专利名称：高速加工机及间歇式高速加工机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速加工机(flying processing machine)，其用于移动连续条带材料(下面称之为卷材)，例如纸、塑料、纤维、金属箔片以及它们的组合物，同时在数字控制下旋转滚筒，该滚筒上安装有加工器械(下面称之为加工工具)例如印版、冲模和铸模，并且在其一预定位置上将加工工具压靠在移动的卷材上，从而在卷材和加工工具同时移动的过程中在卷材上工作；还涉及一种间歇式高速加工机，其在间歇地移动卷材和加工工具的过程中可以实现该加工过程。当然，应该理解的是，根据加工工具的类型，加工过程可以包括印刷、压力加工、切割以及类似的操作。
背景技术：
高速加工机包括具有外圆周工作面的滚筒，滚筒的圆周速度与卷材的移动速度同步从而实现高速加工。因此，加工节距等于滚筒的周长。为了改变节距，必须更换整个滚筒。这不仅麻烦，而且由于需要保存大量的滚筒做备用从而导致费用增加。
迄今为止，解决了滚筒交换型机的问题并提供了可变化的加工节距的工具交换型(tool-exchange type)高速加工机已经是公知的。
图19A示出了印刷机200的结构，该印刷机是现有技术中工具交换型高速加工机的例子(参见日本专利中请公开NO.2001-260323)。
该印刷机200包括印版滚筒241、压印滚筒243、网纹辊244和墨水腔245。
墨水腔245中的墨水转移到网纹辊244的表面上，然后涂覆到与网纹辊接触旋转的印版242的凸起表面上。接着将附着在印版242凸起表面上的墨水涂覆到印刷片240上。压印滚筒243通过伺服电动机M1246旋转驱动，转速通过未图示的控制系统控制。印版滚筒241同样通过独立于第一伺服电动机M1246的第二伺服电动机M2247旋转驱动。印版滚筒241的转速被独立于压印滚筒的控制系统控制。应该注意的是，印版242与印版滚筒241的连接是通过用双面粘胶带262将印版242固定在片状磁体261上完成的，该磁体261磁性地连接在印版滚筒241的外圆周上，如图19B所示。通常，具有固定在磁体上的不同印版242的不同型式的板单元可以预先准备，因此板单元可以根据需要进行替换。可以理解的是，板的替换非常简单，因为仅仅需要将板和磁体片一起从印版滚筒上移开，然后将新的板单元(连同它的磁体)磁性地连接到印版滚筒241的外圆周上。
这种印刷机200的操作将在下面进行描述。
压印滚筒243在预定转速下旋转，该预定转速可以通过安装在控制系统内的设定装置任意设定。另一方面，印版滚筒241的转速可以在预定的循环中变化。图19C显示了印版滚筒241转速变化的两种方式。在一个方式中(i)，一个节距包括以低速旋转开始并加速到预定高速的移动，在该高速下旋转持续一预定时间段，之后减速到低速，在该低速下旋转持续一预定时间段，这样的运动被重复进行。在该例子中，高速区为印刷区，在该高速区中印版滚筒的圆周速度等于印刷片的运行速度，也就是，压印滚筒的圆周速度。另一种方式(ii)显示了一个例子，其中在印刷间歇过程中的转速比印刷区的转速快。在该例子中，印刷是以与压印滚筒的圆周速度相同的圆周速度(低速区)进行的，加速和减速是在不进行印刷的间歇区(非印刷区)内实现，因此从整体上来看印版滚筒旋转一周所经过的长度刚好等于一个节距。尽管由上述控制系统设置的一个节距的下限是印版的长度(在卷材的移动方向上测量)加上加速区和减速区的长度之和时，但一个节距没有上限。
在该印刷机200中，印版滚筒241的旋转被控制以至于印刷在标记测试传感器251测试结果的基础上在一预定位置上实现。尤其是，印刷片最初印刷有标记250(用于剪切、印刷或者其它的操作)，因此如果实际存在的印刷节距通过设定装置进入控制系统，当参考标记的测量通过标记测试传感器251进行时印刷在节距的任何位置(通过设定装置进行设定)上实现。应该注意的是，如果卷材上具有预先存在的印刷，在标记测试的基础上会实现对节距或多或少记录的不准确进行自动补偿，因此印刷总是在适当的位置上实现。此外，印刷速度适于自动地追随印刷片的移动速度，也就是，印版滚筒的转速，因此即使印刷速度是变化的，节距也不会存在移位从而保证满意的印刷。相反，如果卷材上没有预先存在的印刷，当通过设定装置从外部进入控制系统时，印刷在节距的任意一个位置上实现。同样地，在这种情况下，印刷速度适于自动地跟随印刷片的移动速度。
上面所描述的印刷机是连续驱动高速加工机的一个例子。下面，将对现有技术中的间歇式驱动的高速加工机的第二例子进行描述。
