专利名称：精确的数字定位系统的制作方法
本申请是一个申请的部分继续申请，所述一个申请于94年2月14日提出，其序号为08/195,279，而所述一个申请又是另一个申请的部分继续申请，所述另一个申请于91年11月14日提出，其序号为07/792,870，现在专利号为5,325,120。
本发明涉及数字精确定位系统。尤其涉及具有基底静电固位装置的传送系统，该系统用于印刷机或其它需要精确的位置对准的设备。
在机械领域中有各种传送系统，这些系统需要将基底或物件从一个装置传送到另一个装置，以在基底上进行上系列的工作。例如，在区域叠合彩印(CAP)中，纸基底被从一个固定的印刷装置移动到下一个，以将颜色相继地附着到纸上，同时，色点组成图象，而图象在相继的每一个印刷处都是精确对准的。在印刷中需要精确对准，因为互相叠在一起的不同颜色的油墨共同起到多层滤色器的作用，当所述滤色器象这样被叠在一起时，它们可产生各种各样的色调。一般地，对于一个50μm2的印点，对准精度希望保持到约±5μm。
将物件从相继的工作装置中精确地传送过，并不只是在印刷领域中具有重要性。例如，在集成电路生产流程中，半导体片必须非常准确地传送到相继的固定的照射装置，加面层装置，腐蚀加工装置及引线框附上装置，以形成最终产品。半导体片相对于工作装置的任何误定位都会导致废品，这对制造商来说是很大的浪费。
根据不同的用途，例如印刷，加面层等，基底载体可以是带或滚筒。载体甚至可以是通常所说的移动板式传送装置，其中，载体板相对于固定板往复运动，同时，在移动板向后移动时，固定板防止被传送物件的后滑。
传统上已用昂贵且不方便的精确固定机构满足了精确传送基底和其它物件以及使其精确定位的需要，所述固定机构通常包括机械夹具或真空吸附器，以保证载体上的基体或其它物件的固位。载体装置，例如用于印刷工业中的纸张滚筒，不仅复杂昂贵，而且限制系统的速度，前者是由于其精心制作的内部夹紧机构，而后者则是因为机械夹具及其致动器和凸轮使用周期时间受到很大限制。这些传统装置的另一个缺点是它们会损坏其卡往或夹往的基底或其它物件。此外，机械固位机构以及真空吸附装置的噪声都很大，从而会干扰机器附近的人员的工作。
除了将纸或其它物件保持在载体上，现有设备都还包括一个跟踪机构，该机构用于控制运动载体相对于固定工作装置的位置。在带式载体的情形中，通常还包括检测带相对于标准位置的横向位置，以及用某种伺服机构对带进行调整使其向标准位置运动，所有这些都会使整个系统更加复杂。
由于彩色印刷中所需的位置对准的高精度，这样的带式传送装置通常不能用来使纸或其它印刷基底从一个印刷装置前进到下一个印刷装置，因为尽管有了前述的带定位伺服机构，带还是会产生横向偏移。因此，希望能提供这样一种带式传送系统，在该系统为其服务的印刷装置或其它工作装置处，该系统可获得好的位置对准准确性。
还需要能以最少的用电量及显著超过目前所能达到的运转速度的速度，安全可靠地传送各种基底及对其进行定位，所述基底例如塑料片，薄箔和其它通常为平面形的介质。
因此，本发明的一个目的是提供一种数字精确定位系统，该系统使得在工作装置处，工作能在物件上精确进行。
本发明的另一目的是提供一种改进的系统，以获得精确的位置对准，所述系统用于将基底或其它平面物件传送到工作装置处。
本发明的另一目的是提供一种这种类型的定位系统，该系统用非机械方法将基底保持在系统的基体载体上。
本发明的另一目的是提供这样一种系统，该系统能安全可靠地传送各种不同的物件，包括薄而软的基底。
本发明的另一目的是提供一种定位系统，该系统特别可应用于彩色印刷。
本发明的另一目的是提供一种精确定位系统，该系统无噪声且效率高，其所需的用电量最小。
本发明还有另一目的，即提供一种这种类型的系统，该系统具有一个带式载体，该载体不会相对于其驱动辊子滑动。
本发明还有另一目的，即提供一种数字定位系统，当使用被驱动载体带时，该系统能将物件从相继的工作装置中传送过，并在工作装置处获得精确的位置对准。
关于其它目的，一部分会很明显，一部分将会出现在下文。
相应地，本发明包含下列方面的特征，即结构方面，组成部分的结合方面以及组成部分的布置方面，这些特征将在下面的详述中举例说明，并且本发明的范围将在权利要求中指出。
简单地说，我们的定位系统包含一个可移动的载体，该载体用于将基底或其它物体从一个或更多的工作装置中传送过，在所述工作装置处，各种工作在基底的选定位置上进行。我们将特别描述装入到印刷机中的这样一个系统，所述印刷机用于在印刷基底上，例如从印刷机中传送过的纸上，进行彩色印刷。但是应该明白，本系统也可能用于需要基底或其它平面物件精确定位的其它场合。此外，我们将主要细谈装有带式基底载体的定位系统。但是，本发明的各种特征也适用于使用滚筒式载体或往复(移动板)式载体的传送装置。
带式载体，其形式为一个柔韧的带圈，被拉伸而绷在一对辊子上，其中至少一个辊子由合适的驱动马达转动。带圈的上段通过多个工作装置。在印刷机的情形中，工作装置由一系列印刷装置组成，所述印刷装置用来在载体支承的基底上，例如纸片上，以彩色象素或点的形式印刷不同的颜色。
为了保持基底相对于载体的位置，带圈上加有静电吸附栅。该栅是以电极相互交错布置的型式加在带圈上的，所述电极被夹在带的层与层之间。这些电极的相邻之间加有电压，以在每两个电极之间形成强大的静电场。电场线在带表面的上方延伸，并通过如下方式与基底相互作用，即电场线在基底中感应出电容性电荷，而电荷又导致基底对带的比较强的静电吸引力。这一与基底-带接触面间的摩擦系数结合在一起的力使得基底不能相对于带滑动。
