CN104039558A - 基于打印头校准的热膨胀的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

自动打印头校准使用热膨胀。通过利用热膨胀以在支架中定位打印头，繁琐的手动调整过程被淘汰。打印机内的和打印头之上的昂贵的精密基准的需要也减少了。

Description

基于打印头校准的热膨胀的方法和设备
背景技术
技术领域
本发明涉及打印。更具体地说，本发明涉及基于打印头校准的热膨胀的方法和设备。
背景技术说明
校准大量的打印头是耗时和/或昂贵的。在打印机中打印头目前通过采用精密机械参照，通过支架手动调节，或者通过发动机调节被校准。起初，支架板支持打印头必须非常准确地被加工以将打印头准确地放置在他们应该在的位置。这样做是昂贵的，而且不总是如要求的那样准确。此外，制造打印头本身中的变化意味着打印头不总是被定位在他们需要处于的位置。本领域的说明提供了调节螺丝。操作者手动地转动螺丝以将打印头前后推动。这个过程是非常耗时的。作出这样的调整后，操作者打印样式，检查它，并用显微镜测量它。然后操作者使另一个调节。重复该过程，并且在完成之前通常4小时以上的时间已过去。
一些校准技术尝试使用热膨胀以补偿在操作中的打印头移动。也就是说，打印头在制造期间故意地不被校准，以允许当它们在现场的操作温度时移动进入校准。例如，参见美国专利号6,793,323，Thermal ExpansionCompensation for Modular Printhead Assembly；美国专利号7,090,335，Thermal Expansion Compensation for Printhead Assembly；以及美国专利号7,810,906，Printhead Assembly Incorporating Heat Aligning PrintheadModules。这样的做法可谓非常偶然，因为在现场中操作条件差异很大，并且，如果当在操作温度时，打印头不在现场的校准中的话，没有结构能被提供用于重新调整打印头。
有利的是提供一种结构，该结构能够解决在现场校准打印头的问题，并允许这样的校准根据需要被执行，而不需要耗费时间和/或昂贵的过程。
发明内容
本发明的实施例提供了使用热膨胀的自动打印头校准。通过利用热膨胀在支架中定位打印头，繁琐的手动调整过程被淘汰。本发明还减少了在打印机内和打印头上的昂贵的精密基准的需要。至少在散装的，如在高度密集的打印机中，本文所公开的热膨胀调整技术比旋转式或压电电机更符合成本效益。
附图说明
图1是根据本发明的打印机的侧视图，该打印机采用了基于打印头校准的热膨胀机制；
图2是根据本发明的流程图，其示出了该打印机采用了基于打印头校准的热膨胀机制的操作；
图3A和3B是在与本文所公开的发明一同使用的校准图像的示意性表示，其中图3A是从其它打印头偏移的打印头的校准图像，以及其中图3B是与其他打印头内联的打印头的校准图像；
图4是根据本发明的在具有600×360dpi的分辨率的彩色打印机中的打印头的校准图像阵列的示意图；和
图5是计算机系统的示例形式中的机器的示意性框图，在计算机系统中的一组指令可以被执行以使所述机器执行本文所公开的任何方法。
具体实施例
发明的实施例提供使用热膨胀的自动打印头校准。通过利用热膨胀以在支架中定位打印头，繁琐的手动调整过程被淘汰。本发明还减少了在打印机内和打印头上的昂贵的精密基准的需要。至少在散装的，如在高度密集的打印机中，本文所公开的热膨胀调整技术比旋转式或压电电机更符合成本效益。
图1是根据本发明的打印机的侧视图，该打印机采用了基于打印头校准的热膨胀机制。如图1中所示，本发明的实施例包括安装到支架板11上的打印头10。打印头被由水平弹簧12在一个方向弹簧加载，并且该板配备有夹紧结构13，其能够保持打印头在合适的位置。相对于弹簧的是膨胀块14，其被由支架板固定至最远离打印头由的位置。膨胀块配备有加热元件15，其提供了膨胀的热量。膨胀块是由热绝缘材料16固定为远离支架板。
