用于在生產(chǎn)期間測量卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于確定在張力下穿過印刷機(jī)的卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)和方法?？刂破鞔_定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度；確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變；并且根據(jù)所述張緊重復(fù)長度和所述彈性應(yīng)變計算在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的未張緊產(chǎn)品長度。
【專利說明】用于在生產(chǎn)期間測量卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及用于測量印刷機(jī)中卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)和方法。
[0002]本申請與同一日期提交的序列號為N0.13/890, 485、題為“CL0SED-L00P CONTROLOF UNTENS1NED PRODUCT LENGTH ON A WEB PRESS”、代理人案件號為[6003.1280，HEM2013/602]的共有的美國專利申請有關(guān)，其全部公開內(nèi)容在此通過引用并入。

【背景技術(shù)】
[0003]在卷筒紙印刷機(jī)工業(yè)中需要控制最終的未張緊產(chǎn)品的長度。這在利用例如在包裝工業(yè)中所使用的薄的、低硬度基材工作時尤為重要。一般地，薄的、低硬度基材具有從約
0.0003到約0.0030英寸的厚度,和低于每英寸約500磅的抗拉硬度(tensile stiffness)。這樣的材料的非限制性示例是PET膜(0.00048英寸，360磅/英寸)，EUR70膜(0.0026英寸，423磅/英寸)，以及BOPP膜(0.0009英寸，223磅/英寸)。
[0004]為了控制未張緊產(chǎn)品長度，必須首先測量所述長度。在當(dāng)今的工業(yè)中，有時直接測量未張緊產(chǎn)品長度。這可以通過如下實現(xiàn):從卷筒紙切割出樣品，將其平坦而未張緊地鋪在工作臺上，并通過機(jī)械或視頻測量系統(tǒng)對其進(jìn)行測量。
[0005]也已經(jīng)嘗試通過估計給定基材在去除過程張力時將“迅速恢復(fù)”的量來定義未張緊產(chǎn)品長度。這種嘗試的一個示例是Muller Martini的“Stretch Correct”系統(tǒng),如在Narro WebTech4_2009,第 12-14 頁(2009 年 11 月)中的題為 “Web-offset to gain newfields of applicat1n:StretchCorrect-a striking innovat1n for film printing，，的技術(shù)文章中所描述的。
[0006]TecScan’ s Web Ranger系統(tǒng)要求“實時顯示每次重復(fù)的打印長度測量結(jié)果”。TecScan Web Ranger Brochure (2005)。假定該系統(tǒng)如所述的那樣工作,相信其最多僅能夠接近于拉緊的(張緊的)卷筒紙的重復(fù)長度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了用于確定在張力下穿過印刷機(jī)的卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)和方法。根據(jù)該系統(tǒng)和方法，控制器確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度。所述控制器確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變，并且根據(jù)所述張緊重復(fù)長度和所述彈性應(yīng)變計算在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的未張緊產(chǎn)品長度。
[0008]上述實施例還可以包括其他可選構(gòu)件和特征。例如:
[0009]根據(jù)第一實施例的其它方面，確定所述張緊重復(fù)長度的步驟可以包括根據(jù)參考重復(fù)長度和所述跨度內(nèi)的速度增益計算所述張緊重復(fù)長度。此外，可以根據(jù)用于在所述跨度內(nèi)驅(qū)動卷筒紙的電機(jī)的驅(qū)動設(shè)定值計算所述速度增益，其中所述驅(qū)動設(shè)定值包括用于針對張力的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值和用于針對重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值。
[0010]根據(jù)第一實施例的其它方面，卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度可以替代地通過攝像機(jī)確定。
