motor gegebener Steuerbefehl auch tatsächlich ausgeführt wurde.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Encoder oder die Überwachungselektronik oder eine Signalstrecke zwischen Encoder und Übewachungselektronik einen Inkrementalgeber mit Zähler aufweist, da dies die Identifikation der Positionen vereinfacht.
Als Magnetfeldsensor lassen sich alle gängigen Sensoren, insbesondere Hall-Sensoren verwenden. Die magnetische Markierung kann sehr einfach ausgeführt sein und beispielsweise durch einen oder mehrere kleine Stabmagnete, die radial mit einer vorgegebenen Orientierung der Pole in das Nummerierrad eingelassen werden realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn magnetische, optische oder induktive Markierungen von von Motoren angetriebenen Nummerierrädern jeweils zwischen zwei benachbarten Druckpositionen angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird erreicht, dass während der Bewegung zwischen diesen beiden Druckpositionen die magnetische, optische oder induktive Markierung den Sensor komplett passieren muss. Dies macht eine Auswertung des Sensorsignals unter Verwendung der Korrelation zum Encodersignal einfacher und präziser, da der schwierige Nachweis eines Maximums entfällt und stattdessen auf die Erkennung einer ansteigenden und einer fallenden Signalflanke abgestellt werden kann, die dann auch eine präzise Information über die Encoderwerte, z.B. die Schritte bei einem Encoder mit Inkrementalgeber und Schrittzähler, bei denen die magnetische, optische oder induktive Markierung den Sensor passiert, erlaubt. Es kann dann sogar ermöglicht werden, eine nachgewiesene Abweichung dieser Daten -die beispielsweise dann vorliegen kann, wenn ein zum Antrieb verwendeter Motor Schritte verliert- von den im Speicher hinterlegten Sollwerten zu verwenden, um einerseits die Sollwerte und andererseits künftige Fahrbefehle an den Motor zu korrigieren.
Wenn an allen Druckpositionen und/oder zwischen allen Druckpositionen von von Motoren angetriebenen Nummerierrädern mindestens eine magnetische, optische oder induktive Markierung angeordnet ist erzielt man den vorteilhaften Effekt, dass jede Bewegung des Nummerierrads zwischen Druckpositionen ein magnetisches Signal mit sich bringen muss, so dass durch die im Speicher hinterlegten Korrelationsdaten bei jedem einzelnen Bewegungsbefehl für ein Nummerierrad sofort verifiziert werden kann, ob auch eine Bewegung erfolgt ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Nummerierrad zwölf Druckpositionen aufweist und/oder wenn eine der Druckpositionen des Nummerierrads eine Blanko-Druckposition ist, also eine Druckposition, bei der ein Druckvorgang mit der eingestellten Nummer an der dem auf die Blanko-Druckposition gefahrenen Nummerierrad zugeordneten Stelle der Nummer keinen Aufdruck hinterlässt.
Besonders bevorzugt ist es weiter, wenn alle magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen bis auf eine magnetische, optische oder induktive Markierung identisch sind. Wie bereits erwähnt, kann durch die Korrelation zwischen Encoderdaten und Sensordaten, die durch die Erfindung erreicht wird, die Identifikation der jeweils eingestellten Druckposition, also des gerade auf dem Nummerierrad zum Druck eingestellten Symbols, erreicht werden, so dass eine weitergehende Codierung der Druckposition durch individualisierende oder zumindest gruppierende magnetische, optische oder induktive Codierung überflüssig wird, was das System zuverlässiger und robuster macht. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass eine Druckposition eindeutig bestimmt werden kann. Aus diesem Grund wird zweckmäßigerweise eine von allen anderen magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen abweichende magnetische, optische oder induktive Markierung vorgesehen, die im Fall von magnetischen Markierungen beispielsweise in einem entgegengesetzt gepolten Magneten, mehreren Magneten, einem stärkeren Magneten oder der Abwesenheit eines Magneten bestehen kann.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn alle magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen bis auf die magnetische, optische oder induktive Markierung der Blanko-Position identisch sind. Dadurch erhält man ein gleichartiges magnetisches, optisches oder induktives Signal bei jedem Wechsel zwischen zu einem Aufdruck eines Symbols führenden Druckpositionen, was eine besonders bequeme Überprüfung, ob bei der Ausführung eines Fahrbefehls an das Nummerierrad eine vorgegebene Anzahl von auf dem Nummerierrad vorgesehenen Symbolen weitergefahren wurde oder nicht.