同样的静电吸附栅可装在带的驱动器上，以使带的滑动和偏移减到最小。
如前面所提到的，在CAP印刷中，非常重要的是使色点在各印刷装置处精确对准地相互叠合。由于这个原因，一般不用带式载体将印刷基底从印刷机中传送过，因为带会发生横向偏移且带速也会由于种种原因而发生变化。但是，本定位系统，尽管使用带式载体，却通过下面的方法避免了这些问题，所述方法即为除上面提到的电极外，在带中成形一组相互平行的纵向细线，这些细线伸遍带圈的一周且最好位于带的边缘附近。这些线由一只光敏传感器来检测，光敏传感器的工作表面上刻有线纹，该线纹与带上的线一起，形成一个干涉式滤光器，该滤光器能检测到带的最轻微的横向移动，并产生一个表示带的横向移动的输出信号。夹在带的层与层之间的，还有一个纵向的时标系列，这些时标形成一个伸遍带圈一周的光敏时钟道。这些标记由第二光敏传感器检测，该传感器产生表示带速的输出信号。有了这些特征，即使传送速度发生变化，本系统也有可能在任何点及时地精确预测带的位置，从而在带的某个位置产生所需的动作。
上述两个信号被传送到控制器，控制器因此可能1)通过一个将要描述的几何形状可变的独特的辊子，以某种程度控制带的横向位置以及2)在各工作装置处，连续不断地调整工作件的横向及纵向位置，这样，所述工作件就都能够在正被带传送的基底的恰好正确的位置上进行工作。
也就是说，在用静电将基底于带或其它载体上牢固地吸附就位后，本系统可在基底到达相继的工作装置时，使基底保持精确的位置对准。为此，该系统跟踪带或其它载体运动并将信号加到各个工作装置，这样，当基底到达每个工作装置时，该装置处的工作件就会被精确置于相对于基底的正确位置。因此，本系统能提供“预先定位”以及基底位置与工作件位置的精确会合，其会合精度为小于±5μm。
当我的传送系统的带型被加入到彩色印刷机中时，由于控制机构的固有周期性，在带发生横向偏移时，其移动量可被预测出，所述控制机构在带移动时，连续不断地对其进行调整。因此，每个印刷装置处的印刷头的位置，该印刷头与该装置处的印刷滚筒一起工作，被连续不断地调整，以待来自前面印刷装置的印点的到来，从而，后一个点将总是精确叠合在前一个点上。实质上，印刷机各印刷装置处的印刷头处于连续不断的微运动当中，这上些印刷头进行横向移动，当它们根据系统控制器所做的计算，在相应印刷装置的印刷滚筒上写图象时，其中，所述控制器将带运动及控制器调整作用周期性的信息与相继的印刷头必需时机和位置的信息结合起来。用这种提前对准控制的方法，就使得以从前使用传统印刷技术从未达到的彩色重合精度进行印刷成为可能，传统印刷技术所能达到的对准精度一般只有±100μm。
因此，在这一数字定位系统中，印刷装置处的印刷头被可移动地安装在带的上段或下段的对面，这些印刷头在来自系统控制器的电子信号的控制下，跟随传送带上的前进中的纸片，以将自已预先置于工作纸片上的象素轨迹到达点的上方，这样，印刷头就能精确地在该轨迹上进行印恻。每个印刷头的这一提前或预先移动是以如下方式完成的，即通过带上的时标道来检测带的前进运动，所述时标道的间距是象素频率的一部分。同时，检测带的横向方位及升角(歪斜)，以便在印刷基底被传送带向工作中的印刷头对面的印刷位置传送时，使每个印刷头产生横向移动，以待象素位置的轨迹。
当然，由于印刷滚筒具有圆柱形形状，且印刷头通常在印刷滚筒上边。因此，在下面两个动作之间的这段时间，将会有某一圆周距离走过，所述两个动作即以数字方式将象素写到印刷滚筒上以及该写入部位到达一个位置，在该位置下面，象素被转印到传送带上的纸上。为满足这一精度要求，印刷滚筒被装备有一个角度编码器，该编码器可将每次回转分为84,000个之多的等份进行特征描述。因此，有了带的时标道和已知的行程，以及印刷滚筒的局部圆周距离，这一距离是为了在纸上进行印刷所必须经过的，各个件相互影响的位置就可以为相继的印刷装置中的每一个预测及计算出，从而使得相继的色料敷设装置能够叠合到纸上的可印刷的象素位置。
也就是说，本发明提出一种定位系统，该系统包含一个支承物；一对彼此分开的辊子，所述辊子被相互平行地可旋转地安装到支承物上，且每个辊子具有圆柱形的表面；一个带圈，该带圈被接合在所述辊子周围并被拉伸而绷在所述辊子上面，以形成带的上段和带的下段，所述带圈具有一个外表面；装置，该装置用来使所述辊子当中的至少一个辊子转动，从而带的上段就朝纵向的选定方向移动；一个静电吸附栅，该静电吸附栅被加入到所述辊子当中的至少一个辊子的圆柱形表面，所述栅包括第一和第二电极排，以及一个电压源，该电压源用于在第一和第二电极排之间施加一个电势差，以产生由所述圆柱形表面发出的静电场，该静电场足够强以便在所述辊子中的所述一个辊子被转动时，防止带圈相对于圆柱形表面滑动。
其中，该系统此外还包括一个高摩擦绝缘面层，该面层在所述辊中的所述至少一个辊子的圆柱形表面上。
其中，所述面层为硅树脂。
其中，该系统此外还包含监测装置，该装置包括第一检测器，该检测器用来检测所述带圈相对于选定位置的横向位置，并产生一个表示该横向位置的输出信号；一个工作头，该工作头用于在吸附到所述带圈外表面的基底上工作；定位装置，该装置用于将工作头可移动地定位于所述带圈外表面的对面；对工作头控制信号产生响应的移动装置，该装置用于使所述工作头在垂直于所述选定方向的横向移动，和对所述输出信号产生响应的伺服装置，该装置用于向所述移动装置发出工作头控制信号，使工作头在所述横向的移动中，以补偿带圈由所述选定位置的任何横向移动。