现有技术中第二例子通过图20中所示的印刷机300来表示。这是一种可以间歇式供给印刷介质的印刷机，其中当标签图案连续地印刷在印刷介质360的辊子上时，例如带有离型纸的标签片上时，印刷通过重复印刷标签图案的步骤进行，即首先在前进的方向上供给印刷介质，然后以相反的方向轻微地移动印刷介质，然后再一次在前进方向供给印刷介质从而实现印刷，通过使相邻的标签图案之间的间距最小来达到消除印刷介质浪费的目的。
这种间歇式印刷介质供给型印刷机300包括通常为滚筒的印版滚筒361，该印版滚筒361用于将标签图案印刷在印刷介质360上；以及适于将印刷介质夹紧在它自身和印版滚筒361之间的压印滚筒363。印版滚筒361具有在滚筒上纵向延伸(在垂直于印刷介质供给方向的方向上)的凹陷部362。印刷机还包括张紧装置，用于使印刷介质抵靠在压印滚筒和供给器364，365上，从而可以在向前和向后方向上移动印刷介质。
通过这种印刷机，当旋转的印版滚筒361与压印滚筒363相接触时印刷介质360向前供给从而实现印刷，但是当旋转印版滚筒361的凹陷部362位于压印滚筒侧时，由于印版滚筒361与压印滚筒363没有接触从而不会实现印刷，并且在该期间印刷介质向后移动。通过向前和向后重复的供给印刷介质，标签图案的连续印刷可以被实现(见日本专利申请公开NO.2000-52530)。
现有技术中的第一印刷机例子的结构为当预先印刷在片材上的参考标记的测量通过标记测量传感器251进行时，可以在节距(印刷片材通过印版滚筒旋转一周所移动的长度)的任何一个位置上实现印刷。印刷位置由标记的节距决定。因此，任意改变印刷位置的节距是困难的。
此外，在现有技术的第一例子中，印版滚筒的转速是可变的，而印刷片材的供给速度是恒定的。但当片材的非印刷段长度与印版滚筒上的缺少印版段的圆周长度相比较短时，片材经过非印刷段长度的供给速度由印版滚筒在缺少印版段的圆周长度上所需的旋转时间来决定。因此，片材的供给速度，以及该例子中的生产速度一定会显著地降低。
在现有技术的第二例子中，印版滚筒的转速是恒定的而印刷介质的供给速度是可变的，当印刷介质通过它的非印刷段长度的供给时间与印版滚筒通过它的凹陷部的圆周长度的旋转时间同步时印刷连续地进行。然而，当印刷片材的非印刷段的长度与印版滚筒的凹陷部的圆周长度相比较长时，为了在该较长的片材供给时间内旋转凹陷部，印版滚筒的转速，以及该例子中的生产速度一定会显著地降低。
在近几年里，市场需求的多样化需要加工小批量的在较宽范围内变化的产品。从而需要在较宽的尺寸变化范围内变化的卷材以及在较宽的尺寸变化范围内变化的工具。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种高速加工机，该高速加工机能够在预定的位置处以任意节距在卷材上进行工作，而不需要在卷材上预先做标记。
本发明的第二目的是提供一种高速加工机，该高速加工机能够在较宽的尺寸变化范围内以较高的生产速度工作。
为了实现本发明的第一目的，本发明提供了一种高速加工机，包括滚筒；安装在滚筒的一部分外圆周表面上的加工工具；用于移动用研究材料(subject material)制成的卷材来进行加工的卷材驱动装置；用于旋转驱动滚筒的滚筒驱动装置；以及控制装置，在将加工工具的旋转圆周长度与卷材的移动长度相匹配的同时，该控制装置将加工工具抵靠在卷材上；其特征在于，所述控制装置适于在作为给定值的卷材的非加工长度L和滚筒的缺少加工工具段的长度Lq、以及在测试加工工具的后端时测出的滚筒的圆周旋转长度和卷材的移动长度的基础上，通过对滚筒驱动装置加速和减速来控制滚筒驱动装置，使卷材在非加工长度L上的移动时间和滚筒在缺少工具段的长度Lq上的旋转时间相互匹配。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供了一种间歇式高速加工机，包括滚筒；安装在滚筒的一部分外圆周表面上的加工工具；用于移动用研究材料制成的卷材来进行加工的供给装置；用于驱动供给装置的供给驱动装置；用于旋转驱动滚筒的滚筒驱动装置；以及控制装置，在将加工工具的旋转圆周长度与卷材的移动长度相匹配的同时，该控制装置将加工工具抵靠在卷材上；其特征在于，所述控制装置适于在加工过程中作为给定值的卷材的非加工长度L和滚筒缺少加工工具段的长度Lq和滚筒和供给装置的同步速度VO、以及在测试加工工具的后端时测出的卷材的移动长度和滚筒的圆周旋转长度的基础上，通过对进给器驱动装置和滚筒驱动装置进行加速和减速来控制进给器驱动装置和滚筒驱动装置，使卷材在非加工长度L上的移动时间以及滚筒在缺少工具段的长度Lq上的旋转时间相互匹配，并且在加工过程中，通过控制进给器驱动装置和滚筒驱动装置使供给装置的速度和滚筒的转速以同步速度VO相互匹配。