[0011]根據(jù)第一實施例的又另一方面，確定卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度的步驟可以替代地包括測量卷筒紙在所述跨度內(nèi)的速度V1 ;以及計算張緊重復(fù)長度L1,L1 = (trepeat) (V1)，其中t_eat是用于印刷機(jī)的印版滾筒印刷一個非重復(fù)圖像的時間。
[0012]根據(jù)第一實施例的再另外的方面，確定彈性應(yīng)變的步驟可以包括通過傳感器測量所述跨度內(nèi)的張力、確定卷筒紙的硬度、以及根據(jù)所述張力和所述硬度計算所述彈性應(yīng)變。此外，確定卷筒紙的硬度的步驟可以包括測量在兩個不同的速度增益處卷筒紙中的張力。此外，所述兩個不同的速度增益可以包括在第一電機(jī)處的第一速度增益，和在第二電機(jī)處的第二速度增益，所述第一電機(jī)通過第一輥驅(qū)動卷筒紙，所述第二電機(jī)通過第二輥驅(qū)動卷筒紙。
[0013]根據(jù)第一實施例的又另一方面，計算未張緊產(chǎn)品長度的步驟可以包括:在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算隨時間t的未張緊產(chǎn)品長度Ltl(t):L0(t) = L1UVd+ ε At))，其中，在任何給定時間t，L0是未張緊產(chǎn)品長度，L1是在所述跨度處的拉緊重復(fù)長度，以及ε !是卷筒紙在所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變；并且其中ε i = TjtVEa)，其中T1是在所述跨度處的張力，以及E是卷筒紙模量。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供了一種卷筒進(jìn)紙印刷機(jī)，其用于在連續(xù)的卷筒紙上印刷并且將所述卷筒紙切割為具有未張緊產(chǎn)品長度的印刷產(chǎn)品。所述印刷機(jī)包括印刷單元，所述印刷單元包括印版滾筒、膠印滾筒和壓印滾筒，其中所述印版滾筒具有參考重復(fù)長度。多個輥位于印刷單元的下游，并且當(dāng)卷筒紙穿過印刷機(jī)時，所述卷筒紙在張力下穿過所述印刷單元和所述多個輥?？刂破鞅慌渲煤筒贾贸僧?dāng)卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時生成所述卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度。所述控制器確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在位于所述多個輥中相鄰的一對之間的跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度；確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變，并且根據(jù)所述張緊重復(fù)長度和所述彈性應(yīng)變計算在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的未張緊產(chǎn)品長度。
[0015]上述第二實施例還可以包括其他可選構(gòu)件和特征。例如:
[0016]根據(jù)第二實施例的另一方面，所述控制器可以通過以下來計算未張緊產(chǎn)品長度:在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算隨時間t的未張緊產(chǎn)品長度Ltl (t):L0 (t) = L1UVa+S1 (t))，其中在任何給定時間t，Ltl是未張緊產(chǎn)品長度，L1是在所述跨度處的張緊重復(fù)長度，以及ε i是卷筒紙在所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變；并且其中ε i = TjtVEa)，其中T1是在所述跨度處的張力，以及E是卷筒紙模量。
[0017]根據(jù)第二實施例的又另一方面，所述印刷機(jī)可以包括用于感測跨度內(nèi)張力的張力傳感器，所述控制器被連接到所述傳感器以檢測所述張力1\。
[0018]根據(jù)第二實施例的再另一方面，在上述段落中描述的張力傳感器例如可以是第一張緊輥，并且所述第一張緊輥可以是所述多個輥中的一個。所述第一張緊輥可以位于第一從動輥上游并且鄰近第一從動輥，其中所述第一從動輥是所述多個輥中的一個。根據(jù)第二實施例的還另一方面，所述印刷機(jī)可以包括用于檢測張力T2的第二張緊輥，并且所述第二張緊輥可以是所述多個輥中的一個。所述第二張緊輥可以位于第二從動輥上游并且鄰近第二從動輥，其中所述第二從動輥是所述多個輥中的一個。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供了一種用于確定在張力下穿過印刷機(jī)的卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括第一張緊輥、第一輥和第一電機(jī)。移動的卷筒紙接觸第一張緊輥。第一輥位于第一張緊輥的下游，第一輥驅(qū)動卷筒紙，并且第一電機(jī)驅(qū)動第一輥。卷筒紙的第一跨度在第一張緊輥和第一輥之間伸展。所述系統(tǒng)還包括第二張緊輥、第二輥和第二電機(jī)。所述第二張緊輥位于第一輥的下游，并且移動的卷筒紙接觸第二張緊輥。第二輥位于第二張緊輥的下游，第二輥驅(qū)動卷筒紙，并且第二電機(jī)驅(qū)動第二輥。卷筒紙的第二跨度在第二張緊輥和第二輥之間伸展。所述系統(tǒng)還包括控制器。所述控制器:通過第一張緊輥檢測第一跨度內(nèi)的張力T1;通過第二張緊輥檢測第二跨度內(nèi)的張力T2 ;并且根據(jù)1\、T2、用于第一和第二電機(jī)的驅(qū)動設(shè)定值、所述卷筒紙的卷筒紙厚度(h)，以及參考重復(fù)長度(COeef)來計算未張緊產(chǎn)品長度。
