CN108205069A - 用于检测喷射流的速度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法，该多喷射流打印头包括多个喷嘴(4)、用于每个喷射流的至少一个第一偏转电极和至少一个第二偏转电极(14a，14b)，在该方法中：‑在喷射流形成频率下利用所述喷嘴(4)形成至少一个喷射流，‑进行以下估计：*在固定不变的喷射流速度下通过改变喷射流形成频率来估计所述喷射流的截止频率，*或者，在固定不变的喷射流形成频率下通过改变喷射流速度来估计使截止频率等于所述形成频率的速度，‑将该截止频率或该速度与参考值进行比较并且推断出所述喷嘴的工作状态或非工作状态。

Description

用于检测喷射流的速度的方法和设备
技术领域
本发明涉及打印机的或二元连续喷墨打印机的设有多喷嘴液滴生成器的打印头。
背景技术
连续喷墨打印机包括墨滴生成器和使由生成器产生的液滴的轨迹分开并将该液滴引导向打印基材或引导至捕集器的装置。
液滴生成器包括在喷嘴板上沿着喷嘴对齐轴线X排列齐的喷嘴。在打印期间，这些喷嘴沿垂直于喷嘴板的方向Z连续地喷出墨水喷射流。连续喷墨打印机包括偏转连续喷墨打印机和二元连续喷墨打印机。在对打印基材上的一位置进行打印所花费的时间期间，在偏转连续喷墨打印机中形成的来自于喷嘴的液滴可能会偏转或者不会偏转。对于每个打印位置和对于每个喷嘴来讲，所打印的部段垂直于打印基材的移动方向。考虑要打印的图形，偏转液滴被偏转成使得该偏转液滴将在被打印部段的所需部分上撞击打印基材。未偏转的液滴被回收到捕集器中。偏转连续喷墨打印机通常包括较少的喷射喷嘴，但是每个喷嘴可以在基材上的多个打印位置打印，即，取决于要打印的图形而打印分布在打印部段上的多个像素。在二元连续喷墨打印机中，来自喷嘴的墨水对每个打印位置仅打印一个像素。根据要打印的图形，所考虑的像素不接收任何液滴或者接收一个或多个液滴。因此，为了较高的打印速度，喷嘴板包括大量的喷嘴(例如64个)，从而使得每个喷嘴能够同时打印一个像素。对于打印所不需要的液滴被回收到捕集器中。
由于喷嘴数量大，在评估或测量每个喷射流的速度方面会出现问题。多个喷射流中的单个喷射流的速度的变化将产生打印问题。
具体来讲，墨滴或喷射流或喷射流段的速度形成了对打印质量有影响的参数，因为它以使轨迹不同的方式影响液滴通过时间，并且因此在液滴对打印基材进行撞击时影响了液滴的位置。
通过另一个参数(例如与墨水质量有关的参数)的变化可引起由单个喷嘴喷射的墨滴或墨水喷射流的标称速率的变化。
文献US5160939(FR 2.636.884)公开了一种测量液滴速度的方法，该方法适用于其中液滴被加电的打印机。
液滴速度由单个检测器测量，该单个检测器包括由两个部分组成的导电元件，这两个部分相对于液滴的轨迹彼此对称。该检测器被放置在加电电极和偏转电极之间的腔中或者被放置在偏转电极和捕集器之间的腔中。检测器的导电元件通过安培表(测量电阻的端子处的电位)连接到地。处理电路与电阻并联连接。操作如下：带电液滴或一系列的带电液滴在检测器的导电元件中感应出电荷，其中该电荷的符号与一系列液滴中的液滴的符号相反。这种加电取决于带电液滴或一系列带电液滴在导电元件中的位置而变化。处理电路确定通过导电元件的时间，并因此确定在该通过时间期间液滴的平均速度。
但是这种技术需要在加电电极和偏转电极之间存在检测器电路。这样会在墨滴或墨水喷射流流通所在的腔内部引入干扰因素。
另一个问题是对喷嘴中的一个或多个喷嘴的工作状态或非工作状态进行检测和/或对一个或多个喷射流质量中存在的缺陷或不足进行检测。由于多个喷嘴(和多个喷射流)的存在，而该喷嘴和喷射流的数量可能较大，所以难以辨别一个或多个喷嘴是否功能失常和/或一个或多个喷射流(特别是在其速度方面)是否具有任何缺陷。
发明内容
本发明的第一目的是一种用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头中的至少一个喷嘴的方法，该多喷射流打印头包括多个喷嘴、用于每个喷射流的至少一个第一偏转电极和至少一个第二偏转电极，在该方法中，
-在形成喷射流液滴所在的初始频率下，利用所述喷嘴形成至少一个喷射流，
-进行以下估计或计算：
*在固定不变的喷射流速度下通过从所述初始频率开始改变喷射流形成频率来估计或计算至少该喷射流的截止频率(Fc)，
*或者，在来自至少该喷射流的液滴的固定不变的形成频率(等于所述初始频率)下，通过改变喷射流速度来估计或计算使截止频率(Fc)等于所述形成频率的速度。
然后，例如可以将该截止频率(Fc)或该速度与参考值进行比较。
至少所述喷嘴的工作状态或非工作状态可基于所述比较的结果而被估计出或评估出。
可将加电电压施加到被称为加电电极(例如偏转电极中的一个)的电极。
根据一个实施例，来自所述喷射流的液滴的截止频率(Fc)通过在固定不变的喷射流速度下改变喷射流形成频率来估计，该截止频率通过下述方式来估计：
-在固定不变的喷射流速度下提高喷射流液滴形成频率，并且辨识下述频率：在该频率下，喷射流不再面对加电电极断裂并且喷射流不再带电；
-或者，在固定不变的喷射流速度下减小喷射流液滴形成频率，并且辨识下述频率：从该频率开始，喷射流面对加电电极断裂并且喷射流带电。
换言之，利用施加到加电电极的电压使喷射流带电，但是在喷射流液滴形成频率达到最小值时不再带电，尽管对加电电极施加了所述加电电压。
参考值可以是至少一个其它的喷射流的截止频率或者是理论截止频率。
根据另一个实施例，对于使截止频率(Fc)等于所述形成频率的速度，在固定不变的喷射流液滴形成频率下通过改变喷射流速度来估计该速度，通过下述方式来估计该速度：
-增大喷射流速度并且辨识下述速度：在该速度下，喷射流不再面对加电电极断裂并且喷射流不再带电；
-或者，减小喷射流速度并且辨识下述速度：从该速度开始，喷射流面对加电电极断裂并且喷射流带电。