其中，该定位系统此外还包含沿着所述带圈标的时标；一个传感器，该传感器用于检测所述时标并根据其产生一个时间信号，和对所述时间信号产生响应的控制装置，该装置用于使工作头在基底上的工作提前或推后，以补偿带圈朝所述选定方向运动的任何变化。
其中，所述监测装置还包括第二检测器，该检测器被置于带圈对面，其位置是沿带圈与第一检测器相距一定距离，第二检测器用于检测所述带圈的横向位置，并产生一个表示该横向位置的第二输出信号，并且所述人伺服装置还对所棕第二输出信号产生响应，以产生工作头控制信号并发出到所述移动装置，以补偿所述带的上段的任何歪斜。
其中，该系统此外还包括沿着所述带圈标的时标；一个传感器，该传感器用于检测所述时标并根据其产生一个时间信号，和控制装置，该装置用于使工作头在所述基底上的工作提前或推后，以补偿带圈朝所述选定方向运动的任何变化。
其中，所述监测装置还包括带圈上的带的定位标记和一对检测器，该对检测器被置于带圈对面，其位置沿着带圈被此隔开一定距离，该对检测器用于在所述位置检测所述标记的横向位置，并产生所述输出信号和表示带的歪斜的第二输出信号，并且所述伺服装置对所述输出信号和所述第二输出信号产生响应，以向所述移动装置提供工作头控制信号。
为了对本发明的特征及目的理解得更为充分，应该参考下面的结合附图所作的详细说明，在附图中
图1是彩色印刷机的立体图，该印刷机装有根据本发明制造的定位系统；图2是图1系统中的载体带的较大比例的局部平面图3是用于图1系统中的几何形状可变的导辊的局部断面图；图3A是沿图3中的3A-3A线所取的断面图；图4是能够进行双面印刷的带式定位系统的示意图；图5是装有本发明的往复式定位系统的示意图，以及图6是用于该定位系统中的另一载体实施例的平面图。
现在参看图1，该图展示了装入三色印刷机的数字定位系统。应该明白实质上，同样的系统还可用于四色或五色印刷机或其它下面这样的场合，即平面基底必须被移到相继的工作装置处，而在所述相继的工作装置处，各种位敏工作必须在基底上进行。
该系统包含一个柔韧的，一体的或环形的，塑造的带圈10，该带圈由高强度的，有弹性的，耐磨的合适材料制成，例如聚酯和丙烯酯。带10被拉伸而绷在一对辊子12和13上，辊子当中的一个，即辊子13可由一个合适的马达14转动，所述马达由包括一个数字存储器的系统控制器15控制。沿着带圈10，每隔一定间距布置着同样的印刷装置16a，16b和16c，这些印刷装置能够将三种不同的颜色印在基底S上，例如纸片上，而基底S将支承在带圈的上段10a上，举例子来说，印刷装置16a到16c可分别印刷减色青绿，深红及黄色。
当印刷机工作时，带圈10按顺时针方向转动，就如图1中的箭头A所指示的。基底S，通过一个合适的进料器(未展示)，被相继地附到带圈的上段10a上。本系统中装有合适的光敏传感器(未展示)，这些传感器用来检测被附在带上的每个基底S的前缘及一个侧缘在该带上的位置。由这些传感器发出的位置信号被传送到控制器15，以使印点如将要描述的那样叠合在一起。在每一基底S被带圈10从相继的印刷装置16a到16c中传送过时，不同颜色的图象就被印在基底上。如上面所述，在被说明的设备中，这些颜色是青绿，深红和黄色。实际上，这三个被印刷的图象是原始彩色图文的三个彩色分量或彩色成分，并且在CAP印刷中，严格要求这些图象恰好对准地印在每个基底S上。本系统是用如下的方法来保证这一点的，首先是在每一附在带上的基底被从相继的印刷装置16a到16c传送过时，将其紧紧地保持在带圈10上，其次是控制每一印刷装置处印刷工作的进行，以把带圈10的任何偏移或速度变化考虑进去。
为达到第一个目的，带圈10上含有大概地展示于32处的静电吸附珊，在每一基底S被附在带圈的左端时，该吸附栅将其吸住，在基底被从印刷机中传送过时，吸附珊将基底水平地吸在带上，并且当基底到达出口或带圈右端时，吸附栅将基底放开。
就如最好在图12中所看到的，吸附栅32包含一系列相互隔开的，交错布置的电极条34和36，这些电极从带圈10的表面上伸过，且该电极系列伸遍带圈的一周。电极34的相应端连接到一个公共电极或总线34a上，该公共电极或总线34a在带圈左边缘附近伸遍带圈的一周。同样的公共电极或总线34a在带圈右边缘附近将电极36连接起来。电极和总线是用传统方法银印或银镀到带圈上的。
电极最好位于具有较高摩擦系数的摩擦薄膜38下面，例如硅橡胶，所述薄膜至少加在带圈10的外表面上。这一非常薄的薄膜，例如±5μm，不仅增强带圈10对基底S的固定作用，而且还保护电极使之不会受到可能会在某些工作条件下出现的化学腐蚀或凝聚作用。薄膜38还使电极绝缘，防止人手与电极直接接触。
在设备的工作过程当中，电源42将一个约1000伏的电势差提供到未被薄膜38盖住的总线34a和36a之间。电源可由电刷44a和44b连接到那些电极上，如图1所示，或者是由与总线34a及36a滚动接触的导电轮连接到电极上。这些连接还可以通过“电容耦和”来实现，通过使用电容极板(未展示)使电子和空穴产生移动，就能将电荷引入吸附栅中，所述电容极板被于某个方便的位置极接近吸附栅地安置着，所述方便的位置例如带圈的端部，在该处，带圈绕辊子12或13转动。
当电极34和36通电后，它们沿其全部长度方向产生强静电场。电场线E在薄膜38表面上方延伸，并与附在带圈10上的底层S相互作用而在基底中感应出电容性电荷。这又导致基底对带的强大的静电吸引力。然而，这一吸引力只在距带的短距离内有效，例如基底的厚度，并且该力只有当基底与带处于紧密的平面接触时才有效。