Besonders genau kann die Korrelation zwischen Encoderdaten und Sensordaten bestimmt werden, wenn die Überwachungselektronik so eingerichtet ist, dass sie überprüft, ob das Signal des Sensors eine steigende und eine fallende Flanke aufweist. Gerade in Anbetracht möglicher Einflüsse der Felder magnetischer Markierungen benachbarter Nummerierräder kann dies wichtig für einen erfolgreichen Betrieb der Überwachungselektronik und die zuverlässige Korrelation von Encoderposition und Magnetfeldsensordaten miteinander sein. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn in dem Speicher die Sollpositionen steigender und fallender Flanken magnetischer, optischer oder induktiver Markierungen gespeichert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Positionsänderung von Nummerierrädern bei einer Nummeriervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche weist die folgenden Schritte auf:

Ermitteln von Korrelationsdaten zwischen Encoder-Signal und Signal des Sensors;
Hinterlegen der Korrelationsdaten im Speicher der Überwachungselektronik; und
Überprüfen ob die im laufenden Betrieb der Nummeriervorrichtung festgestellte Beziehung zwischen Encoder-Signal und Signal des Sensors den im Speicher hinterlegten Korrelationsdaten entspricht.

Durch eine solche Vorgehensweise können bei laufendem Betrieb sämtliche Funktionsstörungen der motorischen Antriebe sicher erkannt werden; insbesondere Brüche der Motorachse oder Schrittverluste von Motoren.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Ermitteln der Korrelationsdaten unter Verwendung eines Referenzlaufs erfolgt, bei dem die Nummerierräder, die von Motoren angetrieben sind, mindestens eine ganze Umdrehung laufengelassen werden und die Encoder-Positionswerte, an denen das Signal des Sensors den Durchlauf einer magnetischen, optischen oder induktiven Markierung anzeigt, gespeichert werden. Noch weiter stabilisiert werden können die ermittelten Korrelationsdaten dann, wenn zum Ermitteln der Korrelationsdaten mehrere Referenzläufe erfolgen oder ein mehrere Umdrehungen der Nummerierräder, die von Motoren angetrieben werden, umfassender Referenzlauf durchgeführt wird, wobei die jeweils gespeicherten Encoder-Positionswerte der einzelnen Umdrehungen statistisch ausgewertet werden. Eine solche statistische Auswertung kann insbesondere auch dazu beitragen, dass toleranzbedingte Schwankungen der Position, die statistisch verteilt sind, von tatsächlichen Fehlfunktionen unterschieden werden können und entsprechende Schwellenwerte bzw. Toleranzschwellen bekannt sind, so dass fälschliche Störungsmeldungen vermieden werden.
Weiter verbessert wird das Verfahren, wenn mindestens ein Teach-Lauf durchgeführt wird, bei dem ein von einem Motor angetriebenes Nummerierrad von Hand oder durch mechanische Vorpositionierung mit einem Positionierhebel oder einer Klinke in eine definierte Druckposition gebracht wird und die Encoderschritte bis zum Erreichen einer vorgegebenen magnetischen, optischen oder induktiven Markierung ermittelt werden. Auf diese Weise kann nicht nur eine Relativpositionierung relativ zu einer Referenzposition mit individueller magnetischer, optischer oder induktiver Markierung ermöglicht werden, sondern eine Absolutpositionierung bezogen auf den Zähler des Motorencoders erreicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1:: eine Nummeriervorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1;
Fig.2:: ein Nummerierrad mit Antriebseinheit und zugehöriger, als Block-Schaltbild dargestellter Überwachungselektronik;
Fig.3a-d:: Darstellungen von Nummerierrädern mit verschiedenen Beispielen für mögliche Markierschemata;
Fig.4:: ein Ablaufdiagramm eines Referenzlaufs; und
Fig.5:: ein Ablaufdiagramm eines Teachlaufs.

Figur 1 zeigt eine Nummeriervorrichtung 100. Die Nummeriervorrichtung 100 weist ein Gehäuse 101 und einen Deckel 102 auf. Im Gehäuse 101 ist eine in Figur 1 nicht erkennbare Achse gelagert, auf der nebeneinander mehrere Nummerierräder 108 um die Achse drehbar angeordnet sind. Die Nummerierräder 108 werden von Motoren 109,110 mit vorgeschaltetem Getriebe 111 über Antriebswellen 112 angetrieben, an denen Ritzel 113 angeordnet sind, die in mit den Nummerierrädern 108 verbundene oder mit den Nummerierrädern 108 einstückig ausgeführte Antriebszahnräder 116, die beispielsweise in der Darstellung der Figuren 2 und 3a bis 3d erkennbar sind, eingreifen. Dieser Aufbau ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Motoren 109,110 sind dabei bevorzugt als Schrittmotoren oder bürstenlose Gleichstrommotoren ausgeführt.