图1为代表本发明高速加工机的第一实施例的印刷机的加工过程的示意图；图2示意性示出代表本发明高速加工机的第一实施例的印刷机的结构；图3为图1和图2中所示印刷机的滚筒的示意剖面图；图4为图1和图2中所示卷材加工后的示意前视图；图5为当L＞Lq时，滚筒的圆周速度的示意图；图6为当L＜Lq时，滚筒的圆周速度的示意图；图7为L＞Lq时状况的示意图；图8为L＜Lq时状况的示意图；图9为滚筒的最小圆周速度的示意图；图10为代表本发明高速加工机的第二实施例的印刷机的结构的示意图；图11A和11B为当L＜Lq时，滚筒的圆周速度和供给装置的圆周速度的示意图；图12A和12B为当L＞Lq时，滚筒的圆周速度和供给装置的圆周速度的示意图；图13A和13B为滚筒的圆周速度加速和减速的示意图；图14A和14B为供给装置的圆周速度加速和减速的示意图；图15A和15B为当L＜Lq时，滚筒的圆周速度和供给装置的圆周速度的示意图；图16A和16B为当L＞Lq时，滚筒的圆周速度和供给装置的圆周速度的示意图；图17为滚筒的最大圆周速度或者供给装置的最大圆周速度的示意图；图18为滚筒的最小圆周速度或者供给装置的最小圆周速度的示意图19A为代表现有技术第一例子的印刷机的结构的示意图，图19B为该印刷机的滚筒的截面图，图19C显示了滚筒的两种旋转方式；以及图20为代表现有技术第二例子的印刷机的结构的示意图。
具体实施例方式
本发明高速加工机的第一实施例将在下面参照图1和图2中所示的印刷机1进行描述。
根据本发明的第一实施例的印刷机1包括卷材10、滚筒11、加工工具12和对应于片材40的挤压辊13，分别图示在图19所示的现有技术的例子1中的印版滚筒41、印版42以及压印滚筒43。印刷机1还包括墨斗2、供墨辊3，4以及电机M5。
滚筒11为圆柱形形状并且具有加工工具12，例如通过磁力、粘合剂或者类似的方式连接在外周面上的印版、冲模、铸模或者类似结构。
图3示出了滚筒的剖面图，其中Lp表示加工工具的圆周长度(下文称之为加工长度)；Lq表示滚筒缺少加工工具部分的圆周长度(下文称之为控制长度)；以及Lp+Lq＝πD表示滚筒的周长(在此，D为滚筒的直径)。
图4示出了加工之后的卷材10，其中Lp表示被加工工具加工之后的卷材的长度(＝加工长度)；L表示卷材没有被加工的长度(称之为空白长度)；以及Lp+L表示节距或者重复长度。
在图4中，交叉线部分表示已加工的部分。
接下来将描述如何控制本发明的高速加工机。
(1)当L＞Lq时图5示出了在该情况下的滚筒的圆周速度。如果滚筒11与在卷材10通过空白长度L的时间中的卷材速度V相比在长度(L-Lq)上减速，则在该段时间中滚筒通过长度L-(L-Lq)＝Lq，此后滚筒将与卷材同时通过加工长度Lp。然后，滚筒的速度在Lp的终端处(被称之为Lp终点)改变，然后这些步骤重复进行。
(2)当Lq＝L时在这种情况下，节距＝Lp+L＝Lp+Lq＝πD。滚筒与卷材的速度同步旋转。
(3)当L＜Lq时图6示出了在该情况下滚筒的圆周速度。它仅仅需要相对于滚筒11在卷材10通过空白长度L的时间段里的卷材速度V在长度(L-Lq)上加速前进。然后滚筒通过长度L+(Lq-L)＝Lq，此后滚筒与卷材同步地通过加工长度Lp。接着，滚筒的速度在Lp端点处改变，然后这些步骤重复进行。
应该注意的是，前面所述的用数字控制伴随着下面重要的工况。
尤其是，除非在卷材加速通过空白长度L的时间段里(此后称之为供给时间)速度改变被终止，否则不可能进入同步阶段(卷材速度＝滚筒圆周速度)。然而，通过电机转矩和和惯性(电机轴转换的)所产生的加速度(或者减速度)α是有限的。假定用于加速度(或者减速度)所需的时间与速度改变的时间相对应，即供给时间≥速度改变的时间是所必须的条件(1)当L＞Lq时假定加速度为α并且加速时间是Δ，如图7中所示，|Lq-L|＝αΔ·Δ(2)当L＜Lq时如图8所示，Lq-L＝αΔ·Δ因此，在任何情况下，Δ=|Lq-L|α]]>供给时间＝L/V速度改变时间＝2Δ∴L/V≥2ΔV≤L/2Δ=L2|Lq-L|α---(1)]]>
···Vmax=L2|Lq-L|α---(2)]]>(Vmax表示卷材的最大允许速度)在切削机中，例如属于高速加工机的旋转剪，对应于加工长度Lp的剪切边缘的宽度即使具有斜面(用于剪子剪切的倾斜表面)仍然相对于圆筒体的周长显得很小并且是不变的。然而，在本发明涉及的高速加工机中，加工长度Lp可以从长到短变化很大，并且相应的控制长度Lq(＝πD-Lp)也可以有较大的变化。在这点上，高速加工机不像切削机那样简单。