从而，与高摩擦薄膜38联合在一起的静电吸附珊32牢固地固定往附在带圈10上的基底S的位置。此外，静电吸附器件在基底的全部面积上都是有效的。
在下面的讨论中，我们将研究吸引力的数值，该吸引力就是将基底S固定到带圈表面上的力。
假设电极34和36的宽度为a，薄膜38的厚度为b，相对介电常数为εr。如果将基底S，即纸片，置于带圈上并将数值为V的电压加在相邻的导体34，36之间，那么，纸片就会受到一个吸引力。由于摩擦，现在，纸不能再被相对于带圈表面容易地移动。用来使纸平行于带圈表面移动所必需的力等于与纸片和带表面的摩擦系数相乘的吸引力。摩擦系数通常为一个小于1的数值，然而，多少大于1的数值可相对容易地得到。通过适当的设计，可以使吸引力最大。
在不大可能的情形中，即纸片完全绝缘的情形，导致纸被吸引到带表面的唯一效应是所知的吸引机理，由该机理，可极化的介质在电场梯度中被吸向具有较大电场的区域。电场使纸中产生一个偶极矩。因此，纸的底面和顶面出现束缚电荷。如果纸底部的电场比纸顶部的强，那么，底部电荷所受的吸引就比顶部电荷所受的排斥要强。从而，便有一个净力作用在纸上。
如果纸是轻微导电的，实际中的情况总是这样，那么，吸引作用就会强一些。正偏金属电极条36将会在纸中感应出负电荷，而相邻的负金属电极34将会在纸中感应出等量的正电荷。由于这两种电荷是相等的，纸无需接地；也无需有净电荷进入或离开纸。此外，可以认为纸是处于地电位，即处于带的正偏电极和负偏电极之间的中间位置。
现在，让我们来计算一个电极和纸之间的电容。这一问题已经用复数保角变换(P.N.Wolfe，Proc.IRE，Oct.1962，pp2130-2133)解决了。在a＞＞b的情况下，可得C=ϵoϵra+0.88bbL---(1)]]>在公式1中，L是金属条的长度，εo及εr分别是空着的空间的介电常数及薄膜38的相对介电常数。0.88b在公式1中的作用是表示电极的电容边缘效应。对于大的宽度a，边缘效应可以忽略。如果在单位面积内有N个电极，那么，上面的表达式需要乘以N，以给出每个单位面积的电容。从而，储存在电容器中的能量变为w=12CV2=ϵoϵr2V2(ab+0.88)NL---(2)]]>将纸吸向金属电极上的力可用下面的方法计算如果将纸片在传送带上方提升一小段距离，就会克服电场力做功。所做的功的数值等于电能变化的数值。从而， 在上面的公式(3)中，NaL只是带圈上被金属覆盖的那部分面积。因此，如果电极在一半宽度处提供的力相等，那么，力的大小就取决于电极的个数。这一结论只有在下面的情况下才是不正确的，即纸的导电系数太小，致使等电势条件不能在全部的纸上建立起来。纸的导电性极差时更是这样，并会使电极34，36变窄。在公式3中，如果使用伏特和厘米，且介电常数εo的给出值为8.85E10-14安培·秒/伏特·厘米，那么，力的单位就会就焦耳/厘米。为将单位换算成克力，首先，以焦耳/厘米给出的数值应乘以107而换算达因，第二步，单位达因可通过除以重力加速度，即981厘米/秒2，而换算成克。
虽然上面所述的力使基底S牢固地钉在带圈10上，应该知道基底可被从带10上容易地剥离，这是因为在纸从带圈分离的那一线处，纸所受的吸引力很小，而这又是因为该线的宽度比单位面积要小。考虑到这一点，很明显，在带圈10的端部，基底S可被容易地分离而进入分离路线，该路线在大多数情况下与辊子13相切。因此，在大多数情况下，使基底S具有正常纸片的刚性就足够了，这会使得基底S不会被绕着带辊13传送，而是在直线方向被送出带圈10的出口端，如图1所示。可以选择薄膜38以提供所需的摩擦系数，即滞性。
当被定位的基底S非常薄且软时，可以采取措施以便能在沿传送带路线的任何希望的区域或位置使静电吸附栅断电，或者保证在带圈10相对的两端，基底能被吸住以及从传送装置脱离。也就是，软基底无固有的刚性。因此，它可能随带一起绕着辊子13传送，并移动到带圈下面的一个可能是所不希望的位置。因此，为帮助基底S从带圈上分离，可使吸附栅32中适当的电极34和/或36断电。在图1所示的设备中，这一点是用如下的方式来完成的，即通过用一个小光电电阻46将每一电极36连接到其总线36a上。光电电阻的电阻值与入射到其上的光的强度成反比。因此，在缺光时，每一光电电阻46基本上是将其电极36从总线36a上断开的。
在沿传送带路线的选定位置或区域，通过对光电电阻46遮光，就能使所说明的静电吸附栅32在该位置失去作用。例如，为使在传送带段10a下面的栅失去作用，可将一遮光板48置于下面，并绕过传送带路线的端部，如图1和4所示，使基底S能够被带圈10吸住及放开。
本系统不但肯定能够固定带圈10上的基底S的位置，还能精确控制带的横向位置及图象在基底上的印刷，以补偿带圈的任何残余运动，该运动使得用印刷装置16a到16c印在基底上的图象不能适合对准。为此，带圈10中加入了时标道52，该时标道由一系列不透明的时间标记或时钟标记52a组成，它们沿着带圈彼此相距一定距离设置，这些时标最好是设置在带圈的边缘。时标道52可与栅32同时设在带圈上。时标线由一个光敏检测器54检测，该检测器会向控制器15发出相应的输出信号。从而，时标道52和检测器54共同组成了系统的控制时钟。