Figur 2 zeigt ein Beispiel für einen erfindungsgemäß aufgebauten Antriebsstrang 120 einschließlich seiner Elektronikkomponenten für ein Nummerierrad 108 einer solchen Nummeriervorrichtung 100. An dem Motor 109 mit vorgeschaltetem Getriebe 111 ist ein Encoder 121 angeordnet, der beispielsweise als Magnetscheibe ausgeführt sein kann und mittels dessen die Bewegung der in Figur 1 sichtbaren Motorachse 114 überwacht werden kann.
Ferner ist für jedes mit einem Motor angetriebene Nummerierrad 108 ein Sensor 130 vorgesehen, der beispielsweise als Hall-Sensor ausgeführt sein kann, während an dem Nummerierrad 108 -in diesem Ausführungsbeispiel zwischen seinen Druckpositionen 115, auf denen die alphanumerischen Symbole angeordnet sind, so dass das Aufdrücken der Nummeriervorrichtung auf dem zu bedruckenden Substrat an einer Druckposition 115 ein auf dem Nummerierrad 108 angeordnetes Symbol oder eine Blanko-Stelle zum ordnungsgemäßen, mit den benachbarten Nummerierrädern 108 ausgerichteten Aufdruck des entsprechenden Symbols führt- Markierungen 131 angeordnet sind, die in diesem Ausführungsbeispiel als Magnete ausgeführt sind.
Noch weiter ist eine Überwachungselektronik 140 vorgesehen. Die Überwachungselektronik 140 steht in Signalkommunikation sowohl mit dem Encoder 121 als auch mit dem Sensor 130, wobei die letztere über eine zwischengeschaltete Flankendetektionsschaltung 132 erfolgt.
Die Überwachungselektronik 140 weist erfindungsgemäß einen Prozessor 141 und einen Speicher 142, auf den der Prozessor 141 sowohl Schreib- als auch Lesezugriff hat auf. Der Prozessor kann Programme ausführen, die insbesondere in einem nicht dargestellten, intern im Prozessor oder extern vorgesehenen Speicher hinterlegt sein können.
Der Prozessor 141 steht weiterhin in Signalkommunikation mit einem Zähler 143, der als Reaktion auf Signale des Encoders 121 seinen Zählerstand erhöhen und erniedrigen kann, dessen Zählerstand aber auch vom Prozessor 141 gesetzt werden kann. Der Zähler 143 kann aber auch als eigenes, nicht der Überwachungselektronik 140 zugeordnetes Bauteil ausgeführt sein oder als ein Bestandteil des Encoders 121 realisiert werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Zähler 143 zyklisch ausgelegt ist, was bedeutet, dass es einen höchsten Zählerstand gibt, bei dessen Überschreitung der Zähler neu anfängt zu zählen. Auf diese Weise kann, wenn der höchste Zählerstand der Zahl der Encoderpulse entspricht, die für eine komplette Umdrehung eines Nummerierrads 108 benötigt werden, einfach erreicht werden, dass gleiche Druckpositionen 115 stets bei demselben Zählerstand auftreten müssen. Allerdings lässt sich dies auch dadurch erreichen, dass eine modulo-Operation bei der Auswertung eines fortlaufenden Zählers 143 angewendet wird.
Anzumerken ist, dass eine einzige Überwachungselektronik 140, die mit einem hinreichenden Speicher 142 und einem einzigen Prozessor 141 ausgerüstet ist, wenn sie mit allen Encodern 121 und allen Sensoren 130 in Signalkommunikation steht, für den erfindungsgemäßen Betrieb einer Nummeriervorrichtung mit mehreren mit Motoren angetriebenen Nummerierrädern ausreichend ist.
Der Speicher 142 kann auch im Prozessor 141 integriert sein.
Im Übrigen muss die Überwachungselektronik 140 nicht zwingend als separate Elektronik ausgeführt sein, sondern kann als Bestandteil der Steuerelektronik, die die Bewegung der Nummerierräder 108 durch die Motoren 109,110 steuert, ausgeführt sein.