膨胀块可以由高热膨胀系数的材料，诸如锌合金或其它材料制成。在本发明优选的实施例中，膨胀块由商业锌制成，其优选地具有0.000019”/“/°F的线性热膨胀系数。本领域技术人员将会理解，膨胀块可以由其它材料制成，并且可以具有其他线性热膨胀系数。这种材料的实例包括但不限于：缩醛，其具有约0.0000592”/“/°F的线性热膨胀系数；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，其具有约0.000041线性热膨胀系数；以及聚醚醚酮(PEEK)，其具有约0.000025线性热膨胀系数。
加热元件可包括，例如，硅橡胶加热器，如McMaster Carr的35765K364 1”×2”加热器(类似的加热器可得自Hi-Heat)；或者它可以包括聚酰亚胺加热器，如Omega的KH-103/10-P(类似的加热器可得自Minco/Honeywell)。本领域技术人员将会理解，其他的加热器可以被用于本发明的各种实施例中。
图2是根据本发明的流程图，其示出了该打印机采用了基于打印头校准的热膨胀机制的操作。在自动校准过程开始时，操作员释放在打印头上的凸轮驱动锁定17以被校准(200)。打印机然后使用上述的打印头印刷的校准样式(参见图2A和图2B，下面将讨论)(210)，并使用其成像系统18分析所得到的样式(220)。在本发明的一些实施例中，这些样式被存储在打印机本身中以及校准过程是由操作员控制开始的，例如通过从打印机本身上的触摸屏或经由网络命令到打印机，选择校准例程。成像系统可以是照相机或与打印机相关联的其他成像设备，或者它可以是可改进的设备。
如果打印头需要被移动(230)，控制系统19使用脉冲宽度调制(PWM)驱动信号(250)增加加热器的温度。控制系统然后稍微延迟驱动信号到加热器的进一步应用，从而决定加热器的温度。为了更快的响应，热电偶反馈结构20可以被安装。控制系统调整PWM，并根据需要反复进行印刷试验，直到打印头处于合适的位置。在某些情况下，如果调整量太大(过冲)，则膨胀块被冷却，以使得水平弹簧将打印头移回到校准。因此，如有必要，调整被既向左也向右地实现。
一旦适当的校准被达到，操作者发信号以激活锁定以保持打印头在合适的位置(240)。加热器稍后将被禁用，且膨胀块缩短，但打印头保持校准中的锁定。或者，控制系统可以操作螺线管或其它电机致动器(未示出)以自动啮合锁定，当适当的校准被达到时。
校准图像的重要部分可见于图3A和3B，这些是成像系统评估的部分。图像的其余部分被提供以使其为手动调整而可读。有些打印头从其他打印头偏移。对于这些头的正确样式是如图3A所示。中间部分(图3A的较淡阴影)是一个打印头，外面的部分(图3A的较暗阴影)是另一打印头。在给定打印头(中间部分)上的热膨胀块被进行调整直到该部分的线是在为其他部分的线的中间。有些打印头是内联于其他打印头。对于这些打印头的正确样式如图3B所示。中间部分(图3B上的较淡阴影)是一个打印头，外面的部分(图3B上的较暗阴影)是另一打印头。在给定打印头(中间部分)上的热膨胀块被调整直到线与那些其他部分内联。
图4是在具有600×360dpi的分辨率的彩色打印机中的打印头的校准图像阵列的示意图。在使用本文所公开的发明校准这样的打印机的打印头中，测试打印和成像步骤被如上所述一样执行。在本实施例中，打印头11和12校准偏移到较暗的线的中间，而另一打印头被线内校准。打印头11和12使用上面描述的技术被首先优选地进行校准。打印头9和10在使用测试模式之前被典型地进行校准，例如，作为工厂调整的一部分。
在一个实施例中，对于每一个打印头有一个加热器和膨胀块。这允许操作者相对于彼此校准所有的打印头。因而，校准被首先为一个打印头执行，然后为下一个打印头执行，直到所有的打印头被校准。可替代地，打印头可全部在同一时间被校准。在这种情况下，有一个参照打印头，这在图4中是打印头9。在本实施例中，本文所公开的结构是用来校准所有的其他打印头至参照打印头。
计算机实现
图5是计算机系统1600的示例性形式中的机器的方框示意图，在该计算机系统内的用于使得机器执行一个或多个上述方法的一组指令可以执行。在替代实施例中，机器可包括网络路由器、网络交换机、网桥、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络设备或能够执行指定要由这台机器采取的动作的指令序列的任何机器。
