СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ЦИФРОВЫХ ДИСКОВ НУМЕРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
METHOD AND DEVICE FOR POSITION CONTROL OF DIGITAL DISCS OF NUMBERING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к способу и устройству для управления положением цифровых дисков нумерационного устройства, которое используется в печатных машинах для выполнения нумерации печатных документов, в особенности таких, как банкноты и другие ценные бумаги.
Более конкретно, данное изобретение относится к способу и устройству для управления положением цифровых дисков нумерационного устройства такого типа, который включает цифровые диски с независимыми приводами, расположенные рядом друг с другом с возможностью поворота вокруг общей поворотной оси, при этом данный способ включает приведение в действие цифровых дисков между последовательными нумерационными итерациями, в результате чего каждый цифровой диск, который должен быть повернут в положение нового заданного положения, поворачивается до тех пор, пока не достигает этого нового заданного положения.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В области техники, касающейся печатания ценных бумаг, таких как банкноты, переводные векселя и другие подобные документы, важным элементом, который печатается на указанных ценных бумагах, является регистрационный номер. В частности, каждая печатная банкнота обычно получает уникальную комбинацию чисел и букв, составляющих регистрационный номер банкноты.
Ценные бумаги, особенно банкноты, обычно печатаются в виде упорядоченных рядов на следующих один за другим листах или следующих один за другим отрезках непрерывного рулона таким образом, что указанные листы или отрезки рулона предпочтительно транспортируются в нумеровальные печатные машины, где все печатаемые позиции нумеруются за один прогон. Колоды таких пронумерованных листов или отрезков рулона в конечном итоге разрезают на отдельные банкноты в завершение процесса печатания, обычно с тем, чтобы в дальнейшем сформировать стопы документов индивидуальной защищенности.
Нумеровальные печатные машины обычно оснащены нумерационными устройствами, каждое из которых содержит несколько типографских цифровых дисков, имеющих буквенно-цифровые символы, рельефно выгравированные по длине их окружности, причем данные цифровые диски расположены рядом друг с другом для поворота вокруг общей поворотной оси. В зависимости от конфигурации нумерационных устройств приведение их в действие может быть выполнено в соответствии или только с одним, или с несколькими технологиями нумерации, причем указанные технологии нумерации описаны, например, в патенте США №4677910, европейской заявке на патент №0598679 или в Международной заявке №2004/016433.
Международная заявка №2004/016433, ссылка на которую приводится здесь, раскрывает особенно эффективный способ нумерации, который состоит в том, что листы или отрезки рулона нумеруют таким образом, чтобы все стопы, получаемые из данной колоды пронумерованных листов или отрезков рулона (обычно это сотня следующих один за другим листов или частей рулона), соответствовали единой законченной сплошной цифровой последовательности, то есть из колоды листов с количеством М×N ценных бумаг получают М×N стоп, пронумерованных последовательно, то есть М×N×100 ценных бумаг, пронумерованных последовательно. Нумерация, производимая согласно данной схеме, таким образом, дает возможность осуществлять так называемую неблококомпонующую обработку колод листов или частей рулона, то есть формировать полные комплекты стоп обеспечительных документов, пронумерованных последовательно, без необходимости выполнять процесс компоновки блока отдельной стопы для временного хранения и компоновки стоп в правильной последовательности.
Обычные, приводимые в действие механическим путем нумерационные устройства могут быть приведены в действие только последовательным образом, и для приведения их в действие требуются определенные механических средства. Такие нумерационные устройства не могут обеспечивать выполнение того способа нумерации, который описан в международной патентной заявке №2004/016433, если только не вводятся определенные ограничения в отношении числа оттисков на одном листе или отрезке рулона. Это становится возможным только тогда, когда количество ценных бумаг на каждом листе является кратным десяти (или двадцати пяти) и когда нумерационное устройство имеет специфическую конструкцию. Один из вариантов решения данной проблемы описан в Международной заявке №2005/018945. Другой вариант решения описан в европейском патенте №1731324 (в соответствии с Международной патентной заявкой №2006/131839) на имя настоящего заявителя. Указанные варианты решения не применимы к тем случаям, когда листы содержат количество ценных бумаг, которое не является кратным десяти или двадцати пяти.
Кроме вышеупомянутых примеров нумерационных устройств, приводимых в действие механическим путем, способ нумерации, описанный в Международной патентной заявке №2004/016433, требует применения таких нумерационных устройств, которые были бы полностью приспособляемы к тому способу, которым цифровые диски могут приводиться в действие при переходе от предыдущей нумерационной итерации к последующей.
Нумерационное устройство со свободно регулируемыми цифровыми дисками описано, например, в патенте США №5660106. Этот патент описывает нумерационное устройство, в котором все цифровые диски выполнены с возможностью поворота вокруг общего ведущего вала и приводятся в движение скользящей муфтой с ведущим валом и в котором имеются предохранители, приводимые в действие электромагнитным способом, необходимые для того, чтобы выборочно блокировать любой из цифровых дисков в нужном заданном положении. У этого нумерационного устройства есть преимущество, состоящее в том, что избирательно и произвольно выбранные, даже непоследовательные числа могут быть сформированы в любое время, что допускает, в особенности, неунитарный пропуск чисел от предыдущей нумерационной итерации к последующей. Данное нумерационное устройство может, в частности, использоваться для того, чтобы обеспечить выполнение нумерационной схемы, описанной в международной патентной заявке №2004/016433. Более детальное объяснение функционирования этого нумерационного устройства содержится в полном описании изобретения, изложенном в патенте США №5660106. Недостатки этого нумерационного устройства, однако, заключаются в относительно сложном устройстве приводящего в действие механизма и связанных с этим затратах, так же как и в возникновении чрезмерного нагревания, вызванного трением между цифровыми дисками и общим ведущим валом.