自然地，因为产品具有较宽范围内的不同节距，所以空白长度L(节距-Lp)可以相应改变。因此，在等式(2)中所示的速率限度作为本发明的高速加工机的理论等式具有重要的意义。
用于设计目的的Vmax表可以在L(空白长度)、Lq(控制长度)和α(加速度)的基础上利用等式(2)进行计算。然而，因为在实践中需要在速度变化的终点处控制还原(settling)时间，因此希望卷材速度的实际值Vmax比理论值Vmax稍低一点。此外，速率限度中的各种速度可以稍微减小。
出于这些原因，优选地在理论值Vmax的基础上建立Vmax表并且伴随跟踪路径(trial runs)的实时(on-site)校正。这样，Vmax表可以在Lq和L作为地址(addresses)的基础上马上读出，从而保证可以获得较高的生产速度。
在L＞Lq的情况下，假设滚筒11以相反的方向旋转(参见图9中的虚线所示)。在这种情况下，控制可以实现滚筒首先减速并且在到达零速度之前滚筒从外部设定从而维持在最小速度Vmin，然后进入到加速阶段(参见图9中所示的实线)。
此原因将参照图1中所示印刷机的印刷过程进行解释。
印刷过程包括通过供墨辊3和4将墨斗2中的墨水输送到滚筒11的加工工具(印版)12上，从而在卷材10上实现印刷。然而，如果滚筒反向旋转或者停止，供墨辊3和4也将反向或者停止，导致墨水不能通过供墨辊3和4均匀地输送到加工工具(印版)12上，可能导致印刷不平整。由于该原因，由于停止滚筒是不允许的，更别说反向，因此进行控制从而使滚筒即使是在如图9所示的非常低的速度(最小速度Vmin)下也是正向旋转。为此采用还原时间tx。
更进一步地，如果该过程允许滚筒反向或者停止，则通过进行控制使Vmin为负数(反向)或者为零(停止)是可能的。这样的控制方式将作为第二实施例在下面进行说明。
代表了本发明高速加工机的第一实施例的印刷机的细节现在将参照图2进行描述。
滚筒11具有安装在其上的加工工具12。卷材10通过挤压辊13与滚筒11相接触并且当在供给辊14和计量辊15之间被挤压时通过供给辊14供给。与供给辊14压力接触的计量辊15具有可以产生脉冲的编码器16，脉冲的频率通过频率/速度转换器FV24转换成卷材的速度V。脉冲还在累加器ACC27中累加并且转化成卷材长度L1。
滚筒11和挤压辊13的轴由伺服电动机18通过减速齿轮17驱动。安装在伺服电动机的输出轴上的编码器19产生脉冲，脉冲的频率通过频率/速度转换器FV22转换成速度(圆周速度)并提供速度反馈VC。此外，来自编码器19的脉冲被累加并通过累加器ACC29转换成滚筒圆周长度L2。
加法器21具有速度参考值VR或从比较器CP23传来的最小速度Vmin以及从频率/速度转换器FV22传来的速度反馈VC，速度的不同信号提供给驱动器20，该驱动器20是用于在不同信号的基础上控制伺服电动机MR18的电机速度的半导体电源转换器。半导体电源转换器可以是硅可控整流器，DC换流器，矢量变换器，PWM变换器或者类似装置，取决于电机(DC电机，感应电动机或者AC电动机)的类型以及所需的功率。
卷材的空白长度L和滚筒11的控制长度Lq通过来自外部的设置终端被传递给L-Lq计算器30和Vmax表31。Vmax表31开始存储在上述存储器内。通过参考空白长度L和控制长度Lq，允许的最大速度Vmax可以通过Vmax表获得。卷材10在低于该值(允许的最大速度Vmax)的速度下被供给。
数值L-Lq，L2和L1由计算器30，累加器29和累加器27分别提供给加法器28，在加法器28中计算出值E＝(L-Lq)-L1+L2，然后值E被提供给数值/速度转换器DV26。
数值/速度转换器DV26进一步提供加速度α。为此，当数值/速度转换器DV26将长度数值E＝L-Lq-L1+L2转换成速度VO，这通过非线性转换器而不是线性转换器来实现，该非线性转换器中长度E的线性改变近似于速度VO的线性改变。此外，转换器DV26设定输出速度VO的梯度作为加速度α。
数值/速度转换器DV26的输出VO与频率/速度转换器FV24的输出V通过加法器25进行计算从而提供值VR(＝V-VO)，该VR值随后被输入到比较器CP23中，在该比较器CP23中值VR与设置的最小速度Vmin相比较。VR和Vmin中的较大者从比较器中输出。比较器CP23的输出与频率/速度转换器FV22的输出VC通过加法器21进行计算，从而提供了上述值(VR或者Vmin)-VC，该值随后被输入到驱动器20中。
