专利名称：用于印版曝光装置的位置保持的步进电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制步进电机的方法，所述步进电机在电流关断之后保持其 最后所占据的位置，其中，所述步进电机具有一个定子和一个转子，所述定子用于产生旋转 磁场。
背景技术：
对于驱动装置的高质量应用——其中重要的是高分辨率的和/或准确的定位或者 定义的、精确的同步运转，出于成本原因取代由电机和具有调节末级的角度传感器组成的 伺服电机而选择更有利的步进电机。在此，视品质而定涉及2相电机、3相电机或5相电机。 很多步进电机的特殊之处在于机械结构。转子在电机轴方向上包括一个永磁体，所述永磁 体的极在机械上是分开的。在此，极数50证明是适合的并且被经常使用。定子具有与50极 相同的齿结构并且包括步进电机的绕组。也可以考虑其他的结构，例如盘式电机。在2相 步进电机中，这些绕组设置呈90°。在3相步进电机中，绕组设置呈120°。在电机中，50 个极偶相互对置。以相同的电流周期与其他绕组同步地但相差相应相角地控制每个绕组。如果仅仅接通电流，则指的是全步，最多半步。单极的末级识别以下值电流0、电 流1、电流1/2 (半步)。双极的末级识别以下值电流-1、电流0 (半步)、电流+1。对于每个 相，正弦控制给出最佳分辨率，因此，总磁力向量均勻地旋转并且因此转子均勻地旋转。通 常在数值上分为例如直到200个不同的、形式为分级的正弦曲线的恒定电流(100+，100-)。 所述电流周期同步地并且相位错开地遍历一次所有的相并且在具有50个极偶的步进电机 中引起1/50转，其也被称作旋转磁场(每转50个旋转磁场)。所述步进电机将以200步和 1/50转(1个旋转磁场)因此以200X50 = 10000微步运动一整转。当必须尤其在低速时精准地定位确定的机器部件或设备部件时，在很多设备和 机器中应用步进电机。与通常的驱动电机相比，步进电机位置非常准确地工作。例如由日 本专利申请JP 2002 095 292公开了一种这样的步进电机。在所述申请中，步进电机具有 电子的转角控制装置和位置调节装置，其可以调节转角或者关于初始位置调节所期望的位 置，而不需要位置传感器。步进电机既可以前向转动也可以反向转动，其中，通过测量关于 参考角的旋转角获得步进电机的位置。此外，步进电机具有一个止挡部，所述步进电机不可 以旋转超出所述止挡部，从而存在转角限制。步进电机也可用于印版曝光装置。在印版曝光装置中，将数字化的印刷稿样以分 色分开地借助于激光写入装置施加到新的印版上。在此，对于四色印刷机必须在这种印版 曝光装置中绘制四个印版。为了使所述过程自动化，可以或者从一个暗盒牵出多个印版或 者通过单独的加载缝隙(Ladeschlitz)牵出一个单独的印版。导入新的印版并且将其缠绕 在印版滚筒上，所述印版滚筒在激光的写入过程期间定位印版。因为印版曝光器中的激光 在印版上绘制的单个格栅点非常窄地相邻排列并且非常小，所以印版在写入过程期间在进 给时被精准地定位。出于所述原因，印版滚筒在印版曝光器中借助于精准工作的步进电机 驱动。出于安全原因，用于印版的导入缝隙借助于安全罩封闭，其中，通过安全罩的触点确
3保了，印版曝光装置内部的步进电机仅在安全罩关闭时工作。在打开安全罩时，步进电机被 印版曝光装置的控制装置关断电流，以便完全排除使用者的危险。在关闭安全罩之后，自动 地重新建立步进电机的电流供给。在此重要的是，印版滚筒的位置并且因此步进电机的位 置在无电流阶段期间不发生变化，因为否则在借助于印版曝光器中的激光重新恢复写入过 程时或者产生至在前像点的空缺或者再次重写入已经绘制的像点。为了精准地达到在无电流阶段之前存在的位置，在至今已知的步进电机中通常进 行所谓的参考运行。这例如意味着存储在关断步进电机的电流之前的位置并且在重新接 通步进电机之后首先进行朝向止挡部的参考运行并且随后从所述止挡部出发安全地重新 到达事先存储的位置。
发明内容
