CN108215507A - 用于检测喷射流的存在的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测喷墨打印机的多喷射流打印头的喷射流的存在的方法，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)，其中：墨喷射流以频率fstim1通过喷嘴中的一个产生，然后通过在频率fTHT处的电压VTHT而带电，fTHT不是fstim1的整数倍数或因数；检测喷射流电荷信号，该信号通过以频率fstim1对频率fTHT处的电压进行采样而获得，该信号的至少一个频谱分量被用于检测所述喷射流的存在。

Description

用于检测喷射流的存在的方法和设备
技术领域
本发明涉及打印机的打印头或连续喷墨打印机(continuous inkjet printers)，例如设有多喷嘴液滴生成器的二元类型的连续喷墨打印机。
背景技术
连续喷墨打印机包括墨液滴生成器和分离由生成器产生的液滴的轨迹以及将该液滴引导到打印基材或引导到收集器的装置。
液滴生成器包括沿喷嘴对准轴线X在喷嘴板上对准的喷嘴。在打印期间，这些喷嘴在垂直于喷嘴板的Z方向上连续地喷射墨喷射流。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。在对基材上的一位置进行打印所耗费的时间过程中，在偏转连续喷墨打印机中形成在喷嘴上的液滴可能偏转或可能不偏转。对于每个打印位置以及对于每个喷嘴而言，是对垂直于打印基材的移动方向的段进行打印。考虑待打印的图案，偏转的液滴被偏转成使得该液滴将碰撞处于打印段的所需部分上的打印基材。不偏转的液滴被回收在收集器中。偏转连续喷墨打印机通常包括几个喷射喷嘴，但是每个喷嘴能够根据待打印的图案，可以在基材上的每个打印位置上打印分布在打印段上的数个像素。在二元连续喷墨打印机中，来自喷嘴的墨为每个打印位置仅打印一个像素。根据待打印的图案，所考虑的像素不接纳任何液滴或接纳一个或数个液滴。因此，对于高打印速度，喷嘴板包括大量的喷嘴(例如64个)，从而能够为每个喷嘴同时打印一个像素。不需要打印的液滴被回收在收集器或檐槽中。
由于大量的喷嘴，当喷嘴中的一个例如由于堵塞而无法正常工作时会出现问题。不存在已知的检测这种情况的装置。
发明内容
本发明的第一个目的是一种用于检测喷墨打印机的多喷射流打印头的喷射流的存在的方法，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，其中：
-所述墨喷射流以频率fstim1被激励地(stimulated)通过喷嘴中的一个产生或喷射，然后通过在频率fTHT处的电压VTHT而带电，fTHT不是fstim1的整数倍数或因数，
-检测喷射流的电荷信号或者喷射流的电荷的表示信号或图像信号，该信号的至少一个频谱分量被用于检测所述喷射流的存在。
因此，表示喷射流电荷的信号可以以频率fstim1对频率fTHT处的电压进行采样来导出。
由其它喷嘴产生或喷射的其它喷射流可以以不同于fstim1的频率fstim2来激励，这解决了喷射流之间的串扰问题。
因此，每个喷射流都可以在所有其它喷射流或其它喷射流中的至少一些存在的情况下进行测试。
因此，被测试的喷射流的激励频率优选地不同于其它喷射流的激励频率，并且选择不是fstim1的整数倍数或因数的频率fTHT。否则，被测试的喷射流与其它喷射流之间会发生干扰。由此在关注的频率和其它频率之间在电荷的表示信号或图像信号中获得足够的频谱差异。滤波器还可以被实施成将该关注的频率和电荷的表示信号或图像信号中的其它频率分离。
根据一个特定实施例，电压VTHT被施加到电极：
-例如在偏转电极中的一个处，另一偏转电极然后优选地接地，
-作为变型，再次作为示例，打印头包括至少一个第三电极，所述第三电极可以是施加有电压VTHT的屏蔽电极，偏转电极然后优选地接地。
优选地，喷射流的电荷信号包括由以下公式限定的、至少一个频率fa1处的频谱分量：
其中函数表示整数部分。
优选地，为了令人满意地分离信号，将频率fstim1施加到通过在频率fTHT的电压VTHT而带电的测量的喷射流，施加到其它喷射流中的至少一些的频率fstim2使得：
-fa1<<fa2或者fa2<<fa1，
-和/或：fa1<fc<fa2，或者fa2<fc<fa1，其中fc为电荷信号的放大器或者滤波器的截止频率。
fa2使用如上文的同一公式通过用fstim2代替fstim1来计算。