[0020]上述第三實施例還可以包括其他可選構(gòu)件和特征。例如:
[0021]根據(jù)第三實施例的另一方面，所述系統(tǒng)還可以包括與第一輥形成第一防滑輥隙的第一托輥，和/或與第二輥形成第二防滑輥隙的第二托輥。替代的，卷筒紙可以布置在圍繞所述第一輥和第二輥中至少一個的絞盤纏繞件中。
[0022]根據(jù)第三實施例的又另一方面，所述驅(qū)動設(shè)定值可以包括第一電機(jī)的用于針對張力(T1)的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值Ci1、第一電機(jī)的用于針對第一跨度的重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值(^)、第二電機(jī)的用于針對張力(T2)的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值(Ci2)、以及第二電機(jī)的用于針對第二跨度的重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值(β 2)。
[0023]根據(jù)第三實施例的另一方面，所述控制器可以根據(jù)以下公式計算未張緊產(chǎn)品長度(L0):
[0024]L0 = (COeef(1+ Q1) (!+^1) (1+ (h/2)/R1))/(l+T^E)，
E =_I^Tl_
[0025]其中(I+?2) (1+β2) (1+ hJX)- (1+00) (1+βι)(1+1^2)
R2Ri
[0026]并且其中R1是第一輥的半徑以及R2是第二輥的半徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]本發(fā)明將參考下述附圖進(jìn)一步描述，圖中:
[0028]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的包括未張緊產(chǎn)品長度測量系統(tǒng)的印刷機(jī)。
[0029]圖1B示出了可被提供為圖1A中防滑輥對600和/或900的替換物的絞盤輥裝置。

【具體實施方式】
[0030]如上所述，為了控制未張緊產(chǎn)品長度，必須首先測量所述長度。在當(dāng)今的工業(yè)中，有時直接測量未張緊產(chǎn)品長度。這可以通過如下實現(xiàn)，從卷筒紙切割出樣品，將其平坦而未張緊地鋪在工作臺上，并通過機(jī)械或視頻測量系統(tǒng)對其進(jìn)行測量。理論上，通過將跨度設(shè)置成零張力并采取直接測量來測量印刷機(jī)中印刷產(chǎn)品的未張緊長度也是可行的。這可以通過靜態(tài)卷筒紙或特殊情況下移動的卷筒紙來完成。
[0031]如上所述，也已經(jīng)嘗試通過估計給定基材在移除過程張力時將“迅速恢復(fù)”的量來定義未張緊產(chǎn)品長度。
[0032]還是如上所述，TecScan’ s Web Ranger系統(tǒng)要求“實時顯示每次重復(fù)的打印長度測量結(jié)果”。TecScan Web Ranger Brochure (2005)。雖然 申請人:并不知道TecScan卷筒紙測距儀系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，但相信在所述系統(tǒng)中精密軸角編碼器是印刷機(jī)上唯一的測量硬件。假定輥和卷筒紙之間沒有滑動，這種類型的系統(tǒng)理論上可以測量局部卷筒紙速度。所述卷筒紙速度乘以重復(fù)時間(如果已知的話)可以得到測量跨度內(nèi)的拉緊重復(fù)長度。因此，即使所述系統(tǒng)如前所述的工作，相信其最多僅能夠接近于拉緊的(張緊的)卷筒紙的重復(fù)長度。拉緊(張緊)重復(fù)長度的該測量的精度取決于那兩個變量的精度。
[0033]雖然未張緊產(chǎn)品長度的直接、離線測量可以被用作QC(質(zhì)量控制)工具，但可能是消耗時間的以及難以精確執(zhí)行的。為了執(zhí)行測量，需要停止卷筒紙并且必須切下樣品。然后傳送樣品到測量區(qū)域，在所述測量區(qū)域樣品可以平坦而光滑地鋪開。必須注意不要使材料起皺紋或拉伸材料。由于這是離線測量，其不能用于控制系統(tǒng)中的反饋。
[0034]在印刷機(jī)中測量未張緊產(chǎn)品長度提出了其自身的一系列問題。首先，卷筒紙必須被印刷。但是，并不是重復(fù)長度被關(guān)注的所有的產(chǎn)品都被印刷。其次，在典型的卷筒紙印刷操作中不能在零張力下傳送卷筒紙。嘗試這樣做可能導(dǎo)致起皺紋和/或卷筒紙迂回，特別是對于薄的、低硬度的基材。第三，即使是在可能在零張力下傳送卷筒紙的場合，速度也將受到限制。由于不能在正常生產(chǎn)條件下執(zhí)行這些印刷機(jī)中的測量，這些測量不能用作控制系統(tǒng)中的反饋。