与时标道52一起加入到带圈1上的，最好在带的边缘附近，还有一个如图1和2中的56处大概展示的传送带位标道。位标道56由一组彼此相距一定距离且相互平行的不透明窄线56a组成，窄线56a伸遍带圈10的一周。在被说明的系统中，位标道56中有五条这样的线56a。这些线由一个安装到机框上的测量用检测器58来检测，所述机框恰好在辊子12之外。检测器58可以是一个栅格式检测器，该检测器接收与位标道56的型式相吻合的图象，因此它也具有栅格形的结构，检测器58类似于美国专利3,584,015中的检测器，从而该专利的内容作为参考而结合在此处。通过合适的接收装置，位标道56的栅格形图象相对于栅格形检测器58的位置可使检测器发出一个信号，该信号表示带相对于标准位置，例如机器中线，的横向位置。检测器的输出精确到小于1μm。来自检测器58的信号加到控制器15上，不仅用来将带的横向偏移减到最小，还用来，如将要描述的，控制印刷装置16a到16c在基底上的印刷，这样，印刷装置就能在基底S上准确对准地进行印刷，基底S靠静电作用被钉到带圈段10a上，就如上面提到的。
为了保持带的横向位置，本系统中有一个独特的辊子12，该辊子的直径可在一端增大而在另一端减小或反之，以使带10横向移动。该系统能使辊子12获得1分的锥度变形，该变形在带10绕辊子12的半圆周移动时，能使其立即产生一个横向移动。带的横向移动被连续不断地监测，并且有伺服系统调节辊子12的锥度，以使带保持在希望的位置，例如机器中线。
现在参看图3和3A，它们更详细地展示了辊子12。在图3中，只展示了辊子左端那段，因为辊子右端那段就相当于左段的反射像。辊子12包含一个具有轴64的圆筒形中心体62，轴64在轴向从该中心体的两个相对端伸出。每一根轴64的端部64a直径较小，轴端64a作为轴颈被装在机框65上。此外，恰好被围在机框内的轴段64b上加工有螺纹。可滑动地支承在每一根轴64上的是辊子的环形端件66。每个端件66有一个底66a，该底被可滑动地装在相应的轴64上，并紧靠在体62的与其相邻的那端上。沿轴向从底66a上伸出的是环筒形段66b，该段具有与底66a相邻的颈缩段66c。就如最好在图3A中所看到的，段66b被沿其长度方向开沟以形成多个指状物68，每个指状物可相对于段66c的轴径向挠曲。每个端件66与辊体62的外径相同，从而形成辊体62的直径可变延长部。辊体62和端件66被套70包住，该套用弹性材料制成，例如橡胶。
如图3所示，端件上的段66b的内壁72是渐缩的，从而形成一个圆锥面，该面的半径随着距辊12端距离的增大而减小。被可滑动地置于每根轴64上的是用来与表面72接合的环形楔块74，该楔块具有圆锥形外表面74a，其锥角与表面72的锥角相一致。此外，具有轴向螺口78的直齿圆柱齿轮76被拧到楔块74和机框65之间的每个轴段62b上。从而，当齿轮76朝一个方向转动时，它会将相应的楔块74往相邻的辊12端内推入得更深。这一动作会使相应端件上的段56b在径向伸展，使辊子12的直径在辊子的相应端增大。另一方面，当齿轮76朝相反方向转时，它不会对其楔块74施力，于是，该楔块便被卷簧82向外推向辊子的相应端，所述卷簧82被压缩在每个楔块74及辊子相应端件的段66a之间。结果，辊子12那一端的直径就会减小。
啮合齿轮86使每一齿轮76在其轴64上朝一个方向或另一个方向转动，而啮合齿轮86随安装在机框65上的同步脉动可反转伺服马达88的轴88a转动。每个马达88可使其齿轮76比辊子12转动得快些或慢些，这会使相应的楔块74移进或移出，以调节辊子12相应端的锥度。
应该理解，端件66b被加工成形并位于其底66a上，这样，当相应的楔块64向外缩回时，弹性辊套70就会收缩，从而辊子12相应端的直径就会比辊子中部的小。于是，通过将楔块74在轴64上置于适当位置，辊子的两个相对端段的每一个都会被控制得使其直径小于，等于或大于辊子中段的直径。换句话说，通过将楔块74在辊子相对的两端置于适当的位置，辊子的锥度，作为一个整体，就会在轴向朝一个方向或另一个方向变化。
在被描述的系统中，调节辊子12锥度的马达88是根据检测器58的输出信号，由控制器15(图1)中的标准伺服电路控制的，所述检测器58是用来监测带段10a的横向移动的。伺服装置会以非常小的容许偏差将带保持在选定的横向位置，例如机器的中线。带的横向移动一被检测器58测到，就会有一个信号加到控制器15上，而控制器15便控制马达88中的一个或全部两个以使楔块74移进或移出，从而以所需的量调节辊子12的锥度，使带回到中央位置。
虽然如刚才所述的那样，带10的运动被精确控制而使其横向运动减小到最低限度，但本系统中也采取了补偿带的任何残余运动的措施，这些残余运动的产生可能是由于带的不规则或是带位伺服电路中的小的滞后或扰动。
如上面提到的，除了印刷不同颜色的油墨外，例如减色油墨青绿，深红和黄色，印刷装置16a到16c是完全相同的。每个印刷装置包括一个印刷滚筒92和一个支承滚筒94，其中，印刷滚筒92被置于带段10a的上方，而支承滚筒94则平行滚筒92被置于带段10a的下方。所有的滚筒92，94都被可转动地支承在机框上并与带辊12和14平行，这样，带圈10的上段10a就能在每个印刷装置处与滚筒对处于滚动接触状态。
每个印刷装置还包括一个印刷头96，印刷头由一个导向螺杆98支承，非常靠近滚筒92的圆柱形表面，这样，印刷头96就与滚筒92，94平行，所述导向螺杆98被可转动地安装在机框上。导向螺杆98可由可反转步进马达102带动，朝一个方向或另一个方向转动，而马达102接收由控制器15发出的驱动信号。