Der Prozessor 141 der Überwachungselektronik 140 überprüft, ob die richtige Korrelation zwischen den Signalen des Encoders 121, die insbesondere als Zählerstände des Zählers 143 ausgewertet werden können, und des Sensors 130 vorliegt. Dazu können im Speicher 142 z.B. diejenigen Zählerstände des Zählers 143 hinterlegt werden, bei denen im regulären Betrieb der Nummeriervorrichtung 100 die Flanken von Sensorsignalen, die beim Überfahren von Markierungen zwischen benachbarten Druckpositionen 115 des jeweiligen Nummerierrads zu erwarten sind. Diese Zählerstände lassen sich aus der geometrischen Anordnung der Markierungen 131 analytisch ableiten, da bei gegebener Übersetzung des Systems bekannt ist, wie viele Encoderschritte zwischen Druckpositionen liegen; man kann sie aber auch in einem Probelauf einlernen.
Dann kann der Prozessor 141 beispielsweise durch ein Signal der Flankendetektionsschaltung 132, z.B. durch einen durch Nachweis einer Flanke im Signals des Sensors 130 veranlassten Interrupt, veranlasst werden, die aktuelle Zählerposition, die der Zähler 143 anzeigt, mit der im Speicher 142 hinterlegten Soll-Zählerposition zu vergleichen. Ergibt der Vergleich eine Übereinstimmung, ist dies ein Zeichen dafür, dass die vom Encoder nachgewiesenen Bewegungen des Motors 109 tatsächlich eine Bewegung des zugehörigen Nummerierrads 108 veranlasst haben. Ergibt sich hingegen eine Abweichung, liegt ein Fehler vor.
Der Vergleich kann aber umgekehrt auch dadurch realisiert werden, dass der Zählerstand des Zählers 143 kontinuierlich überwacht wird und bei den im Speicher 142 hinterlegten Soll-Zählerpositionen das Signal des Sensors 130 vom Prozessor 141 darauf analysiert wird, ob dieser die erwartete Markierung nachweist oder nicht. Ist dies nicht der Fall, liegt ein Fehler vor.
Als Reaktion auf einen solchen Fehlerbefund kann optional mit dem erfindungsgemäßen System sogar noch eine Fehleranalyse und ggf. eine Fehlerkorrektur durchgeführt werden. Sind nämlich lediglich, z.B. wegen zu hoher mechanischer Last, ein Steuerkommando oder ein Schritt des Motors 109,110 nicht in eine entsprechende Drehung eines Nummerierrades 108 übersetzt worden, so muss das erwartete Signal entsprechend später nachgewiesen werden. Die Differenz des Zählerstands des Zählers 143, bei dem das Signal nachgewiesen wird, kann durch den Prozessor 141 bestimmt werden, der dann veranlasst, dass vor dem nächsten Druckprozess ein zusätzlicher Bewegungsbefehl um eine entsprechende Schrittzahl an den Motor 109,110 gegeben wird und/oder entweder den Zählerstand des Zählers 143 entsprechend zurücksetzt oder die im Speicher 142 hinterlegten Soll-Zählerpositionen des Zählers 143 entsprechend korrigiert.
Sollte hingegen auch im weiteren Verlauf der Bewegung des Nummerierrads 108 kein Sensorsignal des Sensors 130 nachgewiesen werden, ist es wahrscheinlich, dass das Nummerierrad 108 gar nicht mehr bewegt werden kann, was beispielsweise wegen eines Bruchs der Antriebsachse 112 der Fall sein kann. Sollte dieser weitere Verlauf der Bewegung noch das Nummerierrad 108 um mehrere Druckpositionen 115 weiterstellen und sollten dabei die weiteren Sensorsignale des Sensors 130 an den erwarteten Zählerpositionen bzw. Zählerständen des Zählers 143 auftreten, kann man daraus eine Hinweis auf die Möglichkeit ableiten, dass eine Markierung defekt ist, z.B. weil ein als Markierung verwendeter Magnet herausgefallen ist.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, nach dem Feststellen einer Fehlfunktion, d.h. einer Abweichung von der Korrelation zwischen Sensordaten und Zählerdaten, das Sensorsignal des Sensors 130 bis zum Ende des Bewegungsbefehls zu überwachen und festzustellen, ob erwartete Nachweise von Markierungen noch verspätet erfolgen, gänzlich unterbleiben oder nur eine Markierung nicht nachgewesen wird, während die anderen an den im Speicher 142 hinterlegten Soll-Positionen auftreten und dann bei systematischer Verspätung eine Korrektur des Zählers 143 vorzunehmen und ansonsten entsprechende Fehlermeldungen bzw. Service-Anforderungen auszugeben.