[0035]根據(jù)對于給定的材料或作業(yè)而假定的迅速恢復(fù)的量來估計未張緊產(chǎn)品長度將僅提供未張緊產(chǎn)品長度的粗略近似。實際的迅速恢復(fù)是過程張力和卷筒紙模量二者的函數(shù)，所述卷筒紙模量在作業(yè)中可以顯著地變化。所述方法還假定生產(chǎn)過程中引入的塑生應(yīng)變量是已知的(最有可能假定為零)，而情況可能不是這樣。此外，這種類型的估計將提供僅用于一次調(diào)整的信息，并且不能用作控制系統(tǒng)中的反饋。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，在印刷機(jī)運(yùn)行的同時可以精確地定義未張緊重復(fù)長度。實時的、未張緊重復(fù)長度反饋將使得能夠在生產(chǎn)中進(jìn)行過程控制。閉環(huán)控制將允許無需操作者介入而保持重復(fù)長度。當(dāng)在本領(lǐng)域使用時，術(shù)語“重復(fù)長度”是指印刷圖像重復(fù)之前(各)印刷圖像在轉(zhuǎn)輪印刷機(jī)(rotary printing press)中的長度。在典型的轉(zhuǎn)輪印刷機(jī)中，“重復(fù)長度”對應(yīng)于印版滾筒的圓周，有時也被稱為印刷機(jī)的“裁切長度”。由于在其上印刷圖像的卷筒紙是彈性的，印版滾筒的重復(fù)長度(參考重復(fù)長度)將不同于印刷卷筒紙在張力下的重復(fù)長度(張緊或拉緊重復(fù)長度)，所述印刷卷筒紙在張力下的重復(fù)長度又將不同于在卷筒紙切割成紙張后的印張的重復(fù)長度(未張緊重復(fù)長度或未張緊產(chǎn)品長度)。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語未張緊重復(fù)長度和未張緊產(chǎn)品長度可互換地被使用，如術(shù)語張緊重復(fù)長度和拉緊重復(fù)長度那樣。
[0037]在優(yōu)選實施例中，產(chǎn)品的重復(fù)長度(在張力下)和卷筒紙中的應(yīng)變二者都定義在朝向印刷機(jī)末端的跨度內(nèi)。然后在生產(chǎn)運(yùn)行期間數(shù)學(xué)地消除產(chǎn)品中的應(yīng)變因素以定義未張緊重復(fù)長度。可用于提供未張緊重復(fù)長度的物理學(xué)和數(shù)學(xué)在下面進(jìn)行總結(jié)。然而，首先，從工程的角度和從印刷工人的角度提供該過程的概況是有幫助的。
[0038]從工程的角度來看，根據(jù)本發(fā)明的各種實施例，產(chǎn)品的未張緊重復(fù)長度可以通過定義其在跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度、然后數(shù)學(xué)地消除該跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變因素來計算。張緊重復(fù)長度可以通過將測量跨度內(nèi)的所有增益應(yīng)用到參考重復(fù)長度(裁切長度)來計算。如果卷筒紙的張力及其硬度是已知的，那么可以定義測量跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變。所述張力是直接的測量結(jié)果。所述硬度可以通過在兩個不同增益處測量卷筒紙張力來定義。所述未張緊重復(fù)長度可以通過改變圖像和卷筒紙的相對速度來調(diào)整。
[0039]轉(zhuǎn)而從印刷工人的角度來看，產(chǎn)品的未張緊重復(fù)長度可以根據(jù)本發(fā)明的各種實施例通過得到產(chǎn)品在張力下的重復(fù)長度、然后減去在釋放該張力時其將迅速恢復(fù)的量來計算?？梢杂嬎阍趶埩ο略谝豢缍葍?nèi)的重復(fù)長度，如果在印刷單元(裁切機(jī))處的重復(fù)長度和卷筒紙在該跨度內(nèi)的速度是已知的話。通過了解卷筒紙的張力和卷筒紙的硬度二者，可以得到重復(fù)長度將迅速恢復(fù)的量。所述張力在印刷機(jī)中通過傳感器測量。卷筒紙的硬度可以通過將其拉伸兩個不同的量并且測量所產(chǎn)生的兩個不同的張力來得到。所述未張緊重復(fù)長度可以通過改變每放下一次圖像有多少卷筒紙通過而被調(diào)整。
[0040]圖1A示出了印刷機(jī)10，其包括在卷筒紙12上印刷的印刷單元100。印刷單元100包括驅(qū)動裝置110，印版滾筒120，膠印滾筒130，和壓印滾筒140。壓印滾筒是具有例如由諸如鋼或鋁的金屬制成的外表面的硬質(zhì)滾筒。膠印滾筒130承載具有由諸如天然或人工合成橡膠的彈性材料制成的外層的印刷膠板。印版滾筒120保持圖像載體，例如印刷板。雖然示出了單一印刷單元100，但是應(yīng)理解的是還可以在印刷單元100的上游設(shè)置另外的印刷單元100。驅(qū)動裝置110可以是驅(qū)動印版滾筒、膠印滾筒和壓印滾筒的單一電機(jī)，或者可以包括多于一個的電機(jī)，使得每個滾筒由不同的電機(jī)驅(qū)動、或者這些滾筒中的兩個由一個電機(jī)驅(qū)動而第三個滾筒由不同的電機(jī)驅(qū)動。雖然為每個印刷單元示出了單獨(dú)的電機(jī)，但是應(yīng)理解的是，作為替代，動力軸可以用來從單一電機(jī)驅(qū)動所有的印刷單元。印刷每個重復(fù)長度而花費(fèi)的時間是:t_eat = 2 π / ω，其中ω是滾筒120以弧度/秒的旋轉(zhuǎn)速度。