Весьма похожее, но более сложное нумерационное устройство, чем то, которое было описано в патенте США №5660106 раскрыто в заявке на патент Германии №3047390. Один из недостатков конкретно этого нумерационного устройства заключается в том, что оно работает медленно и позволяет цифровому диску поворачиваться только в одном направлении.
Нумерационное устройство комбинированного типа описано в международной патентной заявке №2004/016433, уже упомянутой выше. В данном нумерационном устройстве цифровые диски для цифр разряда единиц и цифр разряда десятков приводятся в действие последовательным образом (то есть с помощью исключительно механического приводного устройства), тогда как по меньшей мере цифровые диски для цифр разряда сотен и цифр разряда тысяч приводятся в действие независимым образом, что позволяет осуществлять пропуск чисел во время нумерации. Данная конструкция позволяет следовать определенной нумерационной технологии, упомянутой выше, которая дает возможность выполнять неблококомпонующую обработку стоп.
Недостаток нумерационных устройств, описанных в патенте США №5660106, патенте Германии №3047390, международной патентной заявке №2004/016433, международной патентной заявке №2005/018945 и европейском патенте №1731324, упомянутых выше, заключается в том, что, как и в случае с обычными механическими нумерационными устройствами, данные нумерационные устройства механически взаимодействуют с приводными устройствами, которые по существу не являются частью нумерационного устройства и которые обычно устанавливаются на нумерационной машине, которая и содержит нумерационное устройство. В частности, для каждого нумерационного устройства требуется приводящий в действие кулачковый элемент, необходимый для приведения в действие или по меньшей мере освобождения цифровых дисков, а именно данный кулачковый элемент взаимодействует с соответствующей кулачковой поверхностью, находящейся в нумеровальной печатной машине. В соответствии с некоторыми из предлагаемых решений данной проблемы для приведения в поворотное движение цифровых дисков дополнительно требуется применение механического привода, как это было предложено в качестве решения, описанного в патенте США №5660106, согласно которому требовалось наличие ведущего зубчатого колеса и сопряженного с ним зубчатого сегмента.
Кроме того, во всех вышеупомянутых решениях, предлагаемых в данной области техники, обязательным является наличие механического индексирующего устройства, необходимого для того, чтобы выполнять остановку каждого цифрового диска в отдельности, после того как он достигает необходимого заданного положения. Указанные механические индексирующие устройства обычно разрабатываются по принципу храпового механизма, в результате чего механическая часть взаимодействует с собачкой храпового механизма, имеющейся на каждом диске. В момент начала работы устройства освобождающий механизм приводится в действие для того, чтобы освободить собачку храпового механизма и обеспечить возможность поворота цифровых дисков.
В патенте США №4843959 описывается, со ссылкой на Фиг.3-6 данного патента, другое нумерационное устройство комбинированного типа, в котором шесть цифровых дисков из десяти (а именно цифровые диски для цифр разряда единиц, десятков, сотен, тысяч, десятков тысяч и сотен тысяч) приводятся в движение соответствующими шаговыми электродвигателями с помощью механизмов передачи движения и валов. Каждый двигатель включает в себя позиционно-чувствительное устройство, например датчик положения вала, для обеспечения надлежащего контроля функционирования двигателей, при этом обратная связь позиционно-чувствительных устройств с компьютером дает возможность компьютеру проверять параметры настройки цифровых дисков. Оставшиеся четыре цифровых диска являются носителями отдельных литер для приставок или суффиксов, причем не приводится никакого описания средств, которые используются для приведения в действие указанных дисков.
Функционально независимое от механики электронное нумерационное устройство, в котором для приведения в действие цифровых дисков не требуется никаких механических приводных устройств, раскрыто в европейской заявке на патент №06115994.3, поданной 23 июня 2006 года, а также в заявке №06124403.4, поданной 20 ноября 2006 года от имени настоящего Заявителя и озаглавленной "НУМЕРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТИПОГРАФСКОЙ НУМЕРАЦИИ" (см. также международную заявку РСТ №IВ2007/052366, поданную 20 июня 2007 года, приоритет которой заявляется по приоритету двух вышеупомянутых европейских заявок на патент), содержание которой во всей полноте включено сюда посредством ссылки. Прилагаемые здесь Фиг.1 и 2 являются видами в аксонометрии одного из вариантов выполнения нумерационного устройства, описанного в европейской заявке на патент №06115994.3, признаки которой будут далее кратко рассмотрены, при этом дополнительные варианты выполнения данного изобретения рассмотрены в европейских заявках на патенты №06115994.3 и №06124403.4 (так же, как в международной заявке РСТ №IB2007/052366).
Отличительные признаки нумерационного устройства, являющегося предметом настоящего изобретения, заключаются в том, что каждый цифровой диск данного нумерационного устройства приводится в поворотное движение отдельно выполненным самостоятельным приводным устройством и может быть установлен в любом необходимом заданном положении независимо от положения других цифровых дисков. Эта особенность требует обеспечения возможности управления положением цифровых дисков в момент приведения их в движение, чтобы обеспечить перемещение и установку дисков в соответствующие заданные положения перед последующей нумерационной итерацией. Для достижения этой цели в функционировании нумерационных устройств требовались совершенно новые способы управления и приведения в действие, и данные способы являются предметом настоящей заявки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы улучшить известные нумерационные устройства, а также способы управления ими.
Более конкретно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и устройство для управления положением цифровых дисков нумерационного устройства вышеупомянутого типа с независимо управляемыми цифровыми дисками, причем данные способ и устройство обеспечивают надежность в эксплуатации и правильность функционирования нумерационного устройства.
Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такой способ и устройство, которые обеспечили бы быстроту приведения в действие и точность в управлении заданными положениями цифровых дисков.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такой способ и устройство, которые обеспечили бы установку каждого цифрового диска в конце процесса приведения в действие в правильное заданное положение и не допускали бы влияния внешних факторов, таких как трение, возникающее между соседними поворачивающимися дисками, на точность или правильность данного заданного положения.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить такие способ и устройство, которые были бы эффективны с точки зрения потребления энергии или относительно ограничений, применяемых в отношении приводных устройств, которые обычно приводят в действие цифровые диски.