印刷头，印刷滚筒以及控制器15可具有这样的类型，即供微道式印刷装置用的类型，所述微道式印刷装置被描述于专利5,325,129及其以微等离子信号源命名的原申请中，因此，它们的内容是作为参考而被结合在此处的。
在该设备的工作过程当中，印刷头将电子图象写在相应的印刷滚筒92上，滚筒92分别对应于原始图文的基本彩色分量或彩色成分，随着印刷滚筒92的转动，电子图象被逐线地写上。写在每一印刷滚筒92上的电子图象是通过如下方式显色的，即将静电热塑性油墨从上墨装置处的油墨源106施加到滚筒表面。如在所述专利及其原申请中描述的，油墨只附着在滚筒92表面上的被印刷头96带上电的区域。当转动的滚筒92上有油墨的部位遇到正在通过相应上墨装置的基底S时，油墨被转印到该基底上。如大多数印刷机中的情形，写在每个印刷滚筒92上的图象的位置与基底载体上的基底S的位置相一致，这样，印刷在基底上的图象就能被置于基底上的正确位置。
当纸张检测器提供一个这样的信号，即该信号通知控制器15，基底S已被附在带圈10上，并且正在向第一印刷装置16a前进，这时就会产生一个印刷信号。该信号使控制器15中的存储器向写入装置16a到16c处的写头96的微道式写发放一个数据流，在写入装置16a到16c处，发向每个象素的信号必须在精确的时间到达，这一精确性是预期的一个象素行进周期所必需的，即；将象素写在印刷滚筒92的适当位置上所必需的。
常用的写头96可能一般有1米长并包含20,000个之多的写元，每个写元接收从数字存储器发来的控制脉冲。一般地，存储器限定元应该在工作中的印刷滚筒92表面上设置多大的密集度，从而在印刷滚筒圆周向其与基底S的接触线前进时，确定由油墨源106附着到印刷滚筒上的油墨的量。
仍参看图1，当使用象上面专利中所描述的电子印刷头96进行印刷时，该印刷头总是静止的。然而，在本发明中，印刷头可在导向螺杆98上横向移动，以考虑到带圈10的任何横向残余移动，这些残余移动可能会由于控制带位的伺服电路的任何超前或滞后而产生。更特别地，检测器58的输出信号和第二个同样的检测器58a的输出信号一起，被用来使每个印刷头96移动以补偿任何这样的残余移动，所述检测器58和58a都是用来监测带位的。当带圈10移离选定的标准位置时，例如机器的中线，接收检测器58及58a输出信号的控制器计算带10在其行进方向的矢量运动，并向使导向螺杆98转动的步进马达102施加适当的驱动信号。导向螺杆的转动使相应的印刷头96的位置横向移动，以使正往印刷滚筒92上写的电子象点在横向改变位置以补偿带的偏移。同时，印刷头96在滚筒92上写入象素的时机也被调整，以补偿如时标道检测器54所测到的带圈10的任何速度变化。
在该设备的工作过程中，相继的基底S在带圈10的入口端供给到带的上段10a，由于带上的高摩擦薄膜38及静电吸附栅32，基底S牢固地附着在带圈10上。控制器15使每一基底往带圈上的供给与印刷动作在印刷装置16a到16c处的进行相协调，这样，图象就会在基底上合适地叠合在一起。当基底向第一印刷装置16a接近时，控制器15控制印刷装置16a处的印刷头96，使印刷头96在该装置处将电子图象写在印刷滚筒92上，电子图象被青绿色油墨源106上墨，当基底S到达印刷装置16a时，基底一边从该装置处的滚筒92及94之间通过，上墨的图象一边转印到基底上。在这段时间当中，控制器15接收由检测器54，58及58a发来的信号，这些信号表示带段10a的纵向及横向位置。利用这些信息，控制器决定是否必须将正往印刷滚筒92上写的图象在滚筒上轴向或周向移动，以补偿带位或带速的任何变化。如果带已发生了横向偏移，控制器计算偏移量及带的纵向位置然后向步进马达102发出一个驱动信号，以使印头96朝一个方向或另一个方向移动以补偿所述的偏移。
同样地，若带的速度变化已被测到，控制器15控制印刷头写入动作的时机选择，以调整象点在印刷滚筒92上的周向位置，从而补偿带的速度变化。因此，尽管在基底被附在带上和基底被印刷装置10a处理之间的时间里，带会产生所不希望的运动，但是在基底S通过第一印刷装置16a时，青绿色图象还是能印在基底S上的合适位置。
以同样的方式，在基底从印刷装置16a向印刷装置16b继续传送时，本系统继续监测带的运动，以调整后一装置处的印刷头96的位置和/或时机选择，这样，当基底上的特定印点或象素到达印刷装置16b时，该装置处的印刷头96已被位式及时式地调整好，从而该印头就能将相应的深红色象点写在印刷装置16b处的印刷滚筒72的合适位置，以使得当基底S上的青绿色印点到达印刷装置16b时，所述深红色象点能叠印在青绿色象点上面。
由于伺服系统控制作用的固有周期性，当带正在偏移时，其移动量可被预测出，所述伺服系统在带行进时，连续不断地对其进行调整。因此，每个与相应的印滚筒92一起工作的写头96可被连续不断地调整以待印点的到达，这样，下一个点会总是恰好叠合在一前一个点上。控制器15不但计算正往印刷滚筒上写的点的位置，而且也计算带速及每个印点的行程，以使这两个点可在基底上的正确位置同时集中于一点。也就是，写头处于连续不断地微运动之中，它们进行横向移动，是当其根据控制器的计算，将信号存储在相应的印刷滚筒上时。