可以在每个测量的信号中检测电荷信号的多个频谱分量，这些频谱分量中的数个的强度之和至少部分地用于检测所述喷射流的存在。
例如通过不用于打印的喷射流的收集器或者通过专用电极或者通过电荷检测器提供电荷检测装置，该收集器由导电材料(例如金属的)制成。
可以针对打印头的每个喷射流依次检测多喷射流打印头的喷射流的存在或不存在。
具有数个阈值(例如3个阈值)的算法可以被施加到电荷信号或其频谱分量中的至少一个。
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的打印方法，该打印方法包括下述的步骤：在应用根据本发明的方法之前和/或之后在基材上打印至少一个图案，以用于检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在。因此，可以停止打印输出，然后执行根据本发明的检测方法，和/或可以停止根据本发明的检测方法，然后进行打印输出。
在打印步骤期间，相位相反的交流电压被施加到第一偏转电极和第二偏转电极，例如以使得电场E的时间和空间平均值为零。与根据本发明的检测方法不同，喷射流不带电。
本发明的另一个目的是一种用于检测喷墨打印机的多喷射流打印头的喷射流的存在的设备，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：
-适于通过喷嘴中的一个产生或喷射所述墨喷射流以及以fstim1频率激励该喷射流的装置；
-以频率fTHT将电荷电压VTHT施加到所述喷射流的装置，fTHT不是fstm1的整数倍数或因数；
-检测装置，该检测装置用于检测喷射流电荷信号或者电荷的表示信号或图像信号的至少一个频谱分量，以检测所述喷射流的存在。
因此，表示喷射流电荷的信号可以以频率fstim1对频率fTHT处的电压进行采样来导出。
由其它喷嘴产生或喷射的其它喷射流可以以不同于fstim1的频率fstim2来激励，这解决了喷射流之间的串扰问题。
换句话说，该设备优选地包括适于通过其它喷嘴或通过其它喷嘴中的至少一些喷嘴产生或喷射所述墨喷射流以及以不同于fstim1的频率fstim2激励所述墨喷射流的装置。
因此，每个喷射流都可以在所有其它喷射流或其它喷射流中的至少一些存在的情况下进行测试。
因此，被测试的喷射流的激励频率可以不同于其它喷射流的激励频率，并且选择不是fstim1的整数倍数或因数的频率fTHT。否则，被测试的喷射流与其它喷射流之间会发生干扰。由此在关注的频率和其它频率之间在电荷的表示信号或图像信号中获得足够的频谱差异。根据本发明的设备可以利用滤波器来将该关注的频率和该电荷的表示信号或图像信号中的其它频率分离。
如果缺少喷射流(这可以通过根据本发明的方法或设备观察到)，打印头可以被清洁。
根据一个特定实施例，根据本发明的设备包括将所述电压VTHT施加到偏转电极中的一个或第三电极的装置，第三电极例如为屏蔽电极。
可以提供对接地的其它电极进行保持的装置。
喷射流的电荷信号可以包括由下述的公式限定的、至少一个频率fa处的频谱分量：
其中函数表示整数部分。
根据本发明的设备还可以包括用于其它喷射流中的至少一些的以频率fstim2产生喷射流的装置，fstim1和fstim2使得：
-fa1<<fa2或者fa2<<fa1，
-和/或：fa1<fc<fa2，或者fa2<fc<fa1，其中fc为电荷信号的放大器或者滤波器的截止频率。
fa2使用如上文的同一公式通过用fstim2代替fstim1来计算。
根据本发明的设备可以包括检测电荷信号的多个频谱分量以及取这些频谱分量中的数个的强度之和的装置。
例如通过不用于打印的喷射流的收集器或者通过电极或者通过电荷检测器提供电荷检测装置，该收集器至少部分由导电材料或金属材料制成。
装置能够或被编程为处理由电荷检测装置检测到的电荷信号。
根据本发明的设备被设计成或被编程为依次针对打印头的每个喷射流检测多喷射流打印头的喷射流的存在或不存在。
根据本发明的设备可被设计或编程为利用具有数个阈值(例如3个阈值)的算法来处理电荷信号或电荷信号的频谱分量中的至少一个。
本发明还涉及包括多喷射流打印头的喷墨打印机的打印设备，该打印设备包括：
-在基材上打印至少一个图案的装置，
-停止打印输出并且能够使用或者被编程为使用根据本发明的方法以便检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在的装置。
本发明还涉及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案的装置，