安装在滚筒11的外圆周面上的加工工具12具有圆周长度LP，这种高速加工机1包括当LP的后端12E经过底部固定中心时用来测量的传感器6。传感器6在此被称为LP传感器。该传感器可以是安装在滚筒轴上的光学传感器或者绝对(absolute)编码器，图2中显示了光学传感器。
下面对操作的描述将从操作的一个节距完成时的时间点开始，即加工工具的旋转完成以及LP端退出卷材的时候，换句话说，也就是当LP传感器6产生信号SE的时候，该SE信号表示LP端12E经过底部固定端。累加器27和29被信号SE清零(L1＝L2＝0)，值E＝L-Lq通过数值/速度转换器DV26转换成VO，并且值V-VO＝VR变为速度参考值。
(1)当L＞LP时VO为正数，值V-VO＝VR小于卷材的速度V，并且循环将进入减速阶段，其中滚筒的圆周速度将如图5和7所示。因此，L2将小于L1由此加法器28的输出E＝L-Lq-L1+L2从正数向零的方向变化直到E变为零，也就是，VO变为零并且L1-L2＝L-Lq。即，在循环的该阶段中当卷材长度L1为L时，滚筒的圆周长度L2等于控制长度Lq，此后，L1的增大将与L2的增大相当，并且在长度LP上加工工具的加工实现卷材和滚筒同时进行。在到达LP端时，作为由LP传感器6产生的信号SE的结果，值E变为L-Lq，此后前述的步骤重复进行。
(2)当L＜LP时当累加器27和29的值L1和L2被分别清除时，值E＝L-Lq通过数值/速度转换器DV26变为VO，但是值VO和值V-VO＝VR＞V为负数，并且循环将进入加速阶段，其中滚筒的圆周速度将如图6和图8中所示。因此，L2将比L1大，从而使输出E＝L-Lq-L1+L2从负数朝零的方向变化直到E变为零，也就是说，VO变为零并且L1-L2＝L-Lq。即，在循环的该阶段中当卷材长度L1为L时，滚筒的圆周长度L2等于控制长度Lq，此后，L2的增大将与L2的增大相当，并且在长度LP上加工工具的加工实现卷材和滚筒同步。在到达LP端时，作为由LP传感器6产生的信号SE的结果，值E变为L-Lq，此后前述的步骤重复进行。
此外，虽然在图2中未示出，但卷材10上印刷有标记。在现有技术中，该标记通过标记测试传感器51测试从而适当地实现印刷。然而，在本发明中，卷材长度的测量ACC的内容L1被检查并且在测试标记的基础上进行校正。此外，滚筒圆周长度的测量ACC的内容L2通过LP传感器6或者单独设置的并用于校正的原始位置(home position)传感器进行核对，因此使得进一步提高精确度成为可能。
如前面所讨论的，根据本发明，即使安装在滚筒上的加工工具例如印版、冲模和铸模具有不同的尺寸，提供这样一种高速加工机是可能的，该加工机通过在L-Lq计算器30中设定非加工长度(空白长度L)以及滚筒缺少加工工具段的圆周长度(加工长度Lq)，对不同节距的卷材例如纸、塑料、纤维、金属箔片以及它们的组合物，能够实现在任何所需的位置处以任何所需的节距进行加工。
接着，本发明的高速加工机的第二实施例将参照图10中所示的印刷机进行描述。该印刷机作为一种间歇式高速型具有特殊的特征。
根据本发明的第二实施例的印刷机具有伺服电动机MF，其用于加速和减速，以及在加工的每个循环中向前或者向后推进用于移动卷材材料的进给装置，此外伺服电动机MR在加工的每个循环中用于使滚筒加速和减速。因为供料器的速度也可以改变，在卷材材料中提供了垫圈，该垫圈作为用于适应卷材的前部和后部之间的速度不一致的装置的一个示例(见图10)。
通过两个互相协调一致的伺服电动机的加速和减速，获得具有较高生产速度的高速加工机成为可能，该装置具有较宽范围内变化的加工工具尺寸以及较宽范围内变化的卷材尺寸。
在下面的描述中，用于描述第二实施例的所需术语具有它们自身的含义，即使这些术语与第一实施例中描述所用的术语一样，其中LP表示加工工具的圆周长度＝通过加工工具加工的卷材长度(下文称之为加工长度)；Lq表示滚筒上缺少加工工具的部分的圆周长度(下文称之为控制长度)；并且LP+Lq＝πD表示滚筒的周长(在此D为滚筒的直径)。
L表示卷材的没有加工的长度(称之为空白长度)；并且LP+L表示节距或者重复长度。
图11和12表示第二实施例中数字控制伺服电动机的速度的波形，其中图11A，12A表示滚筒伺服电动机的圆周速度；图11B、12B表示供给装置伺服电动机的圆周速度。
在加工长度LP上，滚筒和供给装置以相同的速度同步运行，但是在控制长度Lq上，滚筒和供给装置两者的速度都是变化的以至于当滚筒在它的长度Lq上旋转时，供给装置在它的长度L上提供卷材。
(1)当L＜Lq时当供给装置减速时，滚筒加速(图11A和11B)。