Достижение всех вышеуказанных целей стало возможным благодаря способу и устройству, охарактеризованным в формуле изобретения.
В соответствии с вышесказанным, настоящим изобретением предлагается способ управления положением цифровых дисков нумерационного устройства, которое относится к типу устройства, содержащему множество цифровых дисков с независимым приводом, расположенных рядом друг с другом с возможностью поворота вокруг общей поворотной оси; причем данный способ включает приведение в действие цифровых дисков между последовательными нумерационными итерациями, в результате чего каждый цифровой диск, который должен быть повернут в положение, соответствующее новому заданному положению, поворачивается до тех пор, пока не достигает своего нового заданного положения. В соответствии с изобретением данный способ дополнительно обеспечивает, по меньшей мере во время приведения в действие цифровых дисков, компенсацию воздействия на цифровые диски внешних факторов путем электронного регулирования положения каждого цифрового диска, который не поворачивается или который достиг своего нового заданного положения.
В соответствии с вышесказанным, настоящим изобретением также предлагается устройство для управления положением цифровых дисков нумерационного устройства, причем данное нумерационное устройство относится к типу устройства, содержащему несколько цифровых дисков с независимыми приводами, расположенных рядом друг с другом для обеспечения поворота вокруг общей поворотной оси; предложенное устройство содержит приводные устройства, необходимые для приведения в действие цифровых дисков нумерационного устройства между последовательными нумерационными итерациями, в результате чего каждый цифровой диск, который должен быть повернут в положение, соответствующее новому заданному положению, поворачивается до тех пор, пока не достигает своего нового заданного положения. Данное устройство дополнительно содержит электронное регулирующее устройство, необходимое для того, чтобы компенсировать воздействие внешних факторов на цифровые диски, по меньшей мере во время приведения цифровых дисков в действие, что достигается с помощью электронного регулирования положения каждого цифрового диска, который не поворачивается или который достиг своего нового заданного положения.
В дальнейшем следует иметь в виду, что выражение «внешние факторы» может относиться к любому внешнему фактору, который может служить помехой процессу приведения в действие цифровых дисков, что в дальнейшем может привести к изменению необходимых заданных положений цифровых дисков. Это в особенности относится к трению, возникающему между соседними цифровыми дисками, один из которых поворачивается, и у поворачивающегося диска появляется тенденция потянуть за собой смежный, не поворачивающийся цифровой диск и, таким образом, изменить его положение. Также это относится к мешающим факторам, которые могут быть вызваны другими элементами, соприкасающимися с окружностью цифрового диска.
Предпочтительно электронное регулирование положения каждого цифрового диска включает в себя мониторинг положения цифрового диска и исправление положения цифрового диска, состоящее в возвращении его в нужное заданное положение.
В соответствии с одним аспектом изобретения приведение в действие цифровых дисков включает (i) первую фазу, во время которой приводимый в действие цифровой диск ускоряется, (ii) вторую фазу, во время которой приводимый в действие цифровой диск движется, по существу, на постоянной скорости, и (iii) третью фазу, во время которой приводимый в действие цифровой диск замедляется, прежде чем достигнуть заданного положения.
Предпочтительно приведение в действие цифровых дисков дополнительно включает (iv) четвертую фазу, во время которой приводимый в действие цифровой диск движется на низкой скорости, пока не достигаются определенные параметры движения, предшествующие полной остановке движущегося цифрового диска, и (v) пятую фазу, во время которой движущийся цифровой диск окончательно приведен в состояние остановки, в соответствии с предварительно определенной последовательностью замедления. Этот последний принцип приведения в действие, включающий описанные выше пять фаз, является предпочтительным, поскольку он обеспечивает гарантию того, что каждый приведенный в действие цифровой диск будет приведен в состояние полной остановки точно в заданном положении, не до и не после него.
В соответствии с другим аспектом изобретения каждый цифровой диск приводится во вращение электродвигателем (предпочтительно это бесколлекторный электродвигатель постоянного тока с электронной коммутацией) и обладает множеством дискретных положений в расчете на каждый полный оборот; причем процесс приведения цифрового диска в заданное положение включает (i) определение множества дискретных положений, которые требуются для достижения цифровым диском заданного положения от его первоначального положения, и (ii) приведение цифрового диска в поворотное движение для прохождения определенного числа дискретных положений в заданный промежуток времени. В данном контексте определение количества дискретных положений, которые цифровой диск должен пройти для достижения заданного положения от его первоначального положения, может исходить из заранее установленной таблицы преобразования.
В контексте описанного выше пошагового приведения в действие цифрового диска, число дискретных положений, требуемых для достижения им заданного положения от его первоначального положения, преимущественно является кратным числом заданному количеству дискретных положений, соответствующих угловому смещению цифрового диска в 360°/s, где s определяет число нумерационных сегментов цифрового диска.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения способ приведения в действие цифровых дисков включает такой этап, как определение для каждого цифрового диска, который будет приводиться в движение, самого короткого пути к заданному положению, причем самый короткий путь должен соответствовать угловому смещению цифрового диска на 180° или менее.
В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения способ приведения в действие цифровых дисков дополнительно включает, после того как все приводимые в действие цифровые диски достигли своих заданных положений, активизацию механического индексирующего устройства, что необходимо для того, чтобы механически зафиксировать в определенном положении все цифровые диски и остановить процесс электронного регулирования положения цифровых дисков до тех пор, пока не будет выполнено последующее приведение их в действие. Указанное механическое индексирующее устройство предпочтительно активизируется во время выполнения процесса накатывания краски на цифровые диски и во время процесса печатания.