[0041]所述印刷機(jī)10還可以包括其他后續(xù)過程200、300，它們例如可以包括干燥機(jī)，冷卻卷紙架，切紙機(jī)和轉(zhuǎn)向桿。在可選過程200、300之后，卷筒紙12穿過托輥400和張緊輥500。如本領(lǐng)域中已知的，張緊輥500測量卷筒紙中的張力。自所述張緊輥500之后，卷紙筒12穿過在防滑輥對600的輥620和630之間形成的輥隙611。電機(jī)610驅(qū)動輥620。電機(jī)610優(yōu)選是伺服電機(jī)。輥620優(yōu)選是硬質(zhì)輥而輥630優(yōu)選是柔性托輥，以便形成防滑輥隙。輥620通常由諸如鋼或鋁的金屬制成，而輥630通常具有例如由天然或人工合成橡膠制成的彈性敷層?？缍菼定義為卷筒紙12在輥500和輥隙611之間的那段?？缍菼具有張力T1,拉緊速度V1，拉緊重復(fù)長度L1和卷筒紙厚度h。電機(jī)610施加基于許多因素的相對于印刷機(jī)的參考速度的增益。在本例中，所述增益基于兩個因素:a i，用于針對張力T的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值；以及P1，用于針對重復(fù)長度L1的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，α和β是本領(lǐng)域中用于編程電機(jī)610的設(shè)定值。如下所述，V1是VMf、a1、和P1、以及h (卷筒紙厚度)、和R1 (輥620的半徑)的函數(shù)。替代地，例如基于由編碼器或解析器測量時的電機(jī)620的旋轉(zhuǎn)速度直接測量V1是可能的。
[0042]在離開輥隙611后，卷筒紙12經(jīng)過托輥700和張緊輥800。自張緊輥800之后，卷紙筒12穿過在防滑輥對900的輥920和930之間形成的輥隙911。電機(jī)910驅(qū)動輥920。電機(jī)910優(yōu)選是伺服電機(jī)，并且根據(jù)％和β2以上述相同的方式驅(qū)動輥920。輥920優(yōu)選是硬質(zhì)輥而輥930優(yōu)選是柔性托輥，以便形成防滑輥隙。輥920通常由諸如鋁或鋼的金屬制成，而輥930通常具有例如由天然或人工合成橡膠制成的彈性敷層?？缍?定義為卷筒紙12在輥800和輥隙911之間的那段?？缍?具有張力T2,拉緊速度V2,拉緊重復(fù)長度L2和卷筒紙厚度h。如本領(lǐng)域已知的，在輥隙911的下游卷筒紙最終被切割。應(yīng)該理解的是，其可以通過折頁機(jī)在線切割，或可以重新纏繞然后以任何其他方式離線切割。在任何情況下，在從卷筒紙上切割之后，紙張將具有未張緊重復(fù)長度L。。
[0043]雖然防滑輥對是優(yōu)選的，但替代的是，輥620、630(和/或920、930)可以被替換為單一硬質(zhì)輥，所述硬質(zhì)輥布置為利用如圖1B所示的絞盤纏繞件而提供防滑條件。在圖1B中，絞盤纏繞件通過一對托輥700’、700”而在輥620 (或920)上被實現(xiàn)。
[0044]通過施加已知的修改到參考重復(fù)長度(在本領(lǐng)域中通常也被稱為裁切長度)，所述拉緊重復(fù)長度被計算。這些修改包括施加到下游電機(jī)￠10或910)的速度增益或α2、β2)，所述電機(jī)控制所關(guān)心的跨度(I或2)中的卷筒紙速度。另一修改考慮了卷筒紙厚度(h)對用于控制其速度的整個輥上的卷筒紙的“節(jié)線”的影響。對于給定印刷機(jī)上的給定印刷作業(yè)，這些修改可以容易且準(zhǔn)確地確定。當(dāng)采用如電機(jī)(610或910)的伺服驅(qū)動裝置時，所述增益可以是用于控制所述伺服驅(qū)動裝置的精確設(shè)定值。卷筒紙的“節(jié)線修改”中的任何誤差將是非常小的，因為所述修改是01/2)/?:很小的數(shù)(卷筒紙的厚度，h)的一半除以相對大的數(shù)(從動輥的半徑&)。通過將跨度中的卷筒紙張力除以其模量，該跨度中的應(yīng)變被計算G1 = T/E)。在優(yōu)選實施例中，所述跨度的張力使用許多商業(yè)上可得到的技術(shù)而被直接測量。在圖1中，例如，張緊輥500用于跨度1，而張緊輥800用于跨度2。在該優(yōu)選實施例中，通過將兩個不同跨度上的張力差除以這兩個跨度中的應(yīng)變差，卷筒紙的模量被確定(E =Λ T/ Λ ε )。所述應(yīng)變差則又根據(jù)速度\、V2和VMf被確定如下:Λ ε=(V2-V1)Arefo由于張力和應(yīng)變測量都可以在生產(chǎn)運(yùn)行期間進(jìn)行，因此模量(E)可以在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算。這可能是重要的，因為已知該模量在輥內(nèi)部和從一個輥到具有相同標(biāo)稱的卷筒紙的下一個輥都是變化的。然后，所述未張緊產(chǎn)品長度可以在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算為L0 (t) = L1U)/(l+Tjt)/E (t))，其中在任何給定時間t，Ltl是未張緊產(chǎn)品長度，L1是在跨度I處的張緊重復(fù)長度，T1是在跨度I處的張力，以及E是計算出的模量E。在生產(chǎn)期間使用上述過程可以提供未張緊產(chǎn)品長度的精確反饋。