换言之，利用施加到加电电极的电压使喷射流带电，但是当喷射流速度达到最小值时该喷射流不再带电，尽管对加电电极施加了所述加电电压。
参考速度可以是至少一个其它喷射流的使喷射流液滴形成频率等于截止频率的速度，或者，该参考速度可以是理论速度或标称速度。
在根据本发明的方法期间，所产生的和经测试的喷射流可能被或者不被偏转电极偏转。
部段或墨水喷射流所携带的电荷可被捕集器或电极检测到，该捕集器可能是移动式的并例如是用于未作打印使用的喷射流的捕集器，该捕集器由例如为金属的导电材料制成。
可接连地测试多喷射流打印头的多个喷嘴中的每个喷嘴，例如，测试多喷射流打印头的所有喷嘴。
作为变型，可同时测试多喷射流打印头的多个喷嘴，例如测试多喷射流打印头的所有喷嘴。
本发明还涉及一种使用包括多喷射流打印头的喷墨打印机进行打印的方法，该方法包括：
-在基材上打印至少一个图形的步骤，
-停止打印然后实施根据本发明的测试所述多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法。
本发明还涉及一种使用包括多喷射流打印头的喷墨打印机进行打印的方法，该方法包括：
-实施根据本发明的测试所述多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法，
-停止测试方法然后实施在基材上打印至少一个图形的步骤。
在该打印方法期间，在打印步骤过程中将相位相反的可变电压施加到第一偏转电极和第二偏转电极，例如使得电场E的时间平均值为零或很小。
本发明的另一个目的是一种用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的设备，该多喷射流打印头包括多个喷嘴、用于每个喷射流的至少一个第一偏转电极和至少一个第二偏转电极，该设备包括：，
a)适于或被专门编程为在喷射流液滴形成频率下通过喷嘴中的一个喷嘴产生所述墨水喷射流的装置，
b)适于或被专门编程为在固定不变的喷射流速度下改变喷射流液滴的形成频率的装置，和用于或被专门编程用于估计或计算截止频率(Fc)的装置，
-或者包括，适于或被专门编程用于在固定不变的喷射流液滴形成频率下改变喷射流的速度的装置，和用于或被专门编程用于估计或计算使截止频率(Fc)等于所述形成频率的喷射流速度的装置。
装置可以被设置用于或适于或被专门编程用于将该截止频率(Fc)或该速度与参考值进行比较，该参考值例如可以是至少一个其它喷射流的截止频率或理论截止频率；或者是至少一个其它喷射流的使喷射流液滴形成频率等于截止频率的速度，或者是理论速度或标称速度。
装置可以被设置成将电荷施加到被测量的或被测试的、由喷嘴中的一个喷嘴产生的喷射流。
根据本发明的设备可以包括：
-适于或被专门编程用于在固定不变的喷射流速度下增大喷射流液滴形成频率的装置，和适于或被专门编程用于辨识下述频率的装置：在该频率下，喷射流不再面对加电电极断裂并且喷射流不再带电，
-和/或，适于或被专门编程用于在固定不变的喷射流速度下减小喷射流液滴形成频率的装置，和适于或被专门编程用于辨识下述频率的装置：在该频率下，喷射流面对加电电极断裂并且喷射流带电。
换言之，利用施加到加电电极的电压使喷射流带电，但是当喷射流液滴形成频率达到最小值时该喷射流不再带电，尽管向加电电极施加了所述加电电压。
根据本发明的设备，该设备可包括：
-适于或被专门编程用于在固定不变的喷射流液滴形成频率下增大喷射流速度的装置，和用于或被专门编程用于辨识下述速度的装置：在该速度下，喷射流不再面对加电电极断裂并且该喷射流不再带电，
-和/或适于或被专门编程用于在固定不变的喷射流液滴形成频率下减小喷射流速度的装置，和用于或被专门编程用于辨识下述速度的装置：从该速度开始，喷射流面对加电电极断裂并且喷射流带电，
换言之，利用施加到加电电极的电压使喷射流带电，但是当喷射流速度达到最小值时该喷射流不再带电，尽管向加电电极施加了所述加电电压。
在根据本发明的设备或方法中，可以设置对偏转电极施加偏转电压或不施加偏移电压的装置。
在根据本发明的设备或方法中，加电电极例如可以是偏转电极中的一个或者是屏蔽电极或者是另一个电极，该另一个电极相对于喷嘴的出口处的喷射流的轨迹位于偏转电极的下游。
根据本发明的设备可以包括喷射流捕集器或电极以及对由该捕集器或该电极检测到的电荷信号进行处理的装置，该喷射流捕集器例如是用于未作打印使用的喷射流的捕集器，该捕集器可以是移动式的并由金属材料(或任何其它的导电材料)制成。
根据本发明的设备可能能够或者被专门编程为针对打印头中的每个喷射流接连地或同时对喷墨打印机的所述多喷射流打印头的多个喷嘴进行测试。
本发明还涉及一种为包括多喷射流打印头的喷墨打印机类型的打印设备，该打印设备包括：
-在基材上打印至少一个图形的装置，
-停止打印然后实施例根据本发明的用于测试所述多喷射流打印头的一个或多个喷嘴的方法的装置。
本发明还涉及一种为包括多喷射流打印头的喷墨打印机类型的打印设备，该打印设备包括：
-实施根据本发明的用于测试所述多喷射流打印头的一个或多个喷嘴的方法的装置。
-停止该测试方法然后在基材上打印至少一个图形的装置。
本发明还涉及一种喷墨打印机，该喷墨打印机包括：
-多喷射流打印头，
-根据本发明的用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的设备，
-将墨水和/或溶剂供应到打印头的装置。
附图说明
现将参照附图来描述本发明的示例实施例，在该附图中：
-图1示出了打印头的图解性等距视图，该视图主要示出了打印头的位于喷嘴下游的构件，
-图2示出了根据本发明的一个方面的打印头的腔的图解性截面图，该截面是沿着与YZ平面平行并且包含喷嘴的Z轴线中的一个轴线的平面截取的，
-图3A和图3B示出了打印头的特定实施例的分别沿XZ平面和YZ平面截取的截面图，