-停止打印输出并且能够使用或者被编程为使用根据本发明的方法以便检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在的装置。
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，
-根据本发明的用于检测打印头的喷射流的存在的设备，
-将墨和/或溶剂供应到打印头的装置。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的示例实施例，在附图中：
图1示出打印头的示意性等距视图，其主要示出打印头的位于喷嘴下游的组件，
图2示出根据本发明的一个方面的打印头的腔的示意性截面图，该截面是沿着与YZ平面平行且包含喷嘴的轴中的一个轴Z的平面截取的，
图3示出用于打印头的激励室的一系列激励脉冲，
图4A至图4C示意性地示出用于电荷的正弦THT信号，频率fstim的激励信号以及由2个组合而产生的测量信号，
图4D示出以频率fstim对频率fTHT处的带电墨部段进行采样的结果，
图4E示出图4D中的信号的傅立叶变换(FFT)，
图5示出根据本发明进行的测量的结果，
图6示出对根据本发明进行的测量应用具有几个阈值的算法的结果，
图7A示出在电荷区域中施加到喷射流或由喷射流遇到的电位的强度，以及在断裂区域中未测量的喷射流的贡献(由于串扰导致的断裂)，
图7B示出离喷嘴板不同距离处的不同的墨部段的自然断裂，
图7C示出“描述性”图像，其中黑点代表测量的喷射流和未测量的喷射流，纵坐标取决于打印速度，
图8A和8B示出当存在喷射流(图8A)时和当不存在喷射流时(图8B)的、根据本发明进行的测量的结果，
图9示出根据本发明的方法中的步骤，
图10示出根据本发明的测试结果，
图11A至图11B和图12A至图12B示出根据本发明的其它测试结果，
图13示出喷墨打印机的主要模块，
图14示出本发明可应用于的喷墨打印机的结构。
在不同的附图中，相似或相同的技术元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
以下参照图1描述打印头的总体结构。
打印头包括液滴生成器1。该生成器包括沿X轴(位于图的平面中)在喷嘴板2上排列的整数n个喷嘴4，该喷嘴包括第一喷嘴41和最后的喷嘴4n。
第一喷嘴和最后的喷嘴(41，4n)是它们之间具有最大距离的喷嘴。
每个喷嘴具有喷射流射出轴线，该喷射流射出轴线平行于与喷嘴板和之前提到的X轴垂直的Z方向或轴(位于图1的平面中)。第三轴Y垂直于X和Z轴中的每一个，两个X和Z轴在图1的平面中延伸。
在图中可以看到喷嘴4x。每个喷嘴与加压激励室液力连通。液滴生成器包括用于每个喷嘴的一个激励室。每个室设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性设计。
在喷嘴板的下游有分选装置或分选模块6，该分选装置或分选模块6被用于将用于打印的液滴与不用于打印的液滴或喷射流部段分离。
由喷嘴喷射并且将被用于打印的液滴或喷射流部段在穿过出口槽17之后循着沿喷嘴的Z轴的轨迹并且与打印基材8碰撞。槽通向腔的外部，并且待打印的墨液滴通过该槽离开；该槽平行于喷嘴对准的X方向，喷嘴的Z方向轴线穿过该槽，该槽位于与喷嘴板2相对的面上。该槽的长度至少等于第一喷嘴和最后的喷嘴之间的距离。
由喷嘴喷射而不用于打印的液滴或喷射流部段被装置6偏转，并被回收在檐槽或收集器7中，然后再循环。所述收集器沿X方向的长度至少等于第一喷嘴和最后的喷嘴之间的距离。
图2示出可以在本发明的结构中使用的打印头的操作原理。
该图是在与YZ平面平行并包含喷嘴4的Z轴线的平面上形成的截面图。每个部分的表示形状在沿着X方向(垂直于图2中的平面)从第一喷嘴41到最后的喷嘴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，因此对于所有喷射流是共用的。
所述电极限制来自放置于下方的偏转电极14a和14b的辐射影响区。
打印头还设置有沿着由生成器1产生的喷射流20的路径定位的两个电极14a、14b(或者各自与接地电极相关联的2个电极14a、14b)的组6。这些电极垂直于图2所示的平面延伸，因此对于所有喷射流是共用的。
在打印过程中，这样的打印头的功能如下。
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；它们在可变电位被供电，以实现这一目标。