(2)当L＞Lq时当供给装置加速时，滚筒减速(图12A和12B)。
通常，高速加工机本身是加工生产线的控制者，而该加工机之前和之后的生产线部分是被动的。尤其是，如图10所示，卷材具有位于高速加工机的上游和下游的垫圈，垫圈的数量在前部(例如，通过卷绕材料的重绕)和后部(例如通过产品卷材的卷取)被控制，并且在加工过程中滚筒和供给装置的同步速度(被称之为VO)单独设置。
如图13和14所示，虚拟长度LO(下文称之为参考长度)被引入用于改变滚筒和供给装置两者的速度，其中图13A显示了当处于加速状态下的滚筒的圆周速度，图13B表示了减速状态下的滚筒的圆周速度。图14A显示了供给装置在减速状态下的圆周速度，图14B显示了供给装置在加速状态下的圆周速度。
假如供给装置通过它的参考长度LO以相同的速度VO供给卷材，滚筒本身相对于速度VO加速(或者减速)从而在长度LO-L上前进更多(或者更少)。结果，Lq-LO+LO＝Lq，即滚筒旋转长度Lq。
假如滚筒在参考长度LO上以同步速度VO旋转，供给装置本身相对于速度VO减速(或者加速)从而在长度LO-L上前进更少(或者更多)。结果，Lq-LO+LO＝Lq，即供给装置通过它的空白长度L供给卷材。
如何确定参者长度Lo如果参考长度LO可以任意确定，可能会出现不协调的情况。
如果参考长度LO接近于控制长度Lq，值|Lq-LO|变小但是值|L-LO|变大，以至于滚筒的速度变化比供给装置的速度变化结束地更早。如果参考长度LO接近于空白长度L，值|Lq-LO|变大但是值|L-LO|变小，以至于滚筒的速度变化比供给装置的速度变化结束的更晚。因此，参考长度LO应该处于Lq和L之间，并且理论上讲，参考长度可以根据滚筒和供给装置的加速度比通过在Lq和L之间按比例分配来确定。
如果滚筒的加速度和供给装置的加速度相同，参考长度LO可以为Lq和L的中间值。
当Lq＞L时，图15A表示了滚筒圆周速度，图15B显示了供给装置的圆周速度，因此Lq＞LO＞L，并且Lq-LO＝αRΔ·Δ＝αRΔ2LO-L＝αFΔ·Δ＝αFΔ2(3)(Lq-LO)/(LO-L)＝αRΔ2/αFΔ2＝αR/αFLO＝(Lq+(αR/αF)L/(1+αR/αF) (4)(2)当Lq＜L时，图16A显示了滚筒圆周速度，图16B显示了供给装置的圆周速度，因此Lq＜LO＜L，并且LO-Lq＝αRΔ2L-LO＝αFΔ2(5)(LO-Lq)/(L-LO)＝αR/αF因此，LO同样地可以由等式(4)来表示。
其中αR为滚筒的加速度；αF为供给装置的加速度；并且Δ为加速时间。
加速度取决于电机转矩和电机轴转换惯性。
通过等式(3)和(5)，加速时间Δ可以通过下面推导得出Δ=|Lq-LO|αR]]>或Δ=|Lq-LO|αF---(6)]]>以空白长度Lq和空白长度L作为地址的LO(参考长度)表可以根据等式(4)通过设计计算得出并且可以通过跟踪路径校正。
同步速度VO的最大值Vomax
参考长度LO的供给时间必须大于速度改变时间2Δ，如图15和16所示。
在加工操作开始之前速度改变已经完成并且同步速度VO已经建立是前提条件。
供给时间≥速度改变时间即，LOVO≥2Δ]]>···VO≤LO2Δ---(7)]]>···Vomax=LO2|Lq-LO|αR]]>或LO2|LOL|αR---(8)]]>滚筒和供给装置的速度极限尽管在图示的例子中所有的线性加速和线性减速的速度变化波形显示为三角形，但在速度改变在控制长度Lq上进行的情况下，实际上这种波形由于速度极限可以为梯形。
图17显示了速度被最大速度Vmax限制的例子，其中最大速度Vmax由电机的额定每分钟转数和机器的规格确定。另一方面，因为滚筒经常需要一些或者其它的准备，例如需要在完成加工操作之后加墨水，因此不允许滚筒反向旋转，但是在许多情况下可以限制在最小速度Vmin(在正向旋转上)，如图18所示。同样地，在一些情况下，由于卷材的性质而不允许供给装置反向旋转。
本发明作为标准的设备提供了用于控制滚筒和供给装置的极限速度的控制系统。即，为反向旋转设置为负值的最小速度Vmin，当设定Vmin为零时，滚筒和供给装置停止旋转。
在任何情况下，如图17和18中所示，滚筒和供给装置的圆周速度与图15和16所示的情况相比具有一定的滞后，以至于等式(4)和(8)是不精确的。此外，因为在第一位置处，在速度改变结束时需要控制的还原时间，如图15和16所示，Vomax稍低于从等式(8)所获得的值是可行的。
由于这些原因，当根据等式(8)进行设计计算所获得的Vomax表可以开始工作时，存储在存储器中的Vomax表优选地可以根据图17和18中所示的速度极限以及图15和16中所示的控制还原时间在通过跟踪路径实际测量的基础上进行校正。