Дополнительные преимущественные варианты выполнения настоящего изобретения являются предметом рассмотрения зависимых пунктов формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны и понятны из последующего детального описания вариантов его выполнения, которые представлены здесь посредством следующих примеров, но не ограничиваются ими и проиллюстрированы с помощью прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг.1 является общим видом в аксонометрии одного из вариантов выполнения нумерационного устройства с независимо управляемыми цифровыми дисками с независимым приводом;
Фиг.2 является еще одним видом в аксонометрии варианта выполнения настоящего изобретения, проиллюстрированного на Фиг.1, на котором показана часть механизма привода, которая приводит цифровые диски в поворотное движение;
Фиг.3 является схематическим видом кинематической приводной цепи, соединяющей цифровой диск и взаимодействующее с ним приводное устройство;
Фиг.4а, 4b и 4c являются видами, иллюстрирующими вариант выполнения съемного механизма индексации, который служит для механического совмещения и поддержания положения цифровых дисков;
Фиг.5 является схематической иллюстрацией двух возможных конфигураций соединения трех частичных обмоток электродвигателя, используемого для приведения в движение взаимодействующего с ним цифрового диска, в соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения;
Фиг.6 является схематической диаграммой переключающих комбинаций, которые регистрируются датчиками, встроенными в электродвигатель, используемый для приведения в поворотное движение взаимодействующего с ним цифрового диска;
Фиг.7 является схематической диаграммой, иллюстрирующей, как выполнены частичные обмотки электродвигателя, показанные на Фиг.5; и
Фиг.8 является диаграммой, иллюстрирующей полную фазу приведения в действие цифрового диска, предваряющую достижение им намеченного заданного положения в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ Как уже было упомянуто выше, Фиг.1 и 2 являются видами в аксонометрии одного из вариантов выполнения нумерационного устройства, описанного в европейской заявке на патент №06115994.3, поданной 23 июня 2006 от имени настоящего заявителя и озаглавленной «НУМЕРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТИПОГРАФСКОЙ НУМЕРАЦИИ».
Нумерационное устройство, проиллюстрированное на Фиг.1 и 2, обозначенное в целом номером позиции 1, содержит корпус с нижней рамой 2 и состоящую из двух частей боковую раму 3, 3'. Состоящая из двух частей боковая рама содержит две части 3, 3' боковой рамы (часть 3' боковой рамы не видна на Фиг.1, тогда как на Фиг.2 она преднамеренно не показана с целью объяснения, поскольку Фиг.2 иллюстрирует противоположную сторону нумерационного устройства 1), которая своими нижними концами прикреплена к нижней раме 2 с помощью болтов 25 (показаны на Фиг.2). Верхняя часть нумерационного устройства 1 закрыта верхней крышкой 4 (видна только на Фиг.1), которая прикреплена к частям 3 и 3' боковой рамы с помощью верхних болтов 5. На крышке 4 имеется отверстие 4а, через которое выступает часть нумеровального узла 6, содержащего несколько цифровых дисков 7, расположенных рядом друг с другом для поворота вокруг общей поворотной оси.
В этом варианте выполнения настоящего изобретения нумерационное устройство 1 также закрыто со всех сторон защитными боковыми покрышками 8, установленными на частях 3, 3' боковой рамы с помощью боковых болтов 9. Тогда как на Фиг.1 видны только два боковых болта 9, должно быть понятно, что на противоположной стороне нумерационного устройства 1 имеются два других боковых болта, необходимые для того, чтобы так же зафиксировать в правильном положении боковые покрышки 8.
На Фиг.2 не показаны две боковые покрышки 8 и верхняя крышка 4, а также часть 3' боковой рамы, чтобы лучше было видно расположение элементов, размещенных внутри нумерационного устройства 1. Как изображено в верхней части нумерационного устройства 1, нумеровальный узел 6 заключает в себе несколько цифровых дисков 7, выполненных с возможностью поворота и расположенных рядом друг с другом на общей поворотной оси. В проиллюстрированном варианте выполнения настоящего изобретения нумеровальный узел 6 содержит двенадцать цифровых дисков 7 и один дополнительный предохранительный диск 7'. Функция предохранительного диска 7' состоит в том, чтобы обеспечить нумеровальному узлу 6 определенную длину и симметрию для соответствующего расположения нумеровального узла 6 между двумя частями 3 и 3' боковой рамы. Каждый из цифровых дисков 7 несет на себе буквенно-цифровые символы, такие как ряд чисел (обычно от 0 до 9) и/или ряд букв (например, А, В, С и т.д.). Такие символы используются, чтобы пронумеровать печатаемые ценные бумаги (как это было подробно описано выше). Помимо вышеупомянутых символов, и в зависимости от применения, цифровые диски 7 могут также содержать индексный знак отмены, необходимый для того, чтобы напечатать знак отмены и/или пустой символ для того, чтобы в процессе печатания не печатать какой-либо символ и оставить пустое место. Кроме того, каждый из цифровых дисков 7 имеет по меньшей мере один магнит (не показан), необходимый для выполнения калибровки, причем каждый из указанных магнитов выполнен с возможностью взаимодействовия с соответствующим датчиком 13 (например, датчиком эффекта Холла), расположенным на опорном элементе 14, 14', в соответствии с тем, как это показано и объяснено в европейской заявке на патент №06115994.3. Как показано на примере на Фиг.2, шесть датчиков 13 расположены на опорном элементе 14', а другие шесть датчиков (не показанные на Фиг.2) расположены на опорном элементе 14 (все двенадцать датчиков 13, тем не менее, могут быть расположены на одном и том же опорном элементе). Назначение магнитов и датчиков 13 состоит в том, чтобы откалибровать положение каждого цифрового диска 7 относительно поворотной оси, а также обеспечить приведение каждого цифрового диска 7 в любое из требуемых нумеровальных положений. Опорные элементы 14, 14' установлены между частями 3, 3' боковой рамы и могут поворачиваться в направлении назад от положения, проиллюстрированного на Фиг.2, от нумеровального узла 6, как только верхняя крышка 4 снята, что дает возможность, таким образом, осуществлять монтаж или демонтаж нумеровального узла 6.