计算机系统1600包括处理器1602、主存储器1604和静态存储器1606、其彼此经由总线1608进行通信。计算机系统1600可以进一步包括显示单元1610，例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)。计算机系统1600还包括字母数字输入设备1612，例如，键盘；光标控制设备1614，例如，鼠标；磁盘驱动器单元1616，信号生成设备1618，例如，扬声器，以及网络接口设备1620。
磁盘驱动器单元1616包括机器可读介质1624，其上存储一组可执行指令，即软件，1626，其包含下文描述的任何一个或全部的方法。软件1626也被示出为位于，完全或至少部分地，主存储器1604之内和/或处理器1602之内。软件1626还可以进一步通过网络1630由网络接口设备1628被发送或接收。
相反于上述系统1600，不同的实施例使用逻辑电路来代替计算机执行的指令以实现处理实体。这取决于在速度、费用、加工成本等方面的应用的特定要求，这种逻辑可以通过构造具有数以千计的微小集成晶体管的应用专用集成电路(ASIC)来实现。这样的ASIC也可以用CMOS(互补金属氧化物半导体)，TTL(晶体管一晶体管逻辑)，VLSI(超大规模系统集成)，或另一种合适的结构来实现。其他替代方案包括数字信号处理芯片(DSP)，离散电路(例如电阻，电容，二极管，电感和晶体管)，现场可编程门阵列(FPGA)，可编程逻辑阵列(PLA)，可编程逻辑器件(PLD)等。
应当理解的是，实施例可以被用作软件程序或软件模块或支持软件程序或软件模块，该软件程序或软件模块在某些形式的处理核(诸如计算机的CPU)上被执行或以其他方式被执行或在机器或计算机可读介质内被实现。机器可读介质包括任何用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或传输信息的机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电，光，声或其它形式的传播信号，例如，载波，红外信号，数字信号，等等；或任何其它类型的适合于存储或传输信息的介质。
尽管本发明被参照优选的实施例进行说明，但本领域的技术人员将容易理解，其它的应用可以被用于取代在此处阐述的那些应用，而不脱离本发明的精神和范围。
例如，如本文所描述的热膨胀的用途可被应用于调整在每一打印头的多于一个方向上的打印头。因此，本发明可以被用于作出X或Y维度的任一或两者的调整，即左和右以及前进和后退。
进一步，本发明的实施例可以包括报告或记录结构，其跟踪校准调整的历史。历史在确定随时间的校准中的改变是有用的，例如确定喷头或打印头如何影响印刷，确定磨损和维修的需要，确定有多少打印头应被校准和应多长时间被校准一次打印头(并因此建立维护时间表，和/或识别打印头或其他组件的某些批次中的样式)。在一个实施例中，本发明的这一特征是用侦查相机实现的，并且结果被存储在打印机存储器中。
最后，本发明的实施例用机械装备本文公开的结构以提供远程诊断。例如，膨胀块不仅用来调整打印头的位置，且系统可包括与膨胀结构和/或打印头相关联的传感器以远程确定打印头的位置。例如，在实施例中，到确定的电阻阈值(如由与膨胀块一致的或受膨胀块影响的应变传感器测量的电阻阈值)的膨胀提供数据以允许打印头校准的远程观察。
因此，本发明应仅由包括的权利要求所限定。

Claims (38)

1.一种用于自动的打印头校准的设备，包括：
支架板，被配置为接收至少两个打印头；
偏压结构，用于推动所述至少两个打印头中的至少一个在第一方向上沿着校准路径；
与所述支架板相关联的膨胀块，当加热时，所述膨胀块在第二方向上沿着所述校准轨道进行膨胀，其中所述第一方向和所述第二方向是共线的，以及其中所述膨胀块与所述至少两个打印头中的至少一个进行机械连通，以响应于所述膨胀块的膨胀而实现所述至少一个打印头在所述第二方向上的移动；
与所述膨胀块热接触的加热元件；
成像系统，用于捕获由所述至少一个打印头打印的校准样式；