本发明的任务在于，避免这种耗费时间的、朝向止挡的参考运行。根据本发明，所述任务由权利要求1解决，本发明的有利构型可从从属权利要求 和附图中得出。根据本发明的步进电机由定子和转子组成，其中，定子产生旋转磁场。在步 进电机中，定子和转子通常具有大量的极偶，以便能够以一些相应小的步来准确地定位。可 以通过对步进电机的特殊控制来提高步的数量，在此也涉及半步或微步(micro steps)。为 了能够在重新接通电机电流时避免根据现有技术的参考运行，根据本发明设置步进电机 具有一个控制装置，所述控制装置在关断电机电流之前将步进电机的转子定位在转子的与 定子的旋转磁场一致的位置中。通过将转子精准地定位在定子的旋转磁场中，避免了在无 电流的阶段中步进电机的转子的意外的继续旋转并且因此避免了步进电机的转子的位置 的变化。于是确保了 步进电机的转子在关断电机电流之后也保持其事先所占据的位置。 由此在重新接通电流时不出现位置丢失并且可以省去再一次参考运行。这尤其在将步进电 机用到印版曝光装置中时是重要的，因为由于参考运行每次都损失相应的运行时间。因为 出于安全的原因在每次打开印版曝光装置的安全罩时并且在导入新的印版时需要这样的 参考运行，所以由此极大地减少了运行时间并且相应地降低了每小时的印版生产量。借助 本发明可以实现相对于传统的印版曝光装置提高印版生产量。在本发明的第一构型中设置在接通步进电机之后，为了确定旋转磁场的位置借 助于控制装置确定和保存步进电机的转子在到参考元件的路径上所经过的那些步的数量。 仅仅在接通设备时进行一次所述参考运行，从而步进电机的控制装置知道转子相对于定子 的位置。如果在运行期间出于安全原因中断至电机的电流，则由控制装置分别精准地与定 子的旋转磁场一致地定位步进电机并且在重新接通电流之后不必如现有技术那样进行再 次的参考运行。如果转子相反被定位在旋转磁场之外，则其如在现有技术中那样在接通时 首先重新回到定子的旋转磁场中并且改变其位置，这将再次要求本发明中所避免的转子的 参考运行。在本发明的另一实施方式中同样可行的是，当代替地在工厂中进行参考运行并且 相应地在控制装置中将所述参考运行保存在非易失性存储器中时，在开始运行时避免所述 一次性的参考运行。随后必须仅仅绝对确保在运输和交货时电机也可靠地保持定位在其 旋转磁场中。在必要时，为此可以机械地锁止步进电机。此外设置在定子上设置用于确定定子的旋转磁场的参考元件。所述参考元件可
4以是传感器，该传感器检测转子上的标记并且向控制装置报告参考位置。替代地，参考元件 以及传感器可被设置在步进电机的轴上并且在那里检测步进电机的轴上的标记。只要参考 元件检测到标记，则参考位置已到达并且为控制装置所知。此外设置在关断电机之前借助于所存储的步的数量在定子的旋转磁场中定位转 子。所述步的数量在一次性参考运行中已被检测并且保存在控制装置中。从所述一次性参 考运行起现在可以在每次关断过程中准确地在定子的旋转磁场中定位电机。以有利的方式设置在定子的旋转磁场中定位转子之后附加地通过制动装置锁止 步进电机。所述制动装置可以机械地通过传动装置、液压地或电地通过磁体或类似物由步 进电机的控制装置操纵并且负责在振动或设备运输时使转子相对于定子的旋转磁场的位 置不发生变化。以特别有利的方式设置步进电机的控制装置准备好用于确定步进电机的旋转磁 场的位置的信号。在此情形中，可以在接通设备之后省去对旋转磁场的位置的确定，因为在 此可以直接利用步进电机的电机电子装置的控制信号，从而对控制装置而言旋转磁场的位 置是已知的。有利的是，步进电机设置在印版曝光装置中并且在曝光过程期间定位用于接收印 版的印版滚筒。在此情形中，对于电流的每次关断(当为了新的写入过程导入新的印版时) 不必像现有技术中那样进行总是进行参考运行，而是步进电机在导入新的印版之后立即准 备好运行并且可以直接开始写入过程。以有利的方式设置印版曝光装置具有保护罩，所述保护罩打开或关闭用于将印 版导入到印版曝光装置的印版滚筒的开口。所述保护罩防止了操作工作人员与旋转的印版 滚筒的可能接触。为此，保护罩具有触点，这些触点在打开保护罩时中断至步进电机的供电 并且在打开罩时并且在导入新的印版或者在取出旧的印版时不允许电机运行。一旦保护罩 被重新关闭，则通过保护罩的触点重新建立至步进电机的供电并且写入过程可以开始或重 新进行。通过本发明确保了 即便经常打开和关闭保护罩，也尽可能少地损失运行时间，其 方式是在每次关断电流之后避免了在已知的步进电机中所需的参考运行。