Каждый цифровой диск 7 приводится в действие назависимо посредством сопряженных с ними приводных средств. Как показано на Фиг.2, цифровые диски 7 установлены для поворота вокруг общего вала 17, который поддерживается на обоих концах подшипниками, которые размещены на частях 3 и 3' боковой рамы. Цифровые диски 7 посажены на общий вал 17 вместе с предохранительным диском 7', посредством пары удерживающих колец 70 (на Фиг.2 видно только одно из них), причем указанные удерживающие кольца 70 прикреплены к участкам резьбовых концов общего вала 17 (обозначенных номерами позиций 17а и 17b на Фиг.4с). Цифровые диски 7 установлены с возможностью осуществления свободного поворота вокруг общего вала 17 между удерживающими кольцами 70. Общий вал 17 не вращается.
Каждый из указанных цифровых дисков 7 приводится в поворотное движение электродвигателем 15, соединенным с узлом 19, 20, 21, 22, 23 зубчатых колес (показанным схематически на Фиг.3). С этой целью у каждого цифрового диска 7 имеется зубчатое колесо 16, которое выполнено с возможностью вращения вместе с цифровым диском 7. Двенадцать зубчатых колес 16 соответствующим образом расположено между цифровыми дисками 7. В проиллюстрированном варианте выполнения настоящего изобретения приводное средство для приведения в действие цифровых дисков 7, таким образом, содержит двенадцать двигателей 15, двенадцать узлов 19-23 зубчатых колес и двенадцать зубчатых колес 16 (т.е. по одному для каждого цифрового диска 7). Каждый двигатель 15 предпочтительно взаимодействует с редукционным механизмом 18. У редукционного механизма 18 имеется выходной вал 19, на котором расположено первое ведущее зубчатое колесо 20, которое сцепляется с зубчатым колесом 21, установленным на промежуточном валу 22, причем указанный промежуточный вал 22 приводится во вращение зубчатым колесом 21. На промежуточном валу 22 также установлено второе ведущее зубчатое колесо 23, которое сцепляется с зубчатым колесом 16 соответствующего цифрового диска 7. Соответственно, каждый цифровой диск 7 приводится в поворотное движение посредством своего собственного независимого приводного механизма, как это было описано выше, и может быть установлен в любом заданном положении независимо от других цифровых дисков 7.
Z
Узел 19-23 зубчатых колес и сопряженное с ним зубчатое колесо 16 образуют двухступенчатую передачу, как схематично проиллюстрировано на Фиг.3. Эта двухступенчатая передача проявляет определенный коэффициент редукции, который зависит от соотношения числа зубцов ведущих зубчатых колес 20, 23 дискового колеса 21 и зубчатого колеса 16. Более конкретно, коэффициент R редукции двухступенчатой передачи 16, 19-23 задается следующим выражением, где Z1, Z2, Z3, Z4 представляют собой, соответственно, число зубцов первого ведущего зубчатого колеса 20, зубчатого колеса 21, второго ведущего зубчатого колеса 23 и зубчатого колеса 16:
G
Как упомянуто выше, каждый двигатель 15 предпочтительно соединен с двухступенчатой передачей 16, 19-23 через редукционный механизм 18. Этот редукционный механизм 18 обеспечивает дополнительное уменьшение выходной скорости и дополнительное увеличение вращающего момента двигателя 15. Редукционный механизм 18 также дает коэффициент редукции, который будем называть R. Общий коэффициент R редукции между выходом двигателя 15 и сопряженным с ним цифровым диском 7 будет, таким образом, задаваться следующим выражением:
G
Должно быть понятно, что, если редукционный механизм опущен, коэффициент R редукции в выражении (2), приведенном выше, может быть заменен «единицей». Вариант выполнения нумерационного устройства 1, проиллюстрированный на Фиг.1-3, был разработан с целью достижения по меньшей мере следующих трех главных целей:
1. точности позиционирования или точности цифровых дисков 7 настолько высокой, насколько это возможно;
2. времени коммутации для перемещения цифровых дисков 7 в заданные положения, настолько короткого, насколько это возможно;
3. нумерационного устройства настолько маленького и компактного, насколько это возможно.
Двигатели 15 и редукционные механизмы 18 предпочтительно являются компонентами, изготовляемыми и продаваемыми компанией Maxon Motors AG в Швейцарии (www.maxonmotor.com). Более конкретно, двигатели 15 предпочтительно являются бесщеточными электродвигателями постоянного тока с электронной коммутацией (также называемые акронимом BLDC), производимыми Maxon Motors AG под ссылкой ЕС 6, со скоростью вращения в несколько тысяч оборотов в минуту, которая особенно хорошо подходит для настоящего применения, тогда как редукционные механизмы 18 предпочтительно являются миниатюрными планетарными зубчатыми передачами, производимыми Maxon Motors AG под ссылкой GP 6, причем и те и другие имеют диаметр порядка 6 мм. Преимущества применения бесщеточных электродвигателей постоянного тока с электронной коммутацией по сравнению с другими типами двигателей, такими как шаговые электродвигатели, многочисленны. Прежде всего трение и проблемы изнашивания сильно ограничены благодаря бесщеточной конструкции таких двигателей, что, таким образом, приводит к долгому сроку работы. Кроме того, такие двигатели могут быть в существенной степени миниатюризированы, все еще обеспечивая достаточно высокую скорость и высокий вращающий момент для соответствия требованиям нумерационных применений.
