Rob Hoogendijk is systeemintegrator bij Océ. Jack Kandelaars is embedded-software-engineer bij het Venlose bedrijf.

25 March 2016

Jaren van ontwikkeling in een groot team met een korte time-to-market mondden begin dit jaar uit in de productlancering van de Océ Varioprint I300. Deze printer moet de bestaande transactie-, direct mail- en boekmarkt op zijn kop zetten. In een reeks artikelen beschrijven Venlose r&d’ers wat erbij komt kijken om een dergelijke complexe machine te ontwikkelen. Deze aflevering: de paperhandling.

Een van de key sellingpoints van de Océ Varioprint I300 is de mediadiversiteit. Voor onze klanten is het belangrijk om snel van papiersoort te kunnen wisselen. Dat was een van de hoofdredenen voor ons om te kiezen voor een printer waar losse vellen in gaan, in plaats van een systeem dat werkt met papierrollen.

Daarnaast willen we een breed scala aan klanten bedienen. Om zo veel mogelijk applicaties te ondersteunen, moet de machine een heleboel verschillende papiersoorten kunnen bedrukken. De I300 kan vellen aan van zestig tot driehonderd gram per vierkante meter, van 203 bij 178 tot maximaal 350 bij 500 millimeter, al dan niet met een coating.

Oce serie fig 1
Figuur 1: De Océ Varioprint I300 voert de vellen vanuit de papierlades (1) achtereenvolgens langs een registratie-unit (2), langs de printkoppen (3), door een droogtrommel (4), over een koeltraject naar een wissel (5). Voor dubbelzijdige bedrukking gaan ze vanaf daar naar een omkeermodule (6) om vervolgens weer in te voegen op het aanvoerpad (7). Anders voert de machine ze van de wissel via de finisher (8) naar de stapelaar (9).

Planning

Deze mediadiversiteit vormt een uitdaging voor het ontwerp van de paperhandling, het systeem dat het papier door de machine transporteert (Figuur 1). Voor alle vellen moet dit systeem een precieze planning bijhouden, om botsingen te voorkomen en nauwkeurig gaten te kunnen laten vallen voor andere acties, maar ook gewoon om ervoor te zorgen dat het papier op het juiste moment bij de beeldvormende module is. Dit laatste is onder meer van belang bij dubbelzijdig printen: vellen worden aan één kant bedrukt en gaan een lus in waarin ze worden omgekeerd en teruggevoerd voor bedrukking aan de andere kant. Het systeem moet dit nauwkeurig volgen en op het juiste moment het juiste beeld klaar hebben staan.

Vellen met verschillende eigenschappen moet de machine hierbij met verschillende tussenpozen plannen. Als de printkop bijvoorbeeld op een andere afstand van het papier moet komen, moet er tijd zijn om de kop tussendoor te verplaatsen. Bij een opeenvolgende reeks vellen met dezelfde eigenschappen hoeft dat maar eenmalig te gebeuren. Voor de herkenning van patronen in de mediastroom gebruiken we algoritmes die ook worden toegepast om specifieke herhalingen in dna-sequenties te detecteren (Figuur 2).

Oce Figuur 2
Figuur 2: De Varioprint I300 gebruikt patroonherkenning om de vellen te plannen.

Op hun weg door de machine worden de vellen in het gareel gehouden door zogeheten knepen. Een kneep is een combinatie van twee aangedreven rollen en twee niet-aangedreven tegendrukrollen waar het papier tussendoor gaat (Figuur 3). Metalen platen geleiden de vellen van kneep naar kneep.

Oce Figuur 3
Figuur 3: De papierbaanplaten voeren een vel tussen een aandrijfrol met stappenmotor en een tegendrukrol door. Deze kneep heeft nog een bijzondere extra functie: met een solenoid kan hij worden opengetrokken zodat hij geen kracht meer uitoefent op het papier. Dit is onder meer nodig bij de s/z-correctiemechanismes; die zijn niet uit te voeren zonder dergelijke kneeplichters.

Idealiter beweegt een vel in een kneep rechtdoor op precies de goede snelheid. In werkelijkheid zijn er veel factoren die zorgen voor afwijkingen, waaronder mechanische toleranties, slip in de kneep, (niet egale) bedrukking, verschillen tussen media, en de nauwkeurigheid van de aansturing. De vrijheidsgraden uit het vlak dwingen we af met de metalen papierbaanplaten. Voor de overige richtingen voeren we op meerdere plaatsen correcties uit in de transportrichting (x), de zijdelingse verplaatsing (z) en de rotatie in het vlak (s), tot het vel weer in de pas loopt met de planning (Figuur 4).

Oce Figuur 4
Figuur 4: Een model berekent de x-fout voor elke positie in het papierpad.

Modellen

Een correctie in de x-richting kunnen we maar op een beperkt aantal plaatsen uitvoeren. Voor de planning is het nodig om te weten hoeveel afwijking, de x-fout, een vel kan hebben ten opzichte van het opgelegde tijdschema. We hanteren een model dat deze fout berekent voor elke positie in het papierpad (Figuur 5). Voor een x-correctie is het voldoende om een vel even wat sneller of langzamer te laten lopen.

Oce serie fig 4
Figuur 5: Om de vellen in het gareel te houden, voert de machine x-correcties (blauwe stip) en z/s-correcties (rode stip) uit.

Ook voor de z- en s-richting gebruiken we een model om te voorspellen hoeveel zijdelingse verplaatsing respectievelijk scheefloop we kunnen verwachten voor de vellen. Op basis hiervan hebben we bepaald op hoeveel plaatsen en waar precies in het papierpad een correctie nodig is. Bij een z- of s-correctie komt echter wat meer kijken. We hebben speciale mechanismes ontwikkeld om een vel in zijdelingse richting te verplaatsen en te roteren.

In de toekomst zullen we steeds meer modellen en simulaties gaan gebruiken. Een belangrijke reden is dat we betere oplossingen willen realiseren, en daarvoor moeten we het printsysteem beter begrijpen. Een andere reden is dat een fysiek prototype duur is en veel tijd kost om te maken, waardoor het een schaars goed is. Bovendien vormen modellen een goed communicatiemiddel tussen projectleden.

Edited by Nieke Roos