-图4示出了一曲线，该曲线示出了断裂距离随打印头激励室的启动频率的变化，
-图5示出了电子电路的示例的图示，该电子电路可被用于选择将要被测试的一个或多个喷射流，
-图6示出了喷墨打印机的主要模块，
-图7示出了可适用于本发明的喷墨打印机的结构。
在不同的图中，相似或相同的技术元件由相同的附图标记标示。
具体实施方式
以下参照图1描述打印头的总体结构。
打印头包括滴液生成器1。该生成器包括沿着X轴线(位于该图的平面中)在喷嘴板2上对齐的整数n个喷嘴4，该整数n个喷嘴包括第一个喷嘴41和最后一个喷嘴4n。
第一个喷嘴和最后一个喷嘴(41，4n)是在其之间距离最大的喷嘴。
每个喷嘴具有喷射流喷射轴线，该喷射流喷射轴线平行于与喷嘴板和上述的X轴线垂直的Z方向或Z轴线(位于图1的平面中)。第三轴线Y垂直于X轴线和Z轴线中的每一个，X轴线和Z轴线这两个轴线在图1的平面中延伸。
在图中可看到喷嘴4x。每个喷嘴与加压激励室液压连通。液滴生成器针对每个喷嘴包括一个激励室。每个室设置有激励装置或致动器，例如压电晶体。文献US 7 192 121中描述了激励室的示例设计。
激励装置在每个激励室中产生波。
这个波传播到从室离开的喷射流。因此，喷射流的表面变形并且包括变宽和变窄的区域。如果变窄的区域大于或等于喷射流半径，则将会导致喷射流断裂。如果同一喷射流中的两个断裂是接续的，则形成喷射流部段，该喷射流部段将在墨水的表面张力的作用下转变成墨滴。
断裂长度由脉冲所加的能量决定，因此不取决于脉冲重复频率。
每个喷射流的速度尤其取决于对每个室中的墨水施加的压力、墨水的粘度和每个喷嘴4x的直径。
在喷嘴板的下游存在分选装置或分选模块6，该分选装置或分选模块将待用于打印的液滴或喷射流部段与不用于打印的液滴或喷射流部段分开。
由喷嘴喷射的并且将被用于打印的液滴或喷射流部段遵循沿着喷嘴的Z轴线的轨迹并且在穿过出口狭缝17之后撞击打印基材8。狭缝向腔的外部敞开并且待打印的墨滴穿过该狭缝离开；该狭缝与喷嘴对齐所沿的X方向平行，喷嘴的Z方向轴线穿过该狭缝，该狭缝在与喷嘴板2相对的面上。狭缝的长度至少等于第一个喷嘴和最后一个喷嘴之间的距离。
由喷嘴喷射的但不用于打印的液滴或喷射流部段被装置6偏转并被回收到捕集器7中然后被重复利用。捕集器沿着X方向的长度至少等于第一个喷嘴和最后一个喷嘴之间的距离。
图2示出了可用在本发明的框架中的打印头的工作原理。
该图是沿着与YZ平面平行的包含喷嘴4的Z轴线的平面截取的截面图。每个截面示出的形状沿着X方向(垂直于图2中的平面)在从第一个喷嘴41到最后一个喷嘴4n的距离上保持相同。
液滴生成器配备有屏蔽电极15。该电极垂直于图2的平面延伸，因此该电极对于所有的喷射流是共用的。在工作期间，该电极的电位可能与墨水的电位相同。面对该电极断裂的液滴不会带电，因此该断裂的液滴是中性的。
打印头还设置有一组电极6，这组电极具有两个电极14a、14b(或各自与接地电极相关联的2个电极14a、14b)，这两个电极沿着由生成器1产生的喷射流20的路径被定位。这些电极垂直于图2的平面延伸，因此对于所有喷射流是共用的。
可以设置挡板16以将被引导向捕集器7的墨水部段与被送往将在其上进行打印的基材8的液滴分开。
可以设置回收底部件(heel)或回收模块25。实际上，单个陶瓷部件被制造成包括底部件或模块25和电极块6。
然后，将电极14a和14b丝网印制在上部部分上。所述单个部件封闭了将电极与捕集器分开的空间。
在打印期间，这种打印头如下进行工作。
2个电极14a、14b产生可变电场E，喷射流20和所有其它喷射流暴露于该可变电场E；为了实现该目的，这两个电极被供电为带有可变电位。
具体来讲，根据一个实施例，电极可以被供电为使得电场E的时间平均值为零，或者几乎为零或很低；因此，喷射流20在电极14a、14b的影响区域中是电中性的；然而，分布在喷射流20中的正电荷和负电荷被电极分离，使得可以确保偏转。因此，无论什么时候，被负信号供电的电极在喷射流20上感应出的具有正符号的电荷的量实际上等于被正信号供电的电极在喷射流20上感应出的具有负符号的电荷的量。因此，在喷射流20的较长距离上，具体地是在喷嘴4与电极的电影响区域之间，没有或几乎没有电荷的流通。
在一个优选实施例中，2个电极具有相同的几何形状，并且当打印时每个电极的电信号具有相同的幅度、频率和形状，但是是异相的(对于该对电极来说处于相反的相位)。
被电绝缘体分开的两个电极沿着液压轨迹A的方向可以具有相同的尺寸h。每个电极可被可变的高电压信号供电，该高电压信号具有给定的幅度V0、相同的频率F和相同的形状，但是为180°异相的。优选地，电极22、24和绝缘体26距液压轨迹的距离近似相同，该液压轨迹是由从喷嘴4输出的未偏转喷射流的轴线限定的，电极14a、14b的影响区域在短距离上朝向喷射流20延伸。
在指定的时间t0，具有正电荷的第一电极14a在面对的喷射流20的表面上感应出具有相反符号(-)的电荷，从而在喷射流的受静电影响的部分与电极14a之间产生吸引力。类似地，带负电荷的电极14b在喷射流20的面对该电极的部分上感应出具有相反符号(+)的电荷，从而也产生与所感应的电荷的平方成比例的吸引力。在由两个电极14a、14b产生的力的作用下，喷射流20从其液压轨迹偏转并倾向于朝向电极14a、14b移动。
在这种在信号以及电极的几何形状方面对称的构造中，静电作用在喷射流20中感应出电偶极子，偶极子中涉及的电荷源自喷射流20内的正负电荷载流子(离子)的分离。应该注意的是，该电荷分离现象不同于从喷嘴板4(其中喷射流20是例如接地的)到电极14a、14b的影响区域由于传导而产生的电荷转移机理。具体来讲，如果墨水、贮液部和喷嘴4接地，那么喷射流20的平均电荷保持处于零。
因此，得到的结果是通过局部加电而不是使整个喷射流带电来使连续的喷射流20偏转。