Die Figuren 3a bis 3d zeigen jeweils Beispiele für die Anordnung von magnetischen Markierungen, die mit den Buchstaben "N" oder "S" gekennzeichnet sind, auf einem Nummerierrad 108 mit jeweils 12 Druckpositionen 115 und am Nummerierrad 108 angeordnetem Antriebszahnrad 116. Zehn Druckpositionen tragen die Ziffern 0 bis 9, ferner sind eine Block-Druckposition vorgesehen, die den Druck eines Blocks ermöglicht, aber auch mit einem anderen Symbol, z.B. einem Stern, versehen sein könnte und eine Blanko-Druckposition vorgesehen, die eine Leerstelle druckt.
Gemäß dem Markierschema der Figur 3a ist jeweils in der Mitte zwischen der Blanko-Druckposition und der Ziffer 0 sowie aufeinander folgenden Ziffern 1 bis 9 ein magnetischer Nordpol N vorgesehen, der z.B. realisiert werden kann, indem ein kleiner Stabmagnet mit seinem Nordpol nach außen an dieser Position in das Nummerierrad, das dann bevorzugt aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist, eingelassen wird. Somit gibt es zwei Positionsänderungen zwischen benachbarten Druckpositionen des Nummerierrades bei denen kein magnetischer Nordpol N überfahren wird, nämlich die zwischen der Ziffer 9 und der Block-Position und der Block-Position und der Blanko-Position und dementsprechend bei dieser Positionsänderung kein Signal eines die magnetischen Markierungen überwachenden Magnetfeldsensors auftritt. Mit anderen Worten fehlt also ein magnetischer Nordpol N zwischen der Block-Position und der Blanko-Position.
Gemäß dem Markierschema der Figur 3b ist jeweils in der Mitte zwischen den aufeinander folgenden Ziffern 1 bis 9 sowie zwischen der Ziffer 9 und der Block-Position, zwischen der Block-Position und der Blanko-Position sowie zwischen der Blanko-Position und der Position der Ziffer 0 ein magnetischer Nordpol N vorgesehen. Zwischen der Ziffer 0 und der Ziffer 1 sind zwei Magnete mit Nordpolen N nebeneinander angeordnet, so dass bei dieser Positionsänderung ein breiteres Signal eines die magnetischen Markierungen überwachenden Magnetfeldsensors auftritt.
Gemäß dem Markierschema der Figur 3c ist jeweils in der Mitte zwischen den aufeinander folgenden Ziffern 0 bis 9 sowie zwischen der Ziffer 9 und der Block-Position, und zwischen der Block-Position und der Blanko-Position ein magnetischer Nordpol N vorgesehen, während zwischen der Blanko-Position und der Position der Ziffer 0 ein magnetischer Südpol S vorgesehen ist, so dass bei dieser Positionsänderung ein breiteres Signal eines die magnetischen Markierungen überwachenden Magnetfeldsensors auftritt.
Gemäß dem Markierschema der Figur 3d ist jeweils in der Mitte zwischen allen aufeinander folgenden Druckpositionen ein magnetischer Nordpol N vorgesehen, während zusätzlich direkt an der Blanko-Position ein weiterer magnetischer Nordpol N vorgesehen ist, so dass bei dieser Positionsänderung ein zusätzliches Signal eines die magnetischen Markierungen überwachenden Magnetfeldsensors auftritt.
Selbstverständlich können ebenso gut die obigen Markierschemata realisiert werden, wenn statt der Nordpole N Südpole S vorgesehen werden und statt etwaig vorhandener Südpole S Nordpole N.
In allen vorstehend beschriebenen Markierschemata ist somit mindestens eine Positionsänderung vorgesehen, die zu einem von den anderen Sensorsignalen abweichenden Sensorsignal führt, wobei die Abweichung durch den Ausfall einer Markierung, eine stärkere bzw. längere Markierung, eine zusätzliche Markierung oder eine Markierung abweichender Polarität erreicht wird. Dieses abweichende Sensorsignal kann genutzt werden, um eine definierte Startposition für die Nummerierräder 108 zu ermitteln, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
Ferner sind unter den Nummerierrädern 108 der Figuren 3a bis 3d die jeweils entsprechenden Positions- und Signalkorrelationen, die sich bei einem Umlauf des Nummerierrads ergeben, in Form einer Tabelle dargestellt. Die Druckpositionen 115 sind dabei durch den jeweiligen Abdruck des Nummerierrads 108, wenn es auf die entsprechende Druckposition 115 eingestellt ist, repräsentiert.