[0045]還可以提供其他的實施例、替代方案和加強(qiáng)方案?？梢允褂脭z像機(jī)或復(fù)數(shù)個攝像機(jī)直接測量拉緊產(chǎn)品長度。在印刷工業(yè)中這些測量系統(tǒng)是可用的。還可以通過測量卷筒紙速度并且使其乘以產(chǎn)生重復(fù)的時間(例如，圖像滾筒旋轉(zhuǎn)一周)來計算所述拉緊重復(fù)或產(chǎn)品長度。卷筒紙速度可以使用許多裝置(例如，激光速度傳感器)直接測量，或使用精密編碼器和防滑托輥而間接測量。根據(jù)基材的一致性和工藝要求，卷筒紙厚度可以是一次性由操作員輸入的或者是實時測量的。實時卷筒紙厚度測量系統(tǒng)是容易得到的。在上述優(yōu)選實施例中，通過將兩個不同跨度中的張力差除以這兩個跨度中的應(yīng)變差來定義所述卷筒紙的模量。還可以通過記錄在同一跨度上兩個不同應(yīng)變處的張力來定義所述卷筒紙的模量。但是這將不能提供實時的模量值。所述模量還可以是操作員輸入的或從預(yù)先建立的查找表中拉出的。
[0046]未張緊重復(fù)長度發(fā)生器產(chǎn)生隨時間的未張緊重復(fù)長度計算值Ltl (t)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，對該隨時間的未張緊重復(fù)長度u(t)的計算，例如可以通過計算機(jī)，處理器，或PLC執(zhí)行軟件來實現(xiàn)。替代地，其可以完全在硬件中實現(xiàn)，例如，實現(xiàn)為ASIC( “專用集成電路”)、FPLD( “現(xiàn)場可編程邏輯器件”)，或在離散硬件中通過其他方式實現(xiàn)。當(dāng)在本文中使用時，術(shù)語控制器被定義為包含上述內(nèi)容的任意或全部，包括:包含一個或多個計算機(jī)、處理器或PLC執(zhí)行軟件的控制器；完全在硬件中實現(xiàn)，例如，實現(xiàn)為ASIC、FPLD、或其他離散硬件的控制器；以及前述內(nèi)容的組合。圖1示出了這樣的控制器950，其產(chǎn)生該隨時間的未張緊重復(fù)長度計算值Ltl(t)。在圖1的示例中，發(fā)生器950可以從張緊輥500和800接收隨時間⑴的輸入，并且還可以接收施加到下游驅(qū)動裝置610、910的速度增益(αρβρα2、β2)。為了便于說明省略了各連接，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，所述速度增益可以要么從這些驅(qū)動裝置本身、要么例如從為這些驅(qū)動裝置提供速度增益的控制系統(tǒng)接收。
[0047]如下是在圖1A的系統(tǒng)中的生產(chǎn)期間可以如何確定未張緊重復(fù)長度的非限制性示例:
[0048]變量
[0049]1、常量=R1 =輥620的半徑
[0050]R2=輥920的半徑
[0051]2、來自用于印刷機(jī)的作業(yè)數(shù)據(jù):
[0052]COeef =參考重復(fù)長度
[0053]h =卷筒紙厚度
[0054]3、用于驅(qū)動裝置610和910的驅(qū)動設(shè)定值:
[0055]α 17 α2分別是針對跨度I和2中的張力的傳送增益
[0056]β1? β2分別是針對跨度I和2中的重復(fù)長度的傳送增益
[0057]4、傳感器反饋:
[0058]T1=跨度I中的張力
[0059]T2=跨度2中的張力
[0060]根據(jù)這些變量，可以在圖1A的系統(tǒng)中的生產(chǎn)期間確定所述未張緊重復(fù)長度，如下所示:
[0061]AA1 = LQ(1+ε上其中Ltl =未張緊重復(fù)長度，ε i =跨度I處的應(yīng)變，以及L1 =應(yīng)變I處的張緊重復(fù)長度
[0062]B) L0 = L1/(1+ ε
[0063]L1被定義為L1 = (tEEPEAT) (V1)，其中tKEPEAT =用于印版在印版滾筒轉(zhuǎn)動一整周來印刷圖像的時間，以及V1 =卷筒紙速度1，得到:
[0064]OL1 = (2 Ji / ω EEPEAT) (VEEF(1+ α ^ (1+ β (1+ (h/2) /R1))
[0065]D) Veef — ( ω ΕΕΡΕΑΤ) (Reef)
[0066]將D帶入C并且消去ω ΕΕΡΕΑΤ得到:
[0067]Ε) L1 = (2 31 Reef) (1+ α (1+ β J (1+ (h/2) /R1)
[0068]F) COeef = 2 3? Rkef,其中 COkef =參考重復(fù)長度，例如 700mm。
[0069]將F帶入E得到:
[0070]G) L1 = COeef (1+ a 丄)(1+ β J (1+ (h/2) /R1)
[0071]S1被定義如下:
[0072]H) ε i = I/E，其中E =卷筒紙模量
[0073]將G和H帶入B得到:
[0074]J) L0 = (COeef(1+ a D (1+ β J (1+ (h/2) /R1)) / (l+T^E)
[0075]所述卷筒紙模量E可以被計算為
r ? 、E = ΔΤ
[0076]K) 一

Δε
、Ae= V” VI