举例来说，在传送带段10a将基底S从印刷装置16a向16b传送时，如果带段10a向左偏移，那么，其偏移会被检测器58测到并将信号传给控制器15。控制器根据检测器54，58和58a提供的信号获悉带段10a的位置，然后计算出一个移动量，印刷装置16b处的印头96必须以该量向左移动，以将一个相应的深红色象点Im写在滚筒92上，象点Im将会叠合在已于装置16a处印在基底上的印点Pc上。也就是说，如果没有这样的修正，印刷装置16b将象点I’m写在滚筒92上，而点I’m在基底S上将会印在印点Pc的右边。然而，在本发明的情形中，印刷头96被向左移，其移动量与带的偏移量相等，这样，与印点Pc相应的象点Im就会叠合在印点Pc上。
在基底被从印刷机相继的印刷装置传送过时，上述过程持续不断，这样，当基底离开印刷机时，就会具有3色印迹，且所有印点都在基底上合适地对准。
通过利用这一“预先定位”原理，在彩色印刷领域中，我们的系统远远超过目前可达到的印刷对准精度，该精度一般只有约±100μm。
上面所描述的带式传送装置也可用来使在基底两面印刷变得方便。为此，两个这样的传送装置可如图4所示的那样串联布置，这样，一个带圈的上段就与另一个带圈的下段位于同一平面内。附在左边传送装置的带圈10上的基底S可被该带圈从第一个印刷机中传送过，该印刷机在基底的上侧面进行印刷，如上面所描述的。在带圈的末端这一基底会被传递到右边的传送装置上，该传送装置的带圈10’具有与图1和2中的栅32相同的静电吸附栅。然而，在后一个传送装置中，吸附栅是在带圈下侧的区域被通电，这样，基底就会悬在该带圈的下段上并被从第二台印刷机中传送时，该印刷机能在基底的另一面进行印刷。在右边传送装置的出口端，基底可被传递到合适的斜垫T上。
当然，也可将可用开关控制的静电吸附栅加到纸张转筒或滚筒的圆柱形表面上，以使基底可被转筒或滚筒吸住和放开，其方式与上面关于带圈10的描述中所述方式相同。
现参看图5，该图展示了加有线的静电吸附栅的往复或移动板式传送装置。该传送装置包括一对加有静电吸附栅118a及118b的彼此隔开的，平行的，固定的边板116a及116b。可被滑动的置于边板116a及116b之间的是往复板122，该板也具有静电吸附栅124。板122可被直线致动器126带动，平行于板116a和116b前后做往复运动，所述致动器126的动子是连接到板122一端的126a。固定的吸附栅118a和118b通过双掷开关128的一个接线端被并联到电压源V1上。开关128的另一个接线端将移动板122上的栅124连接到同一电压源上。致动器126通过第二开关129连接到第二电压源V2上，开关128和129的位置都由继电线圈130控制。
当致动器126通电时，其动子使板122向右前进，而当致动器断电时，内部弹簧(未展示)将动子126a和板122偏压回初始缩回位。由图5显而易见，当继电器130通电时，比如受到了控制器15(图1)发出的控制信号的作用，开关129就会闭合，使致动器通电并使板122向右移至其前进位。同时，继电器130使开关128动作以使其将移动板122上的吸附栅124连接到电压源V1上，并将板116a和116b上的吸附栅118a和118b从该电压源上断开。从而，置于传送装置上的基底S就被吸附到移动板122上并随该板一起前进。
另一方面，当继电器130断电时，开关129打开使致动器断电，从而板122就往左移向其缩回位或原位。同时，继电器130使开关128向其另一位置，以使其将吸附栅129从电压源V1上断开，并将吸附栅118a和118b连接到该电压源上。因此，在板122往回缩时，基底S被从板122上放开并被钉到板116a和116b上，这样，基底S便保持在其前进位。移位板122随后的往复运动继续进行，以使基底S向图5中的右方前进，在移动板往复运动的同时，伴随着可移动吸附栅和固定吸附栅相互之间有180°相差的通断动作。当然，能够想象传送距离小得多的往复式传送装置使用压电断续器或弯曲片，使传送装置的可移动件进行移动。
现在参看图6，该图展示了另一个用于我们的系统的传送装置实施例，该实施例与关于图1和2的描述中所述实施例有细微差别。图6的传送装置有几个件与图1传送装置的相同，因此这些件就以与图1中数码相同的数码来标志。
在图6的传送装置中，带圈10被拉伸而绷在一对辊子12和150上，这两个辊子被可转动地安装在机框152上，其中后一个辊子由安装在该框上的马达14驱动。在这种传送装置中，带10在辊子上的偏移是通过如下方式减到最小或避免的，即利用与前述用来吸往基底S的静电吸附装置相同的装置，防止带10相对于辊子150侧滑，而不是通过采取措施控制带10在辊子上的偏移。更特别地，辊子150的圆柱形表面上具有成排的交错布置的电极条154和156，所述电极条沿滚筒的长度方向延伸。电极154和156上最好盖有一层绝缘薄膜157。电极154的相应端由一个在辊子一端的环形总线154连接在一起。在辊子的相对端的同样的总线156a将电极156的相应端连接在一起。总线154a由一根导线158连接到辊轴一端上的滑环162上。同样的导线164将总线156a连接到辊轴的相对端上的滑环166上。滑环被接到高压电源，即图中的电池168上。一般地，电压源提供一个约2-3千伏的电压，这样，在电极154和156之间就会产生强电场，就如上面关于带圈电极的描述中所述。
当电极154和156之间出现一个高电压时，因此而产生的静电场会将带圈10绕在辊子150上的那段有效地“钉”在该辊子的表面，以防止带圈相对于辊子的相对滑动，或将该相对滑动减小到最低限度。然而，吸附力在带从辊子150上离开的那条线上最小，这样，所述电场就不会显著影响带的前进运动。