In der Zeile unterhalb der Druckpositionen ist das Signal des Sensors 130 dargestellt, das beim Umlauf des Nummerierrads durch die Markierungen 131 erzeugt wird.
In der Zeile unterhalb des Signals des Sensors 130 sind die Encoderwerte des Encoders 121, repräsentiert als Zählerwerte des Zählers 143 dargestellt. Im vorliegenden Fall sind zwei gegebene Druckpositionen 115 jeweils durch 20 Encoderschritte voneinander getrennt. Für eine gegebene Nummeriervorrichtung 100 ergibt sich der jeweils zugehörige Wert aus der Auslegung des Antriebsstrangs 120, insbesondere der Wahl und Dimensionierung von Motor 109,110, Getriebe 111, Ritzel 113 und Antriebszahnrad 116. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Überwachungselektronik; die es erlaubt, Verschiebungen zwischen dem Encodersignal und dem Sensorsignal zu identifizieren wird es ermöglicht, die Korrelation zwischen den Sensorsignalen und den Encodersignalen zu überwachen und dadurch Fehlfunktionen des Motors 109,110 oder der nachgelagerten Getriebe sicher zu detektieren und teilweise im laufenden Betrieb zu kompensieren.
Allerdings kann es insbesondere bei der Inbetriebnahme der Nummeriervorrichtung vorkommen, dass die Werte des Encoders 121 bzw. die Stände des Zählers 143, die einer gegebenen Druckposition 115 entsprechen, von ihren Sollwerten abweichen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Nummerierrad 108 von Hand verstellt wurde oder wenn die Räderachse mit den Nummerierrädern 108 aus- und wieder eingebaut wurde, wie es z.B. für Wartung und Reinigung erfolgen kann. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Korrelation durch einen Referenzlauf 200 wiederherzustellen. Ein Ablauf eines möglichen Referenzlaufs ist in Figur 4 dargestellt, wobei das Markierungsschema der Figur 3a zu Grunde gelegt wird.
Der Referenzlauf 200 beginnt damit, dass im Schritt 110 eine Raddrehung des entsprechenden Nummerierrades 108 in Vorwärtsrichtung gestartet wird.
Der Prozessor 141 überprüft dann in Schritt 220 kontinuierlich, ob der Sensor über eine Markierung 131 gefahren ist.
Ist dies der Fall, wird in Schritt 230 überprüft, wie groß der Abstand zur letzten überfahrenen Markierung 131 ist, d.h. wie viele Encoderpulse oder -schritte seit dem Überfahren der letzten Markierung erfolgt sind 131. Sind dies mehr als die Encoderpulse oder -schritte zwischen zwei aufeinander folgenden Druckpositionen, so weiß man, dass die zuletzt überfahrene Markierung 131 die zwischen Blanko-Position und der Ziffer Null sein muss, weil an dieser Stelle die vorherige Markierung 131 gemäß dem in Figur 3a dargestellten Schema weggelassen ist.
Diese Bedingung, die für einen Referenzlauf 200 für die Markierungsschemata gemäß Figuren 3b, 3c und 3d jeweils entsprechend der Eigenschaften des Sensorsignals, das durch die abweichende Markierung hervorgerufen wird, anzupassen ist, stellt eine Abbruchbedingung dar. Ist sie erfüllt, wird in Schritt 240 noch der Zähler mit dem Sollwert für diese Position gesetzt und im Schritt 250 der Motor gestoppt. Die Schritte 240 und 250 können auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Dann ist Schritt 260, das Ende des Referenzlaufs 200, erreicht.
Die Sollwerte für die Position von Markierungen 131 lassen sich über einen Teach-Lauf 300 ermitteln, dessen Ablauf in Figur 5 beispielhaft für das Markierungsschema der Figur 3a dargestellt ist. Der Teach-Lauf 300 beginnt damit, dass im Schritt 310 das entsprechende Nummerierrad 108 auf einen Startwert, z.B. die Druckposition der Ziffer Null, gestellt wird, was händisch oder mechanisch erfolgen kann.
Anschließend wird im Schritt 320 der Zähler 143 des Encoders 121 auf Null gesetzt und im Schritt 330 die Vorwärtsdrehung des Nummerierrads 108 gestartet.
Der Prozessor 141 überprüft dann in Schritt 340 kontinuierlich, ob der Sensor über eine Markierung 131 gefahren ist.