具体地，根据一个实施例，电极14a、14b可以被供电，使得电场E的时间平均值为零，或者几乎为零或者为低的；因此，喷射流20在电极14a、14b的影响区中是电中性的；然而，由电极分布的喷射流20中的正电荷和负电荷是分离的，从而可以保证偏转。因此，在任何时候，通过由负信号供电的电极在喷射流20上感应出的正符号的电荷量实际上等于由正信号供电的电极在喷射流20上感应出的负符号的电荷量。因此，电荷在喷射流20中(特别是在喷嘴4和电极的电影响区之间)的长距离上没有或很少有流转。
在一个优选实施例中，2个电极具有相同的几何形状，并且在打印时，每个电极的电信号具有相同的振幅，频率和形状，但是是异相的(对于该对电极是反相的)。
两个电极沿着液压轨迹A的方向可以具有相同的尺寸h，并由电绝缘体分隔开。每个电极可以由具有给定振幅V0的可变高电压信号供电，所述可变高电压具有相同的频率F和形状，但是是180°异相的。电极14a、14b以及可能的将它们分隔开的绝缘体，优选地处于距从喷嘴4输出的不偏转的喷射流的轴线限定的液压轨迹大致相同的距离处，电极14a、14b的影响区在很短的距离上朝向喷射流20延伸。
根据一个特定实施例，在给定时间t0处，具有正电荷的第一电极14a在面向的喷射流20的表面上感应出具有相反符号(-)的电荷，从而在静电影响下的喷射流部分和电极14a之间产生吸引力。类似地，带负电的电极14b在面向它的喷射流20的部分上感应出具有相反符号(+)的电荷，也产生与感应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。
在关于信号而且还有电极的几何形状对称的这种配置中，静电作用在喷射流20中感应出电偶极子，偶极中涉及的电荷源自喷射流20内部的正负电荷载体(离子)的分离，应该注意的是，该电荷分离现象不同于通过从喷嘴板4(其中喷射流20例如接地)到电极14a、14b的影响区的传导的电荷转移原理。特别地，如果墨，储存器和喷嘴4接地，则喷射流20保持在零平均电荷。在第一电极14a的上游产生将被用于打印的部段。因此，它们在形成时不携带任何电荷。
因此，获得的结果是连续的喷射流20通过局部的电荷而不是使整个喷射流带电来偏转。
因此，电极14a、14b的影响区中的喷射流20和所有其它喷射流是电中性的，同时将正电荷与负电荷分离。能够满足这两个条件的任何其它电极组合(尺寸，电势，分布，数量)都遵守这一原则。FR 2906755中的图2B示出了一个例子(在此未示出)，其中电极组20包括置于相同电位的电极与置于相反电位的电极的交替；电极由绝缘体分隔开，优选全部具有相同的性质和尺寸。
作为变型，可以使用文献FR 2906755中呈现的任何其它电极结构。
在本文件中描述的涉及不同设想的解决方案的制造的方面也可以用在本发明的结构中。
具体地：
-被认为偏转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轴测量)；
-被认为不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将两个相邻电极分隔开的最短距离H；
-电极优选地涂覆有电绝缘层。该绝缘层提高了安全性。这使得能够将更高的电压施加至涂层电极。这种绝缘体也使得能够切断直流场分量。
如上所述，当两个电极置于完全相同的电位但具有180°的相移时，由两个电极产生的场被全局消除。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是全局中性的。
根据本发明的一个实施例的测量可以通过在两个电极14a和14b接地的同时将屏蔽电极15置于交流电位来实现，使得喷射流20的每个部段和所有其它定位成面对电极15的喷射流的每个部段可以带电，因此给出与电荷有关的信号，该信号然后可以被检测和分析。因此，每个喷射流都带电，并且因此这些条件与能够进行打印输出并且上文已经描述的那些条件不同。
因此，根据本发明的检测方法将在打印输出到基底8(图1)之前和/或之后执行。
在根据本发明的检测方法的框架中，由激励室产生待检测其存在的喷射流。这个室的压电装置然后以至少一个频率fstim1(注意在该信号中可以有多于一个的频率)通过周期电压Vstim1激活，例如根据图3，其中振幅为15V的脉冲和大约1μs的持续时间(更一般地，每个脉冲的持续时间被称为截止时间)以1ms的周期施加。其它室的压电装置以及其它喷射流然后以至少一个不同于fstim1的频率fstim2通过周期电压Vstim2激活。如下所解释，fstim1被选择为与fTHT的倍数或者因数不同。