对于上述结构所需的效果是使该喷射流和所有其它的喷射流在电极14a、14b的影响区域中是电中性的，同时使正电荷与负电荷分离。能够满足这两个条件的电极的任何其它组合(尺寸、电位、分布、数量)都遵守该原则。FR 2906755中的图2B示出了一示例(在此未被复述)，在该示例中，电极的组6包括下述电极替代方案：以带有相反电位的电极替代带有相同电位的电极；电极被绝缘体分开，该电极优选地全部具有相同的性质和尺寸。
作为变型，可以使用文献FR 2906755中呈现的任何其它的电极结构。
在该文献中描述的涉及产生不同设想的解决方案的方面也可以用在本发明的框架中。
具体来讲：
-被偏转的并且不用于打印的喷射流部段的长度优选地大于或等于电极网络的总高度L(沿着Z轴线测量)；
-和/或，未被偏转的并且将形成待打印的液滴的喷射流部段的长度优选地小于两个相邻电极分开的最短距离H；
-和/或，电极优选地涂覆有电绝缘层。该绝缘层提高了安全性。该绝缘层使得能够对经涂覆的电极施加更高的电压。这种绝缘体也能够切断直流电场分量。
在图3A和图3B中分别以沿XZ平面和YZ平面的截面图的形式示出打印头的特定实施例的示例。
这些图采用与之前的图相同的附图标记来标定技术上相同或等同的元件。附图标记5x和7x分别标定了激励室和从该室通向喷嘴4x的导管。
如上文所说明的，当两个电极带有完全相同的电位但具有180°的相移时，由两个电极14a、14b产生的场被整体抵消。在这种情况下，喷射流不携带任何电荷，因为面对两个电极的喷射流部段整体是中性的。
根据本发明的一个实施例的测量是通过使电极14a带有交变的加电电位而使电极14b接地来进行的。相反地，作为变型，可使电极14a和电极14b接地并且可对屏蔽电极15施加电位；作为另一个变型，可使电极14a、电极14b和电极15接地并且可对另一个例如位于电极14b和捕集器7之间的电极(优选也垂直于图2的平面延伸并因此对于所有喷射流是共用的)施加电位。通常，喷射流或每个喷射流在面对被施加与喷射流电位不同的电位(被称为加电电位)的电极时断裂。于是喷射流部段或每个喷射流部带电并且可以检测到与电荷的存在有关的信号。当喷射流或每个喷射流带电时，这些条件不同于可以进行打印输出以及如上文所述的条件(并且对于上文所述的条件喷射流不带电)。
如果将加电电位施加到除了电极14a、14b之外的电极，则可以使用施加到电极14a、14b的偏转电压来使部段例如朝向捕集器7偏转。
通常，该设备包括加电电极(其优选地垂直于图2的平面延伸，因此对于所有喷射流是共用的)，该加电功能可能由被称为偏转电极的电极14a、14b中的一个执行。换言之，在这种情况下，被称为偏转电极的电极14a、14b中的一个充当加电电极。但作为变型，该功能可由另一个电极来执行。
因此，根据本发明的检测方法可以在基材8(图1)上进行打印输出之前和/或之后实施。
在根据本发明的检测方法的框架中，喷射流由激励室产生。这是由启动该室的激励装置(例如压电装置)通过施加喷射流断裂脉冲(例如呈至少一个频率f下的周期性电压V的形式)来完成的。
当该频率的值变得大于被称为截止频率的值Fc时，墨水喷射流不再以受控的方式断裂成液滴(墨水喷射流断裂但是以自然的方式断裂)并且墨水喷射流不携带任何电荷。该频率Fc与喷射流Vj的速度有关，关系式为：
Vj＝2πRFc/kc (1)
在该关系式中，R表示喷射流的半径；对该半径应用修正系数kc，特别是考虑到墨水特性和喷嘴直径。
下述论文中说明了喷射流的自然断裂：J.W.Strutt和LordRayleigh的“On theinstability of jets”(关于喷射流的不稳定性)(伦敦数学学会的会议录，卷1，4-13页)以及J.Eggers、E.Villermaux的“Physics of liquid jets”(液体喷射流的物理性质)(期刊物理学进展报告(Reports on Progress in Physics，Rep.Prog.Phys.)71，036601(2008))。
对于截止频率和对于高于截止频率的频率，喷射流不再面对加电电极断裂并且喷射流不再带电。
截止频率是从其开始激励对喷射流没有效果的频率。当接近该频率时，激励效果非常快速地降低。在该频率之前，激励效果降低到介于fe和fc之间的、断裂距离增大的阶段(见图4)：于是喷射流仍然受到激励，但是不再足以减小断裂距离并使其处于加电电极的前方。
另一方面，如图4中所图解性地示出的，当该频率f小于截止频率Fc时，喷射流以受控的方式而不是以自然的方式断裂，并且从该断裂到喷嘴出口的距离将根据f而变化。该图还示出了电极14a的位置。如果面对该电极发生断裂，则喷射流带电。因此，如果接近Fc的频率被包括在fe和fs之间的窄小区间内，则喷射流可带电。当加电电压被施加到另一个电极特别是施加到电极15时，该方案几乎没有变化；具体来讲，考虑到断裂是在电极的影响区域内发生的事实，并且就这一点来说，该方案没有被改变或仅稍微改变。
如在该图中可看到的，对于小于但接近截止频率的频率的曲线的斜率相当陡峭。因此，当频率变得小于截止频率时，截止频率的稍微减小将使断裂位置变为面对加电电极(例如电极14a)，以便使相关的墨水部段能够带电并且能够偏转向捕集器；例如可通过位于朝向捕集器的墨水轨迹上的电荷检测器或者通过可连接到检测器的导电捕集器来检测部段电荷。
例如，如果激励频率逐步减小，则频率的值中的一个在几个步进内将与截止频率相等或将接近该截止频率。对于该频率，喷射流在加电电极(例如电极14a)的前方断裂，并且该喷射流携带了电荷。电流检测器记录电流通过并且所施加的激励频率f于是接近于截止频率Fc或者近似于(similar to)该截止频率。