[0077]L)~

VREF
[0078]Μ) Δ ε = (VREF(1+ 2) (1+β2) (1+(h/2)/R2) - (1+ J (1+D (1+^/2)/?))/
Vref
[0079]N) Δ ε = (1+°°2)(1+β2)(1+ (h/2)/R2)- (1+ 00 ^ (1+β ^ (1+ (h/2)/R1)
[0080]P) ΔΤ = T2-T1
[0081]將N和P帶入K得到:
E =_ T?- Ti___
[0082]Q) (I +?2) (1+β2) (1+ h/2)- (l+oci) (l+pi)(l+h/2)
R2Ri
[0083]最后，將Q帶入J得到未張緊重復(fù)長度L。。
[0084]在上述說明書中，本發(fā)明已經(jīng)參照特定的示例性實施方式及其示例進(jìn)行描述。然而，很顯然在不偏離如所附的權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的寬泛精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種修改和改變。因此說明書和附圖被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定在張力下穿過印刷機(jī)的卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的方法，包括使用控制器來: 確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度； 確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變；以及根據(jù)所述張緊重復(fù)長度和所述彈性應(yīng)變，計算在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的未張緊產(chǎn)品長度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述張緊重復(fù)長度的步驟包括根據(jù)參考重復(fù)長度和所述跨度內(nèi)的速度增益計算所述張緊重復(fù)長度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述速度增益根據(jù)用于在所述跨度內(nèi)驅(qū)動卷筒紙的電機(jī)的驅(qū)動設(shè)定值被計算，所述驅(qū)動設(shè)定值包括用于針對張力的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值和用于針對重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述彈性應(yīng)變的步驟包括: 通過傳感器測量所述跨度內(nèi)的張力， 確定卷筒紙的硬度，以及 根據(jù)所述張力和所述硬度計算所述彈性應(yīng)變。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述確定卷筒紙的硬度的步驟包括測量在兩個不同的速度增益處卷筒紙中的張力。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述兩個不同的速度增益包括在第一電機(jī)處的第一速度增益，和在第二電機(jī)處的第二速度增益，所述第一電機(jī)通過第一輥驅(qū)動卷筒紙，所述第二電機(jī)通過第二輥驅(qū)動卷筒紙。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中計算所述未張緊產(chǎn)品長度的步驟包括: 在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算隨時間t的未張緊產(chǎn)品長度LtlU): L0 (t) = L1 (t)/(l+S1 (t))，其中在任何給定時間t，Ltl是未張緊產(chǎn)品長度，L1是在所述跨度處的拉緊重復(fù)長度，以及ε i是卷筒紙在所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變； 并且其中ε i = T1 (t)/E(t)，其中T1是在所述跨度處的張力，以及E是卷筒紙模量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度通過攝像機(jī)確定。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度的步驟包括: 測量卷筒紙在所述跨度內(nèi)的速度V1 ;以及 計算張緊重復(fù)長度L1為L1 = (trepeat) (V1)，其中t_eat是用于印刷機(jī)的印版滾筒印刷一個非重復(fù)圖像的時間。