Общий коэффициент редукции между выводом электродвигателя 15 и соответствующим цифровым диском 7 выбран таким, чтобы (точность) разрешение позиционирования цифрового диска 7, измеренная по его окружности, имела порядок от 0,10 до 0,15 мм или меньше, для обеспечения достаточно точной настройки положения цифровых дисков 7. Для цифровых дисков 7, имеющих типичный диаметр порядка 20-30 мм, это подразумевает разрешение в несколько сотен шагов за один поворот (то есть угловое разрешение меньше чем 1 градус). Для данного типа двигателя, выполненного, например, с шестью различными положениями за один полный оборот (такой, как двигатель фирмы Maxon ЕС 6), это приводит к полному коэффициенту редукции в диапазоне одной сотни, причем такой коэффициент редукции может быть легко достигнут путем сочетания редукционной передачи 18 и передач 16, 19-23, упомянутых выше.
Мы не будем дополнительно описывать конструкцию вышеупомянутого нумерационного устройства, которая является предметом европейской патентной заявки №06115994.3, полное описание которой включено сюда посредством ссылки. Для целей настоящего изобретения достаточно понимать, что, как упомянуто в ограничительной части независимого пункта формулы изобретения, особенности нумерационного устройства, раскрытого в европейской патентной заявке №06115994.3, заключаются в том, что каждый нумерационный диск нумерационного устройства приводится в поворотное движение своим собственным независимым приводным механизмом и может быть установлен в любое нужное положение независимо от других цифровых дисков. Эта особенность требует, чтобы положение цифровых дисков управлялось во время приведения в действие так, чтобы обеспечить перемещение дисков в соответствующие заданные положения перед последующей нумерационной итерацией. Совершенно новый подход к управлению и приведению в действие должен был быть разработан для этой цели, и этот подход будет описан ниже.
Из вышеописанного будет понятно, что во время приведения в действие цифровых дисков 7 возникает трение между соседними цифровыми дисками 7. Как следствие, каждый приведенный в действие цифровой диск будет иметь тенденцию изменять положение соседних дисков. Согласно изобретению такая тенденция предотвращается путем электронного регулирования положения каждого из цифровых дисков 7, который не поворачивается или который достиг своего нового заданного положения, по меньшей мере во время приведения в действие цифровых дисков 7, чтобы компенсировать эти внешние факторы, действующие на цифровые диски 7. Таким образом, для обеспечения этой компенсации и регулирования положения цифровых дисков 7 предусмотрен электронный регулировочный узел, причем этот электронный регулировочный узел может быть преимущественно выполнен в так называемой Программируемой Вентильной Матрице (FPGA).
В пределах объема настоящего изобретения решение для выполнения такого электронного регулирования может состоять из действия непосредственно на электродвигатель 15, приводя в действие каждый цифровой диск 7 так, чтобы создать высокий тормозной или сдерживающий момент, предотвращая перемещение сопряженных цифровых дисков от требуемого заданного положения. Хотя это решение и возможно в контексте настоящего изобретения, оно, тем не менее, не является предпочтительным, поскольку требует высокого тока и поэтому высокомощного источника питания. Кроме того, это вызвало бы тепловые проблемы, поскольку диссипация энергии увеличивается с потреблением тока. Это решение могло бы также привести к проблемам с осцилляцией.
Предпочтительно, электронное регулирование положения цифровых дисков 7 выполняется путем управления положением цифровых дисков 7 и корректированием их положения для возвращения диска в его нужное заданное положение. Другими словами, вместо того, чтобы предотвращать любое смещение цифрового диска 7 путем приложения высокого сдерживающего момента, цифровой диск 7 может перемещаться, а его положение затем исправляется для возвращения к заданному положению. Это дает возможность сокращения расхода энергии по сравнению с предыдущим решением, упомянутым выше, поскольку никакой ток не приложен к электродвигателю 15, когда он находится в заданном положении, и, таким образом, избегаются проблемы с нагревом.
Контроль за положением цифровых дисков 7 выполняется путем осуществления непосредственного контроля за положением двигателя 15. В этом отношении упомянутый выше двигатель Maxon ЕС 6 снабжен интегрированными в него датчиками (или средствами контроля) для контроля за положением ротора. Конкретнее о положении ротора сообщается посредством трех встроенных датчиков Холла, выполненных с отклонением в 120 градусов один от другого, обеспечивая, таким образом, шесть различных переключательных комбинаций за один полный оборот, как схематично показано на Фиг.6. Расположение обмоток на стороне статора представляет собой ромбическую обмотку, разделенную на три частичных обмотки, каждая из которых смещена на 120 градусов, которая может быть соединена либо «звездой», либо «треугольником», как проиллюстрировано на Фиг.5, и которая выполнена согласно диаграмме на Фиг.7. С двухполюсным постоянным магнитом на стороне ротора это дает двигатель, имеющий шесть возможных положений на один оборот, которые ниже будут называться термином «дискретные положения».
U
Согласно одному возможному варианту выполнения приводных средств, упомянутых выше, общий коэффициент R редукции между выходом двигателя 15 и соответствующим ему цифровым диском 7 выбирается равным 108 (это значение упомянуто только с целью иллюстрации и не должно расцениваться как ограничивающее), что приводит к разрешению, равному 648(=6×108) дискретных положений за один полный оборот цифрового диска 7. Предположим, что цифровой диск 7 содержит двенадцать нумерационных сегментов, равномерно распределенных по окружности цифрового диска (т.е. один нумерационный сегмент на каждые 30 градусов), проскок от одного нумерационного сегмента до его ближайшего соседа соответствует 54(=648/12) шагам. Выражаясь более общими терминами, это означает, что для заданной конструкции цифрового диска с «s» нумерационными сегментами число дискретных шагов, необходимых для достижения цифровым диском 7 своего заданного положения из его настоящего положения, кратно заданному числу дискретных положений S (54 дискретных положения в вышеприведенном примере) в соответствии с угловым смещением цифрового диска в 360/s градусов.