在一个变型中，沿着与上述方向相反的方向进行频率扫描，换言之，通过增大频率进行频率扫描。喷射流(或多个喷射流)的激励频率从小于理论截止频率的值开始优选地受控随时间而增大。只要喷射流的激励频率的值小于截止频率Fc，该喷射流就会以受控的方式断裂成液滴。电流检测器对近似等于Fc的频率(实际上是在下述区间内：在该区间中，喷射流能够面对例如为电极14a的加电电极断裂)检测电流。当激励频率达到截止频率Fc的值时，喷射流不再以如上述的受控方式而是以自然的方式断裂成液滴，于是对该喷射流没有检测到电荷。例如，墨水部段偏转向捕集器(或者更一般地被输送到捕集器)，但是电流停止在捕集器中流通或者检测器停止检测电荷。检测该电流已停止或者不存在电荷提供了一种推断出激励频率的值是喷射流的截止频率Fc的手段。
因此，当频率取决于频率变化的方向而沿着一个方向或另一个方向通过该截止频率时，可通过改变喷射流的特性或电荷来辨识截止频率；于是在已知参数kc和R的情况下能够推导出喷射流速度。
因此，根据本发明的方法的一个可行的实施例：
-将上述的电压施加到加电电极，例如施加到电极14a和电极14b(或施加到电极15或施加到另一电极)，
-以高于或低于喷射流截止频率Fc的重复频率f将信号施加到与喷出喷射流的特定喷嘴液压连通的激励室的激励器，然后分别减小或增大该频率。
当频率达到使墨水部段能够例如面对电极14a(或者更一般地说，被施加有加电电压的电极)断裂或不再断裂的值时，分别得到或者不再得到上述的加电效果。
对测得的电流的出现或消失进行的检测(或者该检测的时刻)可与施加到激励器的信号的频率的值相关，该测得的电流对应于由墨水部段携带的电荷，所述频率值非常接近于或近似等于所述喷射流的截止频率。
使得墨水部段能够面对加电电极(例如电极14a)断裂或不再断裂的频率值可被视为对该截止频率的良好估计。
如果打印头被正确地清洁，则将根据本发明的方法接连地应用于所有喷嘴提供了一种辨识所有喷嘴实际具有相同的截止频率(因此实际具有相同的喷射流速度)的手段。
另一方面，如果打印头的一个或多个喷嘴被堵塞或没有被很好地清洁，则将根据本发明的方法接连地应用于所有喷嘴可以辨识出：对于由这些有缺陷的喷嘴喷出的喷射流而言，当频率接近截止频率Fc时没有信号可被观测到，但是可以在与截止频率Fc相隔一定距离的频率处检测到信号。
根据一个实施例，在根据本发明的测量方法期间，以变化通过截止频率Fc的频率f对激励室中的一个激励室的激励器施加激励，但是没有激励信号被施加到其它激励室的激励器。然后，对另一个激励室进行相同的测试。因此，测量是一个喷射流接一个喷射流地接连进行的。可以将针对不同喷射流得到的截止频率彼此进行比较或者与预定值进行比较。如果截止频率实际全部相同，那么打印头可被用于打印输出。
根据一个实施例，在根据本发明的测量方法期间，在变化通过截止频率Fc的频率f下再次同时对多个激励室的多个激励器，例如对所有激励室的所有激励器施加激励。对于有缺陷的喷嘴而言，将在一频率下测量到或出现电荷信号，但是该频率与其它每个喷射流的电荷信号被测量到或出现所在的频率不同。例如，如果单个喷射流有缺陷，其它喷射流将具有相同的截止频率Fc，并且电荷信号将在相同的频率f0<Fc下与这些其它的喷射流相关联。另一方面，有缺陷的喷射流将具有将与Fc不同的截止频率F'c，因此对于频率f'0<F'c，可以检测到与该喷射流相关联的电荷信号。在与其它喷射流的该电荷信号出现所处的频率不同的频率下对这种电荷信号的出现进行辨识足以推断出在打印头中存在缺陷并且例如应清洁打印头。
优选地，对待测试的一个或多个喷射流从其喷出的一个或多个室的一个或多个激励器施加的脉冲信号的频率f可以随时间进行控制的方式例如以固定的步进而减小(或增大)。
可以从已知分别高于或低于被称为理论截止频率的频率的值开始减小或增大频率。当喷射流处于其标称速度(例如14m/s)时，理论截止频率可以被认为等于截止频率的值。在频率减小的情况下，当频率变得小于但非常接近于理论截止频率时，喷射流如上文所说明的断裂成液滴；于是，从该喷射流输出的液滴带电。在频率增大的情况下，当频率变得大于理论截止频率时，如上文所说明的断裂成液滴的喷射流不再断裂成液滴，于是没有电荷被检测到。
根据上文描述的实施例中的一个，可以对每个喷射流进行一次或多次测量。对于每次测量，频率被扫描通过截止频率。一旦所有的喷射流经过测试，并且如果截止频率近似相同从而所有喷射流的速度近似相同，则可以进行打印输出但采用与测量期间使用的方法不同的电极操作方法来进行打印输出。如果单个喷射流未通过测试(换言之，如果截止频率或喷射流速度分别不等于其它喷射流的截止频率或速度和/或分别不等于参考频率或参考速度)，那么在开始打印之前清洁打印头将会是有利的。
在本发明的框架中，因为每个墨水部段携带有电荷，因此可利用例如为下述装置的电荷检测装置来检测电信号：
-捕集器7，这是在捕集器由导电材料制成并且如果墨水部段在测量期间偏转的情况下；于是该捕集器被连接到电流检测装置31，
-在墨水部段在测量期间不偏转的情况下，墨水部段可被回收到由导电材料制成的捕集器中，该捕集器被定位在用于测量的部段的轨迹上并优选地能够自由移动；该捕集器在打印阶段期间被撤回；该捕集器可以是移动式捕集器7；作为变型，可使用另一个移动式捕集器进行这种检测，其中该捕集器7是固定的；检测捕集器在测量期间再次被连接到电流检测装置31；
-或者作为变型，可以使用电极27，该电极例如呈位于偏转电极14a、14b下方的直线的形式并例如在模块25的中间高度处(如图2所图解性地示出的)；该电极在测量期间被连接到电流检测装置。
这些装置(由导电材料制成的捕集器或电极)可被连接到信号处理装置，该信号处理装置可以包括滤波装置以选择所需频率下的信号。具体来讲，在通过导电捕集器检测的情况下，通过液滴(或飞溅的液体)到达该捕集器中来记录电流，因此可以过滤出表示液滴落在该捕集器中的降落机理的HF分量。
这些信号处理装置可以利用控制器本身和/或该控制器可以包括这样的信号处理装置。