根据两页附图详细地描述和解释本发明。附图示出图1 印版曝光装置的示意图，图2 具有用于产生旋转磁场的定子的多极步进电机，图3 :2相1极偶转子的控制，和图4 :2相步进电机中电流/相位变化过程的理想形状和实际形状。
具体实施例方式在图1中以示意图示出印版曝光装置1，其中，借助于未示出的激光写入装置来绘 制印版3。对于每次印刷任务而言，在胶印机中对于每个分色必须绘制一个印版3。这导致 在较大的印刷厂中必须在尽可能短的时间内绘制大量的印版3。出于所述原因，现代的印 版曝光装置1针对每小时尽可能大的印版生产量来设计。在写入过程期间，印版3逐步地、 即逐行地从未示出的静止的激光写入头旁通过并且被绘制。出于所述原因，必须借助于步
5进电机M精准地定位印版滚筒2。步进电机M由电机控制装置4控制，所述电机控制装置4 如此地控制步进电机M的旋转磁场，从而获得所期望的步的数量。步进电机M例如在每相中各以一个定义的电流周期旋转一个旋转磁场(在此 1/50转)并且以每个另外的电地产生的电流周期旋转另一个旋转磁场。在所述步进电机 M的一个旋转磁场中，对于这些电机相存在200个可能的电流组合，这些电流组合即可以动 态地也可以静态地启动并且随着每个新的旋转磁场重复。步进电机M转过一周，得到总共 10000个微步。一个能够产生所述旋转磁场的步进电机末级如下。视电机相数而定需要一 个具有至少2个相同部分的末级。一个部分由一个正向计数和反向计数的计数器组成，该 计数器的输出通过接在其后的数模转换器用作电机电流的电流源。在接通之后，对计数器 的复位引起一个已定义的并且总是相同的电流组合。结果是，在接通该末级时，力矢量以及 转子6跳转到最近的旋转磁场中。该最近的旋转磁场是所述一个旋转磁场内的一个定义 的位置，步进电机M通过电机的转矩尝试强迫进入所述位置。不管是空转运行还是负载运 行，都执行所述跳转或者跳动。因为步进电机M从现在起具有保持力矩和转矩，所以现在能 够通过末级的时钟/方向接口来旋转或定位步进电机M。在印版曝光装置1中，步进电机M通过带传动装置驱动印版滚筒2。在接通之后， 在参考运行中当探测到滚筒2的索引脉冲时将步进电机步被声明为Step 0。从现在起，在 至今的机器系统中能够使滚筒2以定义的时钟数(电机每转的步数乘以传动因数)旋转一 转和更多转。应尽可能仅仅在曝光装置1初始化时进行一次所述参考运行，因为其是费时 的。为了导入新的印版3并且取出已绘制的印版，印版曝光器1具有一个开口，所述开 口具有一个保护罩9。为了导入和取出印版3，必须打开保护罩9。保护罩9具有一些触点， 这些触点在保护罩9打开时中断到步进电机M的电流供给。由此确保了 在保护罩9被打 开时步进电机M不可以继续旋转。对于有序的、引导的罩打开而言，专门的末级负责在实际力矩损失前机械的安全 制动装置7将步进电机M保持在以若干时钟到达的最终位置上。所述最终位置可以与该末 级的参考位置8不同地是任一旋转磁场中的其它199个位置中的一个或是该参考位置8自 身。但迄今为止，在重新接通末级电压时转子6会跳转至最近的旋转磁场的参考位置8中。 但是，重新接通末级的目的是将滚筒2重新带到在有序关断之前最后的、以若干时钟计数 的、明确的旧位置中，而转子6不发生跳转或跳动。在图2中示出了一个多极步进电机M的内部。可以看到，步进电机M由转子6和 定子5组成，所述定子5具有多个极偶。定子5由控制装置4如此供给电流，使得形成所期 望的旋转磁场并且使得转子6按照印版曝光装置1的控制装置4的预定值根据所期望的步 的数量以及以所期望的速度旋转和定位。如果到步进电机M的电流供给现在由于打开保护 罩9而中断，则在现有技术中关于最后所到达的位置的信息会丢失掉。这导致在重新接通 电流时转子6的位置最初是未知的并且因此在现有技术中必须进行参考运行。但根据本发 明，在关断电流前使转子6在定子5的旋转磁场中精准地定位。如果现在重新接通电流供 给，则转子6不改变其位置并且恰好从其在关断电流供给前占据的位置开始继续运行，由 此不产生时间损失。在现有技术中的步进电机中(其中转子不在旋转磁场中定位)，转子 6在重新接通电流供给时并且因此在建立旋转磁场时由电子控制决定地以半步或微步首先