Преимущество описанной выше конструкции нумерационного устройства заключается в том, что каждый цифровой диск может поворачиваться в любом нужном направлении. Соответственно, любое из нумеровальных положений цифровых дисков может быть достигнуто в пределах угла поворота, равного 180 градусам или меньше. Таким образом, способ управления предпочтительно осуществляют таким образом, что он дополнительно содержит этап определения, для каждого из приводимых в действие цифровых дисков 7, самого короткого пути к заданному положению, при этом этот самый короткий путь соответствует угловому смещению цифровых дисков 7 на 180 градусов или меньше.
U
U
Со ссылкой снова на приведенный выше пример цифрового диска с двенадцатью сегментами это означает, что число дискретных положений приведения в действие цифрового диска будет равняться произведению n на S, где n - целое число между 0 и 6. Необходимое число дискретных положений приведения в действие для поворота цифрового диска из его настоящего положения в его требуемое заданное положение может, таким образом, быть подытожено в простой таблице преобразования приведенного ниже типа, где величины ±n (n=0, 1, 2…6) указывают на кратное значению S число раз, за которое должны быть выполнены шаги для достижения заданного положения:
U
U
Например, предположим, что настоящее положение цифрового диска находится на нумерационном сегменте 8 (например, для печатания цифры «7»), и что этот цифровой диск должен быть повернут к нумерационному сегменту 11 (например, для печатания знака отмены «█»), цифровой диск должен быть приведен в действие на n=3, умноженное на S дискретных шагов в положительном направлении, т.е. в общей сложности на 162 дискретных шага в вышеупомянутом числовом примере, где S=54 дискретных положения.
В этом примере, когда двигатель 15 выполнил 162 дискретных шага в положительном направлении (т.е. 27 полных оборота в этом примере), соответствующий ему цифровой диск достигает своего заданного положения. После достижения этого заданного положения положение двигателя 15 контролируется посредством встроенных датчиков Холла. Если обнаружены одно или большее количество дискретных положений в положительном или отрицательном направлении (такие дискретные положения могут быть вызваны внешними факторами, такими как трение с соседним поворачивающимся цифровым диском), двигатель 15 приводится в действие для возвращения цифрового диска 7 к его заданному положению путем «сложения» или «вычитания» соответственного числа корректирующих дискретных шагов.
Помимо вышеупомянутого принципа коррекции, цифровые диски должны приводиться в действие так, чтобы обеспечивать настолько быстрый поворот цифровых дисков к нужным заданным положениям, насколько это возможно. В этом контексте то обстоятельство, что каждый цифровой диск может приводиться в действие в двух направлениях, как упомянуто выше, выгодно в том смысле, что каждый цифровой диск в самом «худшем» случае должен повернуться на угол максимум в 180 градусов.
На практике нумеровальная печатная машина сконструирована так, чтобы работать со скоростью нескольких тысяч листов в час (лвч), обычно порядка 10000 лвч. Например, рассмотрим случай машины, работающей со скоростью 12000 лвч. На такой скорости каждый нумерационный цилиндр, на котором установлены нумерационные устройства, выполняет полный оборот за 0,3 секунды. Во время каждого оборота каждое нумерационное устройство должно быть приведено в действие, покрыто чернилами и затем введено в контакт с документами, которые должны быть пронумерованы. На практике это означает, что время приведения в действие для каждого нумерационного устройства ограничивается приблизительно от 100 до 120 миллисекунд.
Основываясь на вышеприведенных соображениях, средняя скорость вращения каждого цифрового диска 7 должна по меньшей мере быть порядка 250 оборотов в минуту, что означает, что электродвигатель 15 должен быть способным к достижению по меньшей мере 27000 оборотов в минуту из-за коэффициента редукции, имеющего место между электродвигателем 15 и сопряженным с ним цифровым диском 7 (27000 оборотов в минуту=108×250 оборотов в минуту). В этом контексте двигатели фирмы Maxon и планетарные зубчатые передачи отлично приспособлены для этого применения, поскольку двигатель Maxon ЕС 6, соединенный с планетарным зубчатым редуктором привода Maxon GP 6, способен достичь приблизительно 40000 оборотов в минуту.
На Фиг.8 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая предпочтительный многофазный принцип приведения в действие, которого необходимо придерживаться для выполнения поворота цифровых дисков 7 к их намеченным заданным положениям. На Фиг.8 горизонтальная ось представляет собой число дискретных шагов приведения в действие двигателя 15, в то время как вертикальная ось представляет собой его скорость (при условии, что сопряженный цифровой диск, как следствие, соответствует тому же самому графику приведения в действие).
Вообще говоря, приведение в действие цифровых дисков 7 может быть разложено на три последовательные фазы, а именно: (i) первая фаза А, во время которой приводимый в действие цифровой диск ускоряется, (ii) вторая фаза В, во время которой приводимый в действие цифровой диск работает с по существу постоянной скоростью, и (iii) третья фаза С, во время которой приводимый в действие цифровой диск замедляется, прежде чем достигнуть намеченного заданного положения.
O
O
BREAK
TARGET
Во время первой фазы приводимый в действие цифровой диск 7 ускоряется, приводя сопряженный с ним электродвигатель 15 к заданной скорости V (или до достижения определенного числа дискретных шагов S приведения в действие). После этого электродвигатель работает с по существу постоянной скоростью во время фазы В до того, как заранее определенное число оставшихся дискретных шагов S остается до достижения заданного числа дискретных шагов S. С этого момента электродвигатель (и сопряженный с ним цифровой диск) замедляется.
На практике трудно просто замедлить электродвигатель так, чтобы сопряженный с ним цифровой диск достиг полной остановки точно в нужном заданном положении. Действительно, из-за высокой скорости вращения двигателя и присущих допусков на погрешность измерения всегда есть риск, что полная остановка цифрового диска произойдет на несколько дискретных шагов до или после того, как достигнуто нужное заданное положение, что затем требует, чтобы заключительный дискретный шаг исправления «прибавлял» или «вычитал» соответствующее число корректирующих дискретных шагов.