可以利用上述的关系式推导出喷射流速度。但是该关系式对于计算速度或甚至计算速度的量级不一定有用。最有用的信息将与所有喷嘴的特性在单个截止频率Fc附近是否相同有关。
作为变型，根据本发明的方法可用于检查截止频率或速度，以检查该截止频率或速度保持在可接受的截止频率区间(Fc1-Fc2)或速度区间(V1-V2)内，并且可能用于检测喷射流的超出此区间的截止频率或速度。
可以通过显示装置(例如通过使用摄像头来拍摄一组喷射流的照片或通过使用摄像头来显示该组喷射流)以光学的方式来测量喷射流速度，或者可以使用已知的或测得的参数(例如，激励室中的压力、喷嘴板的厚度Db、喷嘴直径、墨水密度或墨水表面张力)来计算喷射流速度。这提供了计算理论截止频率Fct的手段。
在一个实施例中，理论截止速度Vj是14.07m/s，kc.R等于10.3μm并且Fc等于218kHz。截止频率的等于1kHz的变化引起0.06m/s的速度变化。因此，能够例如在224kHz下、即超过理论速度大约3％开始扫描，然后以1kHz的接续的步进降低，直到在捕集器中检测到电流为止。
不管所设想的实施例如何，均可以如上文所说明的对于第一喷射流执行第一测量、使用该测量值来推导出系数kc和R的值，然后使用这些值来测试其它喷射流的特性。
在所有情况下，测得的或所估计的截止频率可以与预定的参考值或与通过测量其它喷射流中的一个或多个而得到的值进行比较；或者，测得的或估计的截止频率可与理论截止频率进行比较。
上文已在实施例中描述了本发明，在该实施例中，一个或多个激励室的激励装置的启动频率是变化的。
但作为变型，也可以将所有相关的室的启动频率固定，例如固定为200kHz的频率，并且可使待研究的喷射流的速度变化。这种速度变化可以通过打印头的墨水供应回路中的压力变化来得到。该压力变化可以是一个或多个泵和/或阀在该供应回路中的运行状态的变化的结果。
可利用速度变化以达到下述速度：在该速度下，为了形成喷射流而固定的启动频率(例如为200kHz)对应于截止频率Fc。
可以对速度进行增大(这尤其是当机器起动准备好打印时的情况)或者减小以达到满足上述方程(1)的速度。于是发生上文说明的效果：其中喷射流面对施加有加电电压的电极(例如电极14a)断裂并且使因此形成的墨水部段带电，电荷能够以之前在上文所述的方式被检测到。取决于速度变化的方向，这种效果将在变化经过下述速度之前或之后发生：在该速度下，所施加的激励的频率接近于或等于截止频率。因此，确定的是，之前固定的工作频率实际上与截止频率相同。可以对多个其它喷射流甚至对所有喷射流和激励室重复相同的测试。
对于所有喷射流而言，如果发现在同一喷射流速度下启动频率近似等于截止频率，那么打印头处于良好的工作状态并且可以进行打印输出。
另一方面，如果发现在给定的喷射流速度下对于一个或多个喷射流启动频率实际上不等于截止频率，然而在同一喷射流速度下对于其它的喷射流启动频率实际上等于截止频率，则打印头处于不良的工作状态。于是在进行打印输出之前，可对打印头进行清洁。
图5示出了一电子电路的示意图的示例，该电子电路适于选择将被施加在一频率下的激励信号的激励器131，...，13N，该频率能够以可调节的步进持续时间逐步变化。该图示出了4个激励室激励器131，...，13N。自然地，激励器的实际数量等于喷射流的数量，例如对于二元连续喷墨打印机而言数量大约为一百。
在图5所示的示例中，电子电路包括激励信号发生器、逻辑控制发生器200以及对于每个激励器13i(i＝1，...，N)均包括一个门电路121，...，12N。每个门电路12i(i＝1，...，N)包括信号输入端8i(i＝1，...，N)和逻辑控制输入端6i(i＝1，...，N)。每个信号输入端8i被耦接到激励信号发生器100或者如图5所示的通过激励线路18i(i＝1，...，N)被连接到激励信号发生器100。每个逻辑控制输入端6i(i＝1，...，N)被耦接到逻辑控制发生器200或者如图5所示的通过控制线路16i(i＝1，...，N)被连接到逻辑控制发生器200。要指出的是，所有的控制线路16i(i＝1，...，N)可被总线替代，该总线接收将被施加到各个门电路12i(i＝1，...，N)的位址端(addresses)的逻辑信号。每个门电路12i(i＝1，...，N)的输出端40i(i＝1，...，N)与对应的激励器13i(i＝1，...，N)耦接或者如图5所示的通过线路被连接到该对应的激励器。
操作如下：激励信号发生器100通过命令101接收将被施加到门电路12i(i＝1，...，N)的信号输入端8i(i＝1，...，N)的激励信号的重复频率的值。逻辑控制发生器200通过命令201接收要打开的门电路的位址。对于这些门电路而言，逻辑电平例如被置为1，而关闭的门电路的逻辑电平保持等于0。
不论设想的是哪个实施例，均通过控制装置(也称为“控制器”)发送用于施加所需的一个或多个激励频率、用于改变这个或这些激励频率以及用于启动每个激励室的激励装置的指令。这些控制装置还发送使得墨水将能够在压力下朝向装置41-4n流通、然后根据待打印在基材8上的图形产生喷射流的指令。
这些控制装置也可以处理或分析在根据本发明的方法的框架内检测到的信号。
这些控制装置例如可以被制成处理器或微处理器的形式，或者被制成能够实施或被编程为实施根据本发明的方法的电路或电子电路的形式。
该控制器控制对激励室进行激励的装置、对打印机特别是对捕集器进行泵送的装置以及打开和关闭处于不同流体(墨水、溶剂、气体)的轨迹上的阀的装置。控制装置也可存储数据(例如用于测量一个或多个贮液部中的墨水液位的数据)并且如果需要的话可处理这些数据。
图6示出了可以实施上文所述的实施例中的一个或多个实施例的喷墨打印机的主要部件。打印机包括操纵台300、尤其包含墨水和溶剂调节回路的隔室400以及用于墨水和溶剂的贮液部(具体地，是被捕集器回收的墨水所返回到的贮液部)。通常，隔室400位于操纵台的下部部分。操纵台的顶部部分包括控制电子器件和显示装置。操纵台通过脐带式部件(umbilical)203与打印头100液压连接和电连接。