根据本发明的代表高速加工机第二实施例的印刷机100的细节现在将参照图10进行描述。
滚筒111具有安装在其上的加工工具112。卷材110通过挤压辊113与滚筒111相接触。滚筒111和挤压辊113通过伺服电动机MR120驱动。
设置在前面和后面的分别是第一供给器和第二供给器，每个供给器包括供给辊114和测量辊115，这些辊通过伺服电动机MF140驱动，共同组成了供给装置，该供给装置通过滚筒111供给材料并用于旋转加工。
编码器121和141与伺服电动机120和140的轴相连接，并分别产生脉冲，脉冲的频率通过频率/速度转换器FV124和FV144转换成速度，并分别提供速度反馈VCR和VCF。从电机轴的编码器送来的脉冲同样也分别在累加器ACC131和151中累加，并转换成滚筒的圆周长度L2R或者供给装置的供给长度L2F。
加法器126的输出速度参考值VO-VR＝VRO与比较器CP125的VRmin值相比较，当VRO＞VRmin时，输出VRO；当VRO≤Vmin时，输出Vmin。同样地，加法器146的输出速度参考值VO-VF＝VFO与比较器CP145的VFmin值相比较，当VFO＞VFmin时，输出VFO；当VFO≤VFmin时，输出VFmin。
加法器123从速度参考值VRO或者VRmin减去速度反馈VCR，并且将得到的结果输出到驱动器122上。同样地，加法器143从速度参考值VFO或者VFmin减去速度反馈VCF，并且将得到的结果输出到驱动器142上。每个驱动器122和142为可以控制相关电机速度的半导体电源转换器也可以是硅可控整流器，DC换流器，矢量变换器，PWM变换器或者类似装置，取决于电机(DC电机，感应电动机或者AC电动机)的类型以及所需的功率。
卷材的空白长度L和滚筒111的控制长度Lq通过外部设定而获得。同步速度VO同样也由外部设定获得并送到振荡器116，该振荡器116随后输出相应频率的脉冲FO。
当L和Lq已知时，VOmax可以从VOmax表读出，并且同步速度VO小于VOmax。
脉冲FO在ACC129和149中累加并且分别转换成滚筒参考值L1R和卷材参考值L1F。
当加工长度LP的尾端(LP端)经过底部固定中心时，用于测试的传感器在这里被称为LP传感器106。该传感器可以是光学传感器或者安装在滚筒轴上的绝对编码器。
数值/速度转换器DV128和148分别将数值输入ER和EF转换成速度VR和VF，从而使长度E产生与速度V的线性变化近似的线性变化。此外，可以设置输出V的变化速率，即数值/速度转换器DV的加速度，并且在此可以想到加速度可以分别设置成αR和αF。
操作下面对操作的描述将从操作的一个节距完成时的时间点开始，即，加工工具旋转完成并且LP端退出卷材的时刻，换句话说，也就是LP传感器106产生信号SE，所有的累加器ACC被该信号清除的时刻。(1)首先，滚筒电机MR120的数值的控制将得到解释。
数值/速度转换器DV128的输入为LO-Lq-L1R+L2R＝ER(9)当L1R和L2R在LP端被清除时，值ER＝LO-Lq通过数值/速度转换器DV128变为VRO，并且加法器126的输出，即速度参考值VRO变为等于VO-VR。
当LO＞Lq时，VR＞0并且VRO＜0，循环进入减速阶段。
当LO＜Lq时，VR＜0并且VRO＞0，循环进入加速阶段。
在减速阶段中，L2R小于L1R，因此等式(9)中的值ER从正数朝零的方向变化，直到ER变为零，VR变为零并且L1R-L2R＝LO-Lq。
在加速阶段中，L2R大于L1R，因此等式(9)中的值ER从负数朝零的方向变化，直到L1R-L2R＝LO-Lq。
即，当滚筒的参考长度L1R变为参考长度LO时，滚筒的圆周长度L2R等于控制长度Lq，然后L1R的增长与L2R的增长相当，加工操作将实现长度LP与L1R和L2R同步。在到达LP端时，L1R和L2R的累加器ACC129和131被LP传感器产生的信号清除，然后上述的步骤重复进行。
(2)下面将解释滚筒电机MF140的数值控制。
数值/速度转换器DV148的输入为LO-Lq-L1F+L2F＝EF(10)当L1F和L2F在LP端被清除时，值EF＝LO-L，并且速度参考值VFO变为等于VO-VF。
当LO＞Lq时，VF＞0并且VFO＜0，循环进入减速阶段。
当LO＜Lq时，VF＜0并且VFO＞0，循环进入加速阶段。
在减速阶段中，L2F小于L1F，因此等式(10)中的值EF从正数朝零的方向变化，直到EF变为零，VF变为零并且L1F-L2F＝LO-L。