10.一種卷筒進(jìn)紙印刷機(jī)，其用于在連續(xù)的卷筒紙上印刷并且將所述卷筒紙切割為具有未張緊產(chǎn)品長度的印刷產(chǎn)品，所述印刷機(jī)包括: 印刷單元，所述印刷單元包括印版滾筒、膠印滾筒和壓印滾筒，所述印版滾筒具有參考重復(fù)長度； 位于所述印刷單元下游的多個輥，當(dāng)卷筒紙穿過印刷機(jī)時，所述卷筒紙在張力下穿過所述印刷單元和所述多個輥； 控制器，其被配置和布置成當(dāng)卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時生成所述卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度，所述控制器確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在位于所述多個輥中相鄰的一對之間的跨度內(nèi)的張緊重復(fù)長度、確定在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變、并且根據(jù)所述張緊重復(fù)長度和所述彈性應(yīng)變計算在卷筒紙在張力下穿過印刷機(jī)時卷筒紙在印刷機(jī)的所述跨度內(nèi)的未張緊產(chǎn)品長度。
11.如權(quán)利要求10所述的印刷機(jī)，其中所述控制器通過以下來計算所述未張緊產(chǎn)品長度: 在生產(chǎn)運(yùn)行期間計算隨時間t的未張緊產(chǎn)品長度LtlU): L0 (t) = L1 (t)/(l+S1 (t))，其中在任何給定時間t，Ltl是未張緊產(chǎn)品長度，L1是在所述跨度處的張緊重復(fù)長度，以及ε ,是卷筒紙在所述跨度內(nèi)的彈性應(yīng)變； 并且其中ε i = T1 (t)/E(t)，其中T1是在所述跨度處的張力，以及E是卷筒紙模量。
12.如權(quán)利要求11所述的印刷機(jī)，其中還包括用于感測跨度內(nèi)張力的張力傳感器，所述控制器被連接到所述傳感器以檢測所述張力！\。
13.如權(quán)利要求12所述的印刷機(jī)，其中所述張力傳感器是第一張緊輥，并且其中所述第一張緊輥是所述多個輥中的一個，所述第一張緊輥位于第一從動輥上游并且鄰近第一從動輥，其中所述第一從動輥是所述多個輥中的一個。
14.如權(quán)利要求13所述的印刷機(jī)，包括用于檢測張力T2的第二張緊輥，并且其中所述第二張緊輥是所述多個輥中的一個，所述第二張緊輥位于第二從動輥上游并且鄰近第二從動輥，其中所述第二從動輥是所述多個輥中的一個。
15.一種用于確定在張力下穿過印刷機(jī)的卷筒紙的未張緊產(chǎn)品長度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一張緊輥，移動的卷筒紙接觸所述第一張緊輥； 第一輥，其位于所述第一張緊輥的下游，所述第一輥驅(qū)動卷筒紙，卷筒紙的第一跨度在所述第一張緊輥和所述第一輥之間伸展； 第一電機(jī)，其驅(qū)動所述第一輥； 第二張緊輥，其位于所述第一輥的下游，移動的卷筒紙接觸所述第二張緊輥； 第二輥，其位于所述第二張緊輥的下游，所述第二輥驅(qū)動卷筒紙，卷筒紙的第二跨度在所述第二張緊輥和所述第二輥之間伸展； 第二電機(jī)，其驅(qū)動所述第二輥；以及 控制器，所述控制器通過第一張緊輥檢測第一跨度內(nèi)的張力T1，所述控制器通過第二張緊輥檢測第二跨度內(nèi)的張力T2，所述控制器根據(jù)1\、T2、用于第一和第二電機(jī)的驅(qū)動設(shè)定值、所述卷筒紙的卷筒紙厚度(h)、以及參考重復(fù)長度(COkef)來計算未張緊產(chǎn)品長度。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動設(shè)定值包括所述第一電機(jī)的用于針對張力T1的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值a 1、所述第一電機(jī)的用于針對第一跨度的重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值P1、所述第二電機(jī)的用于針對張力T2的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值Ci2、以及所述第二電機(jī)的用于針對第二跨度的重復(fù)長度的傳送增益的驅(qū)動設(shè)定值β 2。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制器根據(jù)以下公式計算未張緊產(chǎn)品長度
1.L0 = (COeef (1+ a J (1+ β ^ (1+ (h/2) /R1)) / (1+VE)， E =_Tr T, _ 其中 (I +0C2) (1+β2) (1+ m- (1+?0 (1+βι)(1+^2)RaRi 并且其中R1是第一輥的半徑以及R2是第二輥的半徑。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括第一托輥，所述第一托輥與所述第一輥形成第一防滑棍隙。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括第二托輥，所述第二托輥與所述第二輥形成第二防滑輥隙。
20.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中卷筒紙布置在圍繞所述第一輥和所述第二輥中至少一個的絞盤纏繞件中。
【文檔編號】G01B21/06GK104139606SQ201410289019
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】D·J·道利, D·M·珀杜, D·E·基夫阿貝 申請人:高斯國際美洲公司