Ist dies der Fall, wird in Schritt 350 überprüft, wie groß der Abstand zur letzten überfahrenen Markierung 131 ist, d.h. wie viele Encoderschritte seit dem Überfahren der letzten Markierung 131 erfolgt sind. Sind dies mehr als die Encoderschritte zwischen zwei aufeinander folgenden Druckpositionen, so weiß man, dass die zuletzt überfahrene Markierung 131 die zwischen Blanko-Position und der Ziffer Null sein muss, weil an dieser Stelle die vorherige Markierung 131 gemäß dem in Figur 3a dargestellten Schema weggelassen ist.
Diese Bedingung, die für einen Teach-Lauf 300, bei dem lediglich die Referenzposition ermittelt werden soll, die bei der Durchführung des Referenz-Laufs 200 benötigt wird, eine Abbruchbedingung darstellt, ist für die Markierungsschemata gemäß Figuren 3b, 3c und 3d jeweils entsprechend der Eigenschaften des Sensorsignals, das durch die abweichende Markierung hervorgerufen wird, anzupassen. Ist die Abbruchbedingung erfüllt, wird in Schritt 360 noch der entsprechende Zählerstand des Zählers 143 als Referenzwert für Referenz-Läufe 200 im Speicher 142 gespeichert und im Schritt 370 der Motor gestoppt. Die Schritte 360 und 370 können auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Dann ist Schritt 380, das Ende des Teach-Laufs 300, erreicht.
Der Teach-Lauf kann aber auch dahingehend erweitert werden, dass mit ihm die Soll-Positionen einzelner Markierungen 131 ermittelt und im Speicher 142 hinterlegt werden. Hierfür kann z.B. zunächst bei jeder Position, in der das Überfahren einer Markierung 131 durch den Sensor 130 detektiert wird, der Zählerstand des Zählers 143 im Speicher 142 gespeichert werden. Nachdem die im Schritt 350 geprüfte Bedingung erfüllt ist, muss ebenfalls der Referenzwert gespeichert werden, der Motor 109,110 wird aber nicht gestoppt, sondern läuft weiter, bis eine volle Umdrehung des Nummerierrades 108 erreicht ist, was z.B. durch Vorgabe der bekannten entsprechenden Anzahl von Encoderschritten beim Starten des Nummerierrades 108 im Schritt 330 möglich ist, wobei weiterhin bei jeder Position, in der das Überfahren einer Markierung 131 durch den Sensor 130 detektiert wird, der Zählerstand des Zählers 143 im Speicher 142 gespeichert wird. Nach Abschluss der vollen Umdrehung müssen dann die gespeicherten Positionswerte mit dem Referenzwert korrigiert werden und können so absolut mit Zählerständen des Zählers korreliert werden. Bei Bedarf kann dieser Vorgang mehrfach wiederholt werden und die entsprechenden erhaltenen Positionswerte für die Markierungen 131 statistisch ausgewertet werden.
Auf diese Weise erhält man Absolut-Sollwerte für die Encoderpositionen, an denen die Markierungen 131 angeordnet sind, die es erlauben, bei jeder Bewegung des Nummerierrades 108 zu verifizieren, ob die Markierung 131 noch bei dem erwarteten Zählerstand des Zählers 143 bzw. bei der erwarteten Encoderposition durch den Sensor 130 detektiert wird oder nicht.
Somit ermöglicht die Erfindung eine sichere und einfache Erkennung von Fehlfunktionen bei jeder Bewegung eines Nummerierrads 108.