6回到其旋转磁场中并且因此丢失其位置。这恰好通过以下方式避免在关断电流前已经使 步进电机M在旋转磁场中定位和停止，从而在重新接通电流时旋转磁场的力不作用于转子 6上并且不改变该装置的位置。控制装置4可以直接从步进电机M的控制电子装置获取旋转磁场的位置，从而在 此也不需要参考运行。如果步进电机M的电机控制装置的信号不可用，则为了确定旋转磁 场的位置在接通时必须首先确定一次步进电机M在到参考元件8的路径上运行时所经过的 步的数量。所述参考元件8在图2中示例性地设置在定子5上并且由一个光学传感器组成， 该光学传感器检测转子6上的标记。一旦光学传感器检测到该标记，则到达参考位置8并 且已经由控制装置4确定的所经过的步的数量可以反推出旋转磁场的位置。但确定旋转磁 场的位置仅须在接通印版曝光装置1时进行一次并且在打开保护罩9和中断步进电机M的 电流供给时不出现。因此，在所述实施方式中与传统的印版曝光装置相比(在传统的印版 曝光装置中在每次关断步进电机后必须首先进行参考运行以确定步进电机的位置)也更 节省时间。为了保持转子6的位置，各种不同的方法都是可行的。电机M被有序地关闭，该电 机以补充时钟进入任一旋转磁场中对应于参考位置的旋转磁场位置、即0位置旋转磁场并 且使电机停止。在关断前以被计数并且被存储的时钟运行到那里。现在，关断电压，机械的 驻车制动装置7固定所述位置。如果在关闭罩9之后重新接通末级，则转子向量重新位于 旧的位置中，即参考位置8中，其对应于0位置旋转磁场。随后，电机M具有转矩并且制动 装置7被松开，滚筒2保持在旧的位置中作为继续运动的新的起始位置。在重新启动电机 M时不存在转子跳转或跳动。也可以在任意位置中关断电机M。电机M在无补充时钟的情况下被有序地关闭。 即电机在任意旋转磁场中位于任意位置。在关断前已经以被计数并且被存储的时钟运行到 那里。现在关断电压，机械驻车制动装置7再次固定该位置。在关闭罩9之后重新开始运行 时末级被重新接通，但驻车制动装置7尚未被松开。但转子向量跳转到参考位置8中，即 0位置旋转磁场，这与关断前最后到达的向量位置不对应。然而转子6仍不运动，因为制动 装置7仍将转子保持在关断前的位置中。现在可以在制动作用期间计算和输出校正时钟。 现在向量位置与转子额定位置一致。转子6 —直不运动。在释放制动装置7时转子6通过 正确的力向量无跳转和跳动地位于旧的位置中，即关断前的位置中。图3实例性地示出如何通过转换具有1极偶转子的2相电机M中的各个相使电 机M的转子6运动。相的转换通过电机M的末级实现。在图4中示出2相电机M中的理想 的正弦形相，以及电机电压的通过末级调节的、近似的、台阶形的实际相变化，借助所述相 变化在此控制每旋转磁场的10步。通常市场上常见的步进电机末级或自己的末级模块仅限于使电机M旋转。完全可 以想到实现一个扩展的末级，其作为用于检测参考位置8的传感器的替代向外告知计数器 状态0。同样可以想到保持数模转换器上的计数器状态的末级方案，因为例如仅仅关断自 己的电源而不关断其余的电子装置。借助于驻车制动装置7可以始终负责对于接通而言总是获得电机转子6在关断 时的位置，而电机6不进行(跳跃式的)差动运动。
7
一次“大的”参考运行是常见的步进电机M在传动前旋转η转，以便可以在初始 化机器时作为参考使用一次滚筒2上的参考点8。可以将传感器用于电机每转的参考点，以便由“大的”参考运行实现“小的”参考 运行。滚筒2的位置通过滚筒2上的旋转编码器已知。当步进电机M在重新接通后已经 以最多电机一转运动到作为下参考的传感器中时，可以通过计算为滚筒转识别确定的电机 转。从这里开始，现在能够到达优化短的旋转路径上的任何一个所期望的电机位置(即滚 筒位置)。如果只需要通过电机转矩来阻止挤压危险(Quetschgefahr)，所述“小的”参考 运行可以省去机械的驻车制动装置7。附图标记列表