象前面一样，系统中装有传感器48以检测带圈10上的时标道。同样地，系统中装有检测器58和58a以监测带圈的横向位置及歪斜，万一带圈在辊辊子12和150上有任何残余偏移。由于在这种情况下，这样的偏移最小，因此，检测器58和58a可只监测带圈10边缘的位置，或是带圈105上电极总线34a(图1)的横向位置。
由检测器58和58a发出的信号由控制器15进行处理，控制器15产生控制信号以使印刷头96的横向位置产生移动，从而使印刷头的印刷元在印刷滚筒92上的适当象素位置进行写入，当基底S到达正在工作的印刷装置时，印刷滚筒92将使那些象素位置对准基底S进行印刷。
在图6的设备中，每个印刷头96通过平放的片簧172被可移动地支承在安装于机框152上的长方形支架174之间，以使印刷头在横向只有一点自由度。印刷头96具有一个在带圈10上方的正常原位。印刷头96可由安装到支架174一端的压电致动器176带动而从其原位移位。当致动器176根据控制器15的控制信号而通电时，它使印刷头96横向移动，其方向与弹簧172的偏压方向相反。象这样，致动器176运转使印刷头96预先横向移动，与上面所述的导向螺杆98的方式相同。然而，致动器比导向螺杆更敏感。
从上文可以看到，我的传送系统能以高精度使文件或其它物件按规定路线传送以及置于适当位置。因此，该系统应该有广泛的用途，它可以用于任何下面这样的场合，即在该场合下，需要在各种各样的平面物件的特定位置上，进行一系列工作。
因此将会看到上面提出的目的，以及在前面的说明中已显而易见的目的被有效地达到，由于上面的结构可能被进行某些改动，而这些改动又没超出本发明的范围，因此，所有包含在上面说明中或展示于附图中的内容都应看作是说明性的，而不是限制性的。
还将明白，下面的权利说明是用来包罗在此处描述的本发明的所有一般及特殊特征的。
权利要求
1.一种定位系统，该系统包含一个支承物；一对彼此分开的辊子，所述辊子被相互平行地可旋转地安装到支承物上，且每个辊子具有圆柱形的表面；一个带圈，该带圈被接合在所述辊子周围并被拉伸而绷在所述辊子上面，以形成带的上段和带的下段，所述带圈具有一个外表面；装置，该装置用来使所述辊子当中的至少一个辊子转动，从而带的上段就朝纵向的选定方向移动；一个静电吸附栅，该静电吸附栅被加入到所述辊子当中的至少一个辊子的圆柱形表面，所述栅包括第一和第二电极排，以及一个电压源，该电压源用于在第一和第二电极排之间施加一个电势差，以产生由所述圆柱形表面发出的静电场，该静电场足够强以便在所述辊子中的所述一个辊子被转动时，防止带圈相对于圆柱形表面滑动。
2.如权利要求1所述定位系统，该系统此外还包括一个高摩擦绝缘面层，该面层在所述辊中的所述至少一个辊子的圆柱形表面上。
3.如权利要求2所述空位系统，其中，所述面层为硅树脂。
4.如权利要求1所述定位系统，该系统此外还包含监测装置，该装置包括第一检测器，该检测器用来检测所述带圈相对于选定位置的横向位置，并产生一个表示该横向位置的输出信号；一个工作头，该工作头用于在吸附到所述带圈外表面的基底上工作；定位装置，该装置用于将工作头可移动地定位于所述带圈外表面的对面；对工作头控制信号产生响应的移动装置，该装置用于使所述工作头在垂直于所述选定方向的横向移动，和对所述输出信号产生响应的伺服装置，该装置用于向所述移动装置发出工作头控制信号，使工作头在所述横向的移动中，以补偿带圈由所述选定位置的任何横向移动。
5.如权利要求4所述定位系统，该定位系统此外还包含沿着所述带圈标的时标；一个传感器，该传感器用于检测所述时标并根据其产生一个时间信号，和对所述时间信号产生响应的控制装置，该装置用于使工作头在基底上的工作提前或推后，以补偿带圈朝所述选定方向运动的任何变化。
6.如权利要求5所述定位系统，其中，所述监测装置还包括第二检测器，该检测器被置于带圈对面，其位置是沿带圈与第一检测器相距一定距离，第二检测器用于检测所述带圈的横向位置，并产生一个表示该横向位置的第二输出信号，并且所述人伺服装置还对所棕第二输出信号产生响应，以产生工作头控制信号并发出到所述移动装置，以补偿所述带的上段的任何歪斜。
7.如权利要求1所述定位系统，该系统此外还包括沿着所述带圈标的时标；一个传感器，该传感器用于检测所述时标并根据其产生一个时间信号，和控制装置，该装置用于使工作头在所述基底上的工作提前或推后，以补偿带圈朝所述选定方向运动的任何变化。
8.如权利要求1所述传送系统，其中所述监测装置还包括带圈上的带的定位标记和一对检测器，该对检测器被置于带圈对面，其位置沿着带圈被此隔开一定距离，该对检测器用于在所述位置检测所述标记的横向位置，并产生所述输出信号和表示带的歪斜的第二输出信号，并且所述伺服装置对所述输出信号和所述第二输出信号产生响应，以向所述移动装置提供工作头控制信号。
全文摘要
数字定位系统，其载体具有工作表面以及第一和第二导体排，所述导体一般是相互平行地在工作面下面延伸，每个第二导体距第一导体很近，电压源将一个电势差加在导体之间以产生静电场，该静电场可吸引基底并将其保持在所述载体工作面上。系统中装有监测装置以使带的纵向及横向位置能被监测到，从而产生控制信号，以使得在相继的工作装置处，在基底的选定位置上的工作件发生移动，以补偿带的任何所不希望的移动。
文档编号G03G15/01GK1139643SQ9610458
公开日1997年1月8日 申请日期1996年4月18日 优先权日1995年4月20日
发明者曼弗雷德·R·屈恩勒, 斯蒂文·O·科米尔 申请人:海德堡印刷机械股份公司