控制系统，其中与所述加热元件和所述成像系统进行通信，所述控制系统配置为使得所述校准样式被打印，接收和分析来自所述成像系统的成像信息，以及控制所述加热元件的操作以加热所述膨胀块，其中所生成的所述膨胀块的线性膨胀在所述第二方向上移动所述至少一个打印头以实现打印头校准，所述控制系统进一步被配置为实现所述校准样式的重复打印、所述成像信息的接收和分析、以及所述加热元件的操作，直到被打印的校准样式表明正确的打印头校准已经被达到；以及
与所述支架板相关联的夹紧结构，用于可选择地保护所述打印头免受运动的损坏，以保持打印头校准，而不考虑所述膨胀块的膨胀和/或由所述偏压结构所施加的偏压。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
大致上在所述膨胀块和所述支架板之间的热绝缘体。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述膨胀块由具有高热膨胀系数的材料制成。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述膨胀块大致上包括任何一个的：锌合金，其具有约0.000019”/“/°F的线性热膨胀系数；缩醛，其具有约0.0000592”/“/°F的线性热膨胀系数；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，其具有约0.000041线性热膨胀系数；以及聚醚醚酮(PEEK)，其具有约0.000025线性热膨胀系数。
5.如权利要求1所述的设备，所述加热元件包含任何的硅橡胶加热器和聚酰亚胺薄膜加热器。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述夹紧结构包括凸轮驱动锁定。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述控制系统被配置为使用脉冲宽度调制(PWM)驱动信号提高所述加热元件的温度。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述控制系统被配置为延迟所述驱动信号的进一步应用，以允许决定所述加热元件温度。
9.如权利要求1所述的设备，还包括：
与所述控制系统进行通信，以监测所述膨胀块的温度的热电偶反馈结构。
10.如权利要求7所述的设备，其中所述控制系统被配置为允许所述膨胀块冷却，其中所述偏压结构推动所述打印头沿着所述第一方向以校正所述打印头校准。
11.如权利要求1所述的设备，其中一旦正确的打印头校准已经被达到，所述控制系统被配置为发信号至操作者，以激活所述夹紧结构支撑所述打印头。
12.如权利要求1所述的设备，其中一旦正确的打印头校准已经被达到，所述控制系统被配置为操作机电致动器，以自动地啮合所述夹紧结构支撑所述打印头。
13.如权利要求1所述的设备，还包括：
独立的加热元件以及与每一个所述打印头相关联的膨胀块。
14.如权利要求13所述的设备，其中所有的所述打印头被互相校准，其中校准首先为一个打印头被执行，然后其为下一个打印头被执行，直到所有的所述打印头被校准，或是所有的所述打印头在相同的时间被校准。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述打印头中的一个包括所有其它打印头被校准至的参照打印头。
16.如权利要求1所述的设备，其中所述膨胀块的膨胀被应用到在每一打印头的多于一个方向上调整所述打印头。
17.如权利要求1所述的设备，其中所述膨胀块的膨胀被应用在X和Y维度中的任一或两者作出调整。
18.如权利要求1所述的设备，还包括：
报告或记录结构，被配置为跟踪校准调整的历史记录，以确定随时间的校准的变化。
19.如权利要求1所述的设备，还包括：
远程诊断结构，包括与所述膨胀块和/或打印头相关联的传感器以远程确定所述打印头的位置。
20.一种用于自动打印头校准的方法，包括：
配置支架板，所述支架板被配置为接收至少两个打印头；
提供偏压结构以用于推动所述至少两个打印头中的至少一个在第一方向上沿着校准路径；
关联膨胀块与所述支架板，其中当被加热时，所述膨胀块在第二方向上沿着所述校准轨道进行膨胀，其中所述第一方向和所述第二方向是共线的，以及其中所述膨胀块与所述至少两个打印头中的至少一个进行机械连通，以响应于所述膨胀块的膨胀而实现所述至少一个打印头在所述第二方向上的移动；