1印版曝光装置
2印版滚筒
3印版
4控制装置
5定子
6转子
7制动装置
8参考位置
9保护罩
M电机。
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权利要求
用于控制步进电机(M)的方法，所述步进电机在关断电流之后保持其最后所占据的位置，其中，所述步进电机(M)具有一个用于产生旋转磁场的定子(5)和一个转子(6)，其特征在于，在关断电机电流之前通过控制装置(4)将所述步进电机(M)的所述转子(6)定位在所述转子的与所述定子(5)的旋转磁场一致的位置中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接通所述步进电机(M)之后，为了确定 所述旋转磁场的位置，借助于所述控制装置(4)确定和存储所述步进电机(M)的所述转子 (6)在到参考元件(8)的路径上所经过的那些步的数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考元件(8)被设置在所述定子(5)上。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考元件(8)被设置在所述步进电机 (M)的轴上。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，在关断所述步进电机(M)之 前借助于所存储的步的数量在所述定子(5)的旋转磁场中定位所述转子(6)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述定子(5)的旋转磁场 中定位所述转子(6)之后附加地通过一个制动装置(7)锁止所述步进电机(M)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述步进电机(M)的所述控 制装置(4)准备好一个用于确定所述步进电机(M)的旋转磁场的位置的信号。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述步进电机(M)被设置在 一个印版曝光装置(1)中并且在曝光过程期间对用于接收印版(3)的印版滚筒(2)进行定 位。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述印版曝光装置(1)具有一个保护罩 (9)，所述保护罩(9)打开或关闭一个用于向所述印版曝光装置(1)的所述印版滚筒(2)提 供印版(3)的开口。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在打开所述保护罩(9)时通过所述控制 装置(4)关断所述步进电机(M)的电流。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在关闭所述保护罩(9)之后通过所述控 制装置⑷向所述步进电机(M)供给电流。
全文摘要
本发明涉及一种用于印版曝光装置的位置保持的控制步进电机(M)的方法，所述步进电机在关断电流之后保持其最后所占据的位置，其中，所述步进电机(M)具有一个用于产生旋转磁场的定子(5)和一个转子(6)。本发明的特点在于，在关断电机电流之前通过控制装置(4)将所述步进电机(M)的转子(6)定位在所述转子的与所述定子(5)的旋转磁场一致的位置中。
文档编号H02P8/00GK101924511SQ20101020312
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者H·奥托, P·梅尔策, V·豪森赫恩 申请人:海德堡印刷机械股份公司