使用未示出的门式框架来将打印头安装成面对打印基材8，该打印基材沿着由箭头所示的方向移动。该方向垂直于喷嘴的对齐轴线。
液滴生成器包括喷嘴和根据上述实施例中的一个实施例的类型的腔，该腔具有电极并且特别是电极14a、14b，并且该腔具有对该电极施加电压以进行打印的装置，或者替代地具有用于实施根据本发明的检测喷射流的存在的方法的装置。
本发明特别适于具有64个喷嘴的喷嘴板的情况，但是本发明也适于具有较少数量的(例如32个)喷嘴的喷嘴板的情况，或者也适于具有较大数量的(例如128个)喷嘴的喷嘴板的情况。喷射流速度可以介于5m/s到25m/s之间，其例如为大约15m/s。
在图7中示出了可应用本发明的打印机的流体回路400的示例。该流体回路400包括多个装置410、500、110、220、310，每个装置与专门的功能相关联。还存在打印头1和脐带式部件203。
该回路400与可移除的墨水盒130以及也是可移除的溶剂盒140相联。
附图标记410标定了收集溶剂和墨水的混合物的主贮液部。
附图标记110标定了下述装置组件：该装置组件从溶剂盒140抽出溶剂并且可能储存该溶剂，并且将因此抽出的溶剂提供给打印机的其它部件，以便对主贮液部410供应溶剂，或者对机器的一个或多个其它部件进行清洁或维护。
附图标记310标定了下述装置组件：该装置组件从墨水盒130抽出墨水并且提供因此抽出的墨水以供应主贮液部410。如从该图可以看出的，根据本文提供的实施例，这些相同的装置310被用于将溶剂输送到主贮液部410和输送来自装置110的溶剂。
在贮液部410的出口处，整体被标定为附图标记220的装置组件对从主贮液部抽出的墨水施加压力并将该墨水输送到打印头1。根据本文通过箭头250示出的一个实施例，还可以使用这些装置220将墨水输送到装置310、然后再输送到贮液部410，这使得墨水能够在回路内部再循环。该回路220还用于使贮液部排流到盒130中以及用于清洁盒130的连接部。
该图中所示的系统还包括回收从打印头(更确切地说，从打印头的捕集器7或从打印头冲洗回路)返回的流体(墨水和/或溶剂)的装置500。因此，这些装置500被布置在脐带式部件203的下游(相对于从打印头返回的流体的流通方向)。
如在图7中可看出的，装置110也可被用于在不通过脐带式部件203或不通过打印头1或不通过捕集器的情况下将溶剂直接输送到这些装置500。
装置110可包括至少3个并行的溶剂供应装置，一个供应到打印头1，第二个供应到装置500，第三个供应到装置310。
上述装置中的每个均设有可将相关的流体引导向所选择的方向的诸如阀的装置(优选地为电磁阀)。因此，从装置110开始，溶剂可以被唯一地输送到打印头1，或者唯一地输送到装置500或装置310。
上文所述的装置500、110、210、310中的每一个均可设置有用于处理相关流体的泵(即，分别为第一泵、第二泵、第三泵、第四泵)。这些不同的泵执行不同的功能(这些装置中的每一个装置的功能)并因此彼此不同，即使这些不同的泵可能是相同类型或相似类型的(换言之，这些泵中没有一个执行这些功能中的两个功能)。
具体来讲，装置500包括泵(第一泵)，该泵泵送从如上文所说明的打印头回收的流体并将该流体输送到主贮液部410。该泵专用于从打印头回收流体并且在实体上不同于装置310的专用于转移墨水的第四泵或装置210的专用于对贮液部410的出口处的墨水进行加压的第三泵。
装置110包括泵送溶剂并将该溶剂输送到装置500和/或装置310和/或打印头1的泵(第二泵)。
这样的回路400通过上文所述的控制装置进行控制，该控制装置通常被包含在操纵台300(图6)中。
根据本发明的打印机的控制装置(或控制器)控制被施加到电极的电压的频率和被施加到每个激励室的激励装置的信号的频率。该控制装置还对由电荷检测装置(例如捕集器或电极)检测到的信号进行控制处理。
本发明尤其适用于打印机或二元连续喷墨打印机的设置有多喷嘴液滴生成器的打印头。

Claims (19)

1.用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法，所述多喷射流打印头包括多个喷嘴(4)、用于每个喷射流的至少一个第一偏转电极和至少一个第二偏转电极(14a，14b)，在所述方法中：
-在液滴形成频率下，利用所述喷嘴(9)形成至少一个喷射流，
-进行以下估计：
*在固定不变的喷射流速度下，通过改变喷射流形成频率来估计至少该喷射流的截止频率(Fc)，
*或者，在来自至少该喷射流的液滴的固定不变的形成频率下，通过改变喷射流速度来估计使所述截止频率(Fc)等于所述形成频率的速度；
-将该截止频率(Fc)或该速度与参考值进行比较，并推断出至少所述喷嘴的工作状态或非工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在固定不变的喷射流速度下通过改变喷射流液滴形成频率来估计所述喷射流的截止频率(Fc)，所述截止频率通过下述方式来估计：
-在固定不变的喷射流速度下增大所述喷射流液滴形成频率，并且辨识下述频率：在该频率下，所述喷射流不再面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流不再带电，
-或者，在固定不变的喷射流速度下减小所述喷射流液滴形成频率，并且辨识下述频率：从该频率开始，所述喷射流面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流带电。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述参考值是至少一个其它的喷射流的液滴的截止频率或者是理论截止频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在固定不变的喷射流液滴形成频率下通过改变所述喷射流速度来估计使所述截止频率(Fc)等于所述形成频率的速度，该速度通过下述方式来估计：