在加速阶段中，L2F大于L1F，因此等式(9)中的值EF从负数朝零的方向变化，直到EF变为零，VF变为零并且L1F-L2F＝LO-L。
即，当滚筒的参考长度L1F变为参考长度LO时，供给长度等于控制长度Lq，然后L1F的增长与L2F的增长相当，加工操作将实现长度LP与L1F和L2F同步。在到达LP端时，L1F和L2F的累加器ACC149和151被LP传感器产生的信号清除，然后上述的步骤重复进行。
此外，虽然在图10中未示出，但如果材料卷材具有印刷在其上的标记，卷材长度的累加器ACC中的内容L1F或L2F可以通过标记传感器检测和校正。此外，滚筒圆周长度的累加器ACC的内容L1F或L2F可以通过单独设置的内置式传感器检测和校正。
如上所述，应该理解的是，即使安装在滚筒上的加工工具(例如印版，冲模和铸模)具有不同的尺寸，本发明提供了一种间歇式高速加工机，其允许降低资金的投入并且同时简化工具的结构和更换从而使卷材的平均速度最大化，从而加快生产速度，由于数字控制驱动装置，该装置通过改变滚筒和供给装置两者的速度从而使尺寸相一致，并且对于不同节距的卷材，例如纸、塑料、金属箔以及它们的组合物使滚筒和供给装置能够同步运行从而实现连续加工。
权利要求
1.一种高速加工机，包括滚筒；安装在滚筒的一部分外圆周表面上的加工工具；用于移动由研究材料制成的卷材从而进行加工的卷材驱动装置；用于旋转驱动滚筒的滚筒驱动装置；以及控制装置，用于在将加工工具的旋转圆周长度和卷材的移动长度相匹配的同时实现将加工工具抵靠在卷材上；其特征在于所述控制装置适于在作为给定值的卷材的非加工长度L和滚筒缺少加工工具段的长度Lq、以及在测试加工工具的后端时测出的滚筒的圆周旋转长度和卷材的移动长度的基础上，通过对滚筒驱动装置加速和减速来控制滚筒驱动装置，使卷材在非加工长度L上的移动时间和滚筒在缺少工具段的长度Lq上的旋转时间相互匹配。
2.根据权利要求1所述的高速加工机，还包括用来存储最大允许卷材速度Vmax表的存储器部，所述表以所述控制系统设定的卷材的非加工长度L以及滚筒的缺少工具段的长度Lq作为地址。
3.一种间歇式高速加工机，包括滚筒；安装在滚筒的一部分外圆周表面上的加工工具；用于移动用研究材料制成的卷材来进行加工的供给装置；用于驱动供给装置的供给驱动装置；用于旋转驱动滚筒的滚筒驱动装置；以及控制装置，在将加工工具的旋转圆周长度与卷材的移动长度相匹配的同时，该控制装置将加工工具抵靠在卷材上；其特征在于所述控制装置适于在加工过程中作为给定值的卷材的非加工长度L和滚筒缺少加工工具段的长度Lq、以及滚筒和供给装置的同步速度VO、以及在测试加工工具的后端时测出的卷材的移动长度和滚筒的圆周旋转长度的基础上，通过对进给器驱动装置和滚筒驱动装置进行加速和减速来控制进给器驱动装置和滚筒驱动装置，使卷材在非加工长度上的移动时间与滚筒在缺少加工工具段的长度上的旋转时间相互匹配，并且在加工过程中，通过控制供给驱动装置和滚筒驱动装置使供给装置的速度和滚筒的转速以同步速度VO相互匹配。
4.根据权利要求3所述的间歇式高速加工机，还包括用于存储参考长度LO表的存储部段，从而将滚筒加速或者减速段的长度确定为LO-Lq，供给装置加速或者减速段的长度确定为LO-L，所述表以所述控制系统设定的卷材的非加工长度L以及滚筒的缺少加工工具段的长度Lq作为地址。
5.根据权利要求3或4所述的间歇式高速加工机，还包括用于存储允许同步速度VOmax表的存储部段，所述表以所述控制系统设定的卷材的非加工长度L以及滚筒的缺少工具段的长度Lq作为地址。
全文摘要
本发明公开了一种高速加工机及间歇式高速加工机，高速加工机包括在一部分外圆周表面上装有加工工具的滚筒；用于移动卷材的卷材驱动装置；用于旋转驱动滚筒的滚筒驱动装置；控制装置，当加工工具的旋转圆周长度与卷材的移动长度一致时，该控制装置将加工工具抵靠在卷材上进行卷材的加工；控制装置适于在卷材的非加工长度和滚筒的缺少加工工具段的圆周长度、以及在测试加工工具后端时测出的滚筒的圆周旋转长度和卷材的移动长度的基础上，通过加速和减速来控制滚筒驱动装置，以至于卷材在非加工长度L上的移动时间和滚筒在缺少工具段的长度上的旋转时间相互匹配，因此可以在预定位置处以任何所需的节距来完成加工。
文档编号B41F33/04GK1524692SQ2004100302
公开日2004年9月1日 申请日期2004年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者林克一, 山本勇 申请人:脑数控有限公司