提供与所述膨胀块热接触的加热元件；
提供成像系统以用于捕获由所述至少一个打印头打印的校准样式；
提供控制系统与所述加热元件和所述成像系统进行通信，所述控制系统配置为使得所述校准样式被打印，接收和分析来自所述成像系统的成像信息，以及控制所述加热元件的操作以加热所述膨胀块，其中所生成的所述膨胀块的线性膨胀在所述第二方向上移动所述至少一个打印头以实现打印头校准，所述控制系统进一步被配置为实现所述校准样式的重复打印、所述成像信息的接收和分析、以及所述加热元件的操作，直到被打印的校准样式表明正确的打印头校准已经被达到；以及
关联夹紧结构与所述支架板，以用于可选择地保护所述打印头免受运动的损坏，以保持打印头校准，而不考虑所述膨胀块的膨胀和/或由所述偏压结构所施加的偏压。
21.如权利要求20所述的方法，还包括：
大致上地将热绝缘体定位在所述膨胀块和所述支架板之间。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述膨胀块由具有高热膨胀系数的材料制成。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述膨胀块大致上包括任何一个的：锌合金，其具有约0.000019”/“/°F的线性热膨胀系数；缩醛，其具有约0.0000592”/“/°F的线性热膨胀系数；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，其具有约0.000041线性热膨胀系数；以及聚醚醚酮(PEEK)，其具有约0.000025线性热膨胀系数。
24.如权利要求20所述的方法，所述加热元件包含任何的硅橡胶加热器和聚酰亚胺薄膜加热器。
25.如权利要求20的所述的方法，其中所述夹紧结构包括凸轮驱动锁定。
26.如权利要求20所述的方法，其中所述控制系统被配置为使用脉冲宽度调制(PWM)驱动信号提高所述加热元件的温度。
27.如权利要求26的所述的方法，其中所述控制系统被配置为延迟所述驱动信号的进一步应用，以允许决定所述加热元件温度。
28.如权利要求20所述的方法，还包括：
提供与所述控制系统进行通信的热电偶反馈结构，以监测所述膨胀块的温度。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述控制系统被配置为允许所述膨胀块冷却，其中所述偏压结构推动所述打印头沿着所述第一方向以校正所述打印头校准。
30.如权利要求20所述的方法，其中一旦正确的打印头校准已经被达到，所述控制系统被配置为发信号至操作者，以激活所述夹紧结构支撑所述打印头。
31.如权利要求20所述的方法，其中一旦正确的打印头校准已经被达到，所述控制系统被配置为操作机电致动器，以自动地啮合所述夹紧结构支撑所述打印头。
32.如权利要求20所述的方法，还包括：
关联单独的加热器元件和与每一个所述打印头相关联的膨胀块。
33.如权利要求32所述的方法，其中所有的所述打印头被互相校准，其中校准首先为一个打印头被执行，然后其为下一个打印头被执行，直到所有的所述打印头被校准，或是所有的所述打印头在相同的时间被校准。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述打印头的一个包括所有其它打印头被校准至的参照打印头。
35.如权利要求20所述的方法，还包括：
应用所述膨胀块的膨胀施以在每一打印头的多于一个方向上调整所述打印头。
36.如权利要求20所述的方法，还包括：
应用所述膨胀块的膨胀以在X和Y维度中的任一或两者作出调整。
37.如权利要求20所述的方法，还包括：
提供报告或记录结构，所述报告或记录结构被配置为跟踪校准调整的历史以确定随时间的校准的变化。
38.如权利要求20所述的方法，其进一步包括：
提供远程诊断结构，所述远程诊断结构包括与所述膨胀块和/或打印头相关联的传感器以远程确定所述打印头的位置。
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