Bezugszeichenliste

100: Nummeriervorrichtung
101: Gehäuse
102: Deckel
108: Nummerierrad
109,110: Motor
111: Getriebe
112: Antriebswelle
113: Ritzel
114: Motorachse
115: Druckposition
116: Antriebszahnrad
120: Antriebsstrang
121: Encoder
130: Sensor
131: Markierung
132: Flankendetektionsschaltung
140: Überwachungselektronik
141: Prozessor
142: Speicher
143: Zähler

200: Referenz-Lauf
210,220,230, 240,250,260: Schritte des Referenz-Laufs

300: Teach-Lauf
310,320,330, 340,350,360, 370,380: Schritte des Teach-Laufs

N: Nordpol
S: Südpol

Claims

Nummeriervorrichtung (100) mit nebeneinander auf einer Achse angeordneten Nummerierrädern (108), die, wenn sie auf eine Druckposition (115) gedreht sind, zum Druck von Symbolen verwendbar sind, wobei mindestens eines der Nummerierräder (108) der Nummeriervorrichtung (100) mit einem Motor (109,110) angetrieben wird, wobei von Motoren (109,110) angetriebene Nummerierräder (108) mindestens eine magnetische, optische oder induktive Markierung (131) aufweisen und wobei die Nummeriervorrichtung (100) mindestens einen Sensor (130) zur Detektion von magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen (131) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Motor (109,110) einen Encoder (121) zur Überwachung der Motorbewegung aufweist und dass die Nummeriervorrichtung (100) eine Überwachungselektronik (140) aufweist, die mit dem mindestens einen Sensor (130) und dem Encoder (121) des mindestens einen Motors (109,110) in Signalkommunikation steht, wobei die Überwachungselektronik (140) einen Speicher (142) aufweist, in dem mindestens eine Encoderposition, an der bei ordnungsgemäßem Betrieb eine magnetische, optische oder induktive Markierung (131) eines Nummerierrads (108) vom Sensor (130) nachgewiesen werden müsste, hinterlegt ist und wobei die Überwachungselektronik (140) ferner so eingerichtet ist, dass sie überprüft, ob beim Erreichen oder Überschreiten einer im Speicher (142) für ein Nummerierrad (108) hinterlegten Encoderposition eine magnetische, optische oder induktive Markierung (130) des entsprechenden Nummerierrads (108) durch den Sensor (130) nachgewiesen wurde.
Nummeriervorrichtung (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass magnetische, optische oder induktive Markierungen (131) von von Motoren (109,110) angetriebenen Nummerierrädern (108) zwischen benachbarten Druckpositionen (115) angeordnet sind.
Nummeriervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass an allen Druckpositionen (115) und/oder zwischen allen Druckpositionen (115) von von Motoren (109,110) angetriebenen Nummerierrädern (108) mindestens eine magnetische, optische oder induktive Markierung (131) angeordnet ist.
Nummeriervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Nummerierrad (108) zwölf Druckpositionen (115) aufweist.
Nummeriervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine der Druckpositionen (115) eines Nummerierrads (108) eine Blanko-Druckposition ist.
Nummeriervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass alle magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen (131) bis auf eine magnetische, optische oder induktive Markierung (131) identisch sind.
Nummeriervorrichtung (100) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass alle magnetischen, optischen oder induktiven Markierungen (131) bis auf die magnetische, optische oder induktive Markierung (131) der Blanko-Position identisch sind.
Nummeriervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass die Überwachungselektronik (140) so eingerichtet ist, dass sie überprüft, ob das Signal des Sensors eine steigende und eine fallende Flanke aufweist.
Nummeriervorrichtung (100) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (142) die Sollpositionen steigender und fallender Flanken magnetischer, optischer oder induktiver Markierungen (131) gespeichert sind.
Verfahren zur Überwachung der Positionsänderung von Nummerierrädern (108) mit einer Nummeriervorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit den Schritten
- Ermitteln von Korrelationsdaten zwischen Encoder-Signal und Signal des Sensors (130)

- Hinterlegen der Korrelationsdaten im Speicher (142) der Überwachungselektronik (140) und

- Überprüfen ob die im laufenden Betrieb der Nummeriervorrichtung (100) festgestellte Beziehung zwischen EncoderSignal und Signal des Sensors (130) den im Speicher (142) hinterlegten Korrelationsdaten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Korrelationsdaten unter Verwendung eines Referenzlaufs (200) erfolgt, bei dem die Nummerierräder (108), die von Motoren angetrieben sind, laufengelassen werden und Encoder-Positionswerte, an denen das Signal des Sensors (130) den Durchlauf einer magnetischen, optischen oder induktiven Markierung (131) anzeigt, gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Korrelationsdaten mehrere Referenzläufe erfolgen oder ein mehrere Umdrehungen der Nummerierräder, die von Motoren angetrieben werden, umfassender Referenzlauf durchgeführt wird, wobei die jeweils gespeicherten Encoder-Positionswerte der einzelnen Umdrehungen statistisch ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teach-Lauf (300) durchgeführt wird, bei dem ein von einem Motor (109,110) angetriebenes Nummerierrad (108) von Hand oder durch eine mechanische Vorpositionierung in eine definierte Druckposition (115) gebracht wird und die Encoderschritte bis zum Erreichen einer vorgegebenen magnetischen, optischen oder induktiven Markierung (131) ermittelt werden.