-增大所述喷射流速度并且辨识下述速度：在该速度下，所述喷射流不再面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流不再带电；
-或者，减小所述喷射流速度并且辨识下述速度：从所述速度开始，所述喷射流面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流带电。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其中，所述参考值是至少一个其它的喷射流的使所述喷射流液滴形成频率等于所述截止频率的速度，或者是理论速度或标称速度。
6.根据权利要求2或4所述的方法，其中，所述加电电极(14a，14b，15)是偏转电极中的一个或者是屏蔽电极(15)或者是另一个电极，所述另一个电极相对于所述喷嘴的出口处的喷射流的轨迹位于所述偏转电极的下游。
7.根据权利要求1、2或4中的一项所述的方法，其中，通过用于未作打印使用的喷射流的捕集器(7)或者通过检测电极来检测电荷，该捕集器由导电材料制成。
8.根据权利要求1、2或4中的一项所述的方法，其中：
-接连地测试所述多喷射流打印头的多个喷嘴中的每个喷嘴；
-或者，同时测试所述多喷射流打印头的多个喷嘴。
9.使用包括多喷射流打印头的喷墨打印机进行打印的方法，所述方法包括：
-在基材(8)上打印至少一个图形的步骤，
-停止打印然后实施根据权利要求1、2或4中的一项所述的测试所述多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法，
或者包括：
-实施根据权利要求1、2或4中的一项所述的测试所述多喷射流打印头的至少一个喷嘴的方法，
-停止所述测试方法然后实施在基材(8)上打印至少一个图形的步骤。
10.根据权利要求9所述的打印方法，其中，在所述打印步骤期间，相位相反的可变电压被施加到所述第一偏转电极和所述第二偏转电极(14a，14b)。
11.用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的设备，所述多喷射流打印头包括多个喷嘴(4)、用于每个喷射流的至少一个第一偏转电极和至少一个第二偏转电极(14a，14b)，该设备包括：
a)适于在该喷射流中的液滴的形成频率下通过所述喷嘴中的一个喷嘴产生所述墨水喷射流的装置，
b)适于在固定不变的喷射流速度下改变喷射流液滴形成频率的装置和用于估计截止频率(Fc)的装置，
-或者包括，用于在固定不变的喷射流液滴形成频率下改变喷射流的速度的装置，和用于估计使所述截止频率(Fc)等于所述形成频率的喷射流速度的装置，
c)用于将该截止频率(Fc)或该速度与参考值进行比较的装置。
12.根据权利要求11所述的设备，所述设备包括：
-适于在固定不变的喷射流速度下增大所述喷射流液滴形成频率的装置，和用于辨识下述频率的装置：在该频率下，所述喷射流不再面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流不再带电，
-或者，适于在固定不变的喷射流速度下减小所述喷射流液滴形成频率的装置，和用于辨识下述频率的装置：从该频率开始，所述喷射流面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流带电。
13.根据权利要求11所述的设备，所述设备包括：
-适于在固定不变的喷射流液滴形成频率下增大所述喷射流速度的装置，和用于辨识下述速度的装置：在该速度下，所述喷射流不再面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流不再带电，
-适于在固定不变的喷射流液滴形成频率下减小所述喷射流速度的装置，和用于辨识下述速度的装置：从该速度开始，所述喷射流面对加电电极(14a，14b，15)断裂并且所述喷射流带电。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述加电电极(14a，14b，15)是偏转电极中的一个或者是屏蔽电极(15)或者是另一个电极，所述另一个电极相对于所述喷嘴的出口处的喷射流的轨迹位于所述偏转电极的下游。
15.根据权利要求11至13中的一项所述的设备，所述设备包括未用于打印的喷射流的回收捕集器(7)或检测电极，并且包括对通过该捕集器(7)或该检测电极检测到的电荷信号进行处理的装置，该捕集器由导电材料制成。
16.根据权利要求11至13中的一项所述的设备，所述设备适于接连地或者同时地测试喷墨打印机的所述多喷射流打印头中的多个喷嘴。
17.为包括多喷射流打印头的喷墨打印机类型的打印设备，所述打印设备包括：
-在基材(8)上打印至少一个图形的装置，
-停止打印然后实施根据权利要求1、2或4中的一项所述的用于测试所述多喷射流打印头的一个或多个喷嘴的方法的装置。
18.为包括多喷射流打印头的喷墨打印机类型的打印设备，所述打印设备包括：
-实施根据权利要求1、2或4中的一项所述的用于测试所述多喷射流打印头的一个或多个喷嘴的方法的装置，
-停止该测试方法然后在基材上打印至少一个图形的装置。
19.喷墨打印机，所述喷墨打印机包括：
-多喷射流打印头，
-根据权利要求11至13中的一项所述的用于测试喷墨打印机的多喷射流打印头的至少一个喷嘴的设备，
-将墨水和/或溶剂供应到所述打印头的装置。
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