Соответственно, приведение в действие цифровых дисков предпочтительно дополнительно содержит (iv) четвертую фазу D, во время которой приводимый в действие цифровой диск работает с низкой скоростью, пока не достигнуты определенные параметры приведения в действие, предшествующие полной остановке приводимого в действие цифрового диска, и (v) пятую фазу Е, во время которой приводимый в действие цифровой диск приводится к полной остановке в соответствии с заранее заданной последовательностью замедления.
LOW
LOW
STOP
TARGET
LOW
Согласно этому предпочтительному принципу приведения в действие, электродвигатель (и сопряженный с ним цифровой диск) замедляется во время фазы С до достижения минимальной скорости V (например, порядка 1500 оборотов в минуту) и затем работает с минимальной скоростью V во время фазы D до достижения определенного числа дискретных шагов S перед заданным числом дискретных шагов S. Минимальная скорость V одна и та же для всех электродвигателей, причем в конце фазы D скорость и число оставшихся дискретных шагов известны.
TARGET
Другими словами, в конце фазы D оценка параметров двигателя для заключительной фазы замедления Е возможна и может быть заранее вычислена и сохранена в справочной таблице. Во время фазы Е, таким образом, скорость коммутации электродвигателей, приводящих в действие цифровые диски, уменьшается в соответствии с заранее определенной последовательностью замедления, до достижения полной остановки в нужном заданном положении (т.е. когда достигается заданное число дискретных шагов S).
Как упомянуто выше, при достижении заданного положения электронное регулирование положения цифровых дисков активируется, чтобы не позволить внешним факторам, а конкретно трению от соседних поворачивающихся цифровых дисков, вызывать изменения в положении цифровых дисков.
Как уже обсуждалось выше, в нумерационном устройстве предпочтительно предусмотрены средства калибровки, включающие, например, по меньшей мере магнит, расположенный на каждом цифровом диске 7, и соответствующий датчик 13 для распознавания прохода указанного по меньшей мере одного магнита. Эти средства калибровки применяются для периодической калибровки исходного положения каждого цифрового диска 7 для обеспечения надлежащего соответствия между фактическим положением каждого цифрового диска 7 и измерениями, сделанными на уровне сопряженного с ним электродвигателя 15.
Обратимся теперь к Фиг.4а-4с, на которых схематично проиллюстрирован вариант выполнения съемного механизма индексации для механического совмещения и поддержания положения цифровых дисков во время нумерационного процесса (этот вариант также образует предмет европейской патентной заявки №06115994.3). Этот механизм индексации позволяет обеспечить, в случае необходимости, точное расположение цифровых дисков 7 в их заданных положениях. Подразумевается, что этот механизм индексации активируется только тогда, когда все цифровые диски переместились путем поворота в свои заданные положения. Дальнейшие варианты выполнения такого съемного механизма индексации описаны в европейской патентной заявке №06124403.4 и заявке РСТ №IВ2007/052366, уже упоминавшихся выше.
Съемный механизм индексации работает в сущности путем толкания подвижного индексирующего элемента 50, выступающего параллельно к поворотной оси цифровых дисков 7, к индексирующим углублениям 7а, выполненным на цифровых дисках 7. Согласно варианту, изображенному на Фиг.4а-4с, индексирующий элемент 50 взаимодействует с внутренней периферией цифровых дисков 7, на которой предусмотрены внутренние индексирующие углубления 7а. Могут быть предусмотрены и другие варианты, например механизм индексации, включающий индексирующий элемент, который взаимодействует с внешними индексирующими углублениями, выполненными между нумерационными символами на внешней периферии цифровых дисков 7.
В варианте, изображенном на Фиг.4а-4с, индексирующий элемент 50 интегрирован с общим валом 17 и расположен аксиально вдоль периферии общего вала 17. Этот индексирующий элемент 50 оттягивается из внутренних индексирующих углублений 7а во время приведения в действие цифровых дисков 7 (см. Фиг.4b) и придавливается к этим индексирующим углублениям 7а после завершения процесса приведения в действие (см. Фиг.4а).
Индексирующий элемент предпочтительно приводится в действие с использованием электромагнитной системы приведения в действие, включающей, например, статическую катушку возбуждения (не показана), расположенную внутри общего вала 17 и окружающую индексирующий элемент 50 так, чтобы толкать этот элемент к индексирующему углублению 7а или вытягивать из него. Предпочтительно, в катушке возбуждения течет ток катушки, создающий переменную силу сопротивления для перемещения индексирующего элемента 50 вверх и, таким образом, высвобождения цифровых дисков 7. Индексирующий элемент 50 предпочтительно приводится в свое исходное положение (то есть положение, при котором индексирующий элемент 50 вдавливается в индексирующие углубления 7а) посредством пружин (таких как пластинчатые пружины), расположенных между индексирующим элементом 50 и валом 17.
В пределах объема настоящего изобретения описанный выше механизм индексации приводится в действие для того, чтобы механически блокировать положение всех цифровых дисков по достижении всеми приводимыми в действие цифровыми дисками своих заданных положений. При приведении в действие механизма индексации электронное регулирование положения цифровых дисков, описанное выше, останавливается, пока не будет осуществлено следующее приведение в действие цифровых дисков. Механический механизм индексации преимущественно активируется по меньшей мере во время операции печати и предпочтительно также во время предварительной операции покрытия цифровых дисков чернилами.
Подразумевается, что различные модификации и/или усовершенствования, очевидные для специалиста в данной области, могут быть выполнены для вариантов выполнения, описанных выше, не отступая от объема изобретения, определенного приложенной формулой изобретения. Например, несмотря на то что предпочтителен механический механизм индексации, такой механизм как таковой не требуется, и положение цифровых дисков может управляться во время печати и/или покрытия чернилами исключительно описанным выше электронным процессом регулирования.