也是周期性的并与电压Vstim1同步的并且包括至少一个频率fTHT(再一次在该信号中可以有多于一个的频率)的信号VTHT被施加到屏蔽电极15，而电极14a和14b接地。fTHT不是fstim1的倍数或因数。在这种情况下，喷射流没有偏转，并且可以回收在收集器中(优选可移动的)并被定位在其路径上以进行测量；该收集器在打印阶段的过程中被收回。
根据一个示例，fstim1＝1025.64Hz，而fTHT＝86kHz。
根据另一个示例：
-施加到屏蔽电极15的电压VTHT的振幅是800V RMS，
-测量放大器的增益为106，
-32MHz的时钟被370分频，以对于电压VTHT给予86kHz的时钟，并被31200分频，这对于周期电压Vstim1给予1025.64Hz的频率；任何其它分频是可接受的，只要遵守符合fTHT不是fstim1的倍数的条件。
2个信号Vstim1和VTHT的组合导致周期产生带有可变电荷的部段，带电部段的产生周期与喷射流到达不带电的收集器的周期交替(因为VTHT和可能的Vstim1未被施加)。实际上，信号VTHT和Vstim1可能不会连续施加：例如，喷射流不被测量(但没有偏转并且例如进入移动收集器中)的情况可以与墨部段是带电的并被测量的(并且可能偏转，根据后面提到的其它变型)的情况交替出现。
部段在打印阶段的过程中是中性的，而部段在根据本发明的测量期间带电。包括带电部段的喷射流通过在时刻t隔离由电极的交流电位引起的电荷来执行采样功能。
从信号处理的角度来看，2个周期性信号的组合有效地以频率fstim1对频率fTHT的正弦信号采样。可以进行子采样，其引入由以下等式给出的频率fa1处的频谱分量：
(因此fa1由比值fTHT/fstim1和其整数部分之间的差乘以fstim1来给出)。
类似的等式对于负频率fb1＝-fa1是有效的。
在上面呈现的示例中(fstim1＝1025.64Hz，而fTHT＝86kHz)：fa1＝332.64Hz。
在采样创建的谱域中的周期化还引入了其它频率处的频谱分量：fa1+fstim1，fa1+2*fstim1，……，和fb1+fstim1，fb1+2*fstim1……。
作为频谱折叠结果的这些频谱分量在由墨部段承载的电荷信号中找到，并且可以如下文说明地进行检测。
图4A示意性地示出了正弦THT信号，图4B示出了频率fstim1下的激励信号，图4C示出了2个信号的组合的结果并示出如此进行的采样。
图4D示出频率fstim1的采样结果(条件如上所述)。图4E示出该信号的FFT，因此是根据上面已经解释的采样的结果；信号的分量可以在频率fa1，fstim1-fa1，fstim1+fa1，fa1+2*fstim1，fb1+fstim1，fb1+2*fstim1……下看到。
在这些频率中的一个或数个频率下检测信号，或者通过对所测量的电荷信号进行频谱或频率分析来检测这些频率中的一个或数个频率的存在，证明存在喷射流。如果喷射流不存在，那么在这些频率中的任何一个下都不会检测到信号，或者在这些频率的任何一个频率下只能检测到一个低的或很低的振幅信号。
例如，可以在这些频率中的数个(例如4个)下进行信号的加和；这是通过选择强度或振幅最高的频率来完成的，其它频率分量的强度被测量放大器的通带或带宽衰减。
在不存在一些喷射流的打印头的情况下进行一系列测量，并且对于不存在的喷射流针对存在的喷射流测量的频率fa1下的线的振幅的分散被追踪。对于每个离散的振幅值，测量具有该振幅的喷射流的数量，结果示于图5，其示出在电压VTHT为700V(fTHT＝86kHz，fstim1＝1025.64Hz)的情况下获得的结果，屏蔽被放置在电极14b下方。注意，这些结果是通过使电极14a而不是15带电(但优选限制串扰)而得到的。
可以看出，对于存在的喷射流，可以清楚地识别信号，并且比不存在喷射流的信号强得多(对应于不存在的喷射流的信号由噪声组成)。
可以为每个喷射流进行一次或数次测量。为此，每个喷射流以至少一个频率fstim1(如稍后解释的，其它喷射流优选地以至少一个不同于fstim1的频率fstim2产生)通过激励电压Vstim1产生，而信号VTHT也是周期性的并与电压Vstim1同步，频率fTHT被施加到屏蔽电极15。上面给出了关于这些频率的选择的细节。因此，该方法是通过喷射流持续喷射流。一旦所有的喷射流都被测试为正，就可以进行打印输出，但是采用与测量期间适用的电极操作方法不同的电极操作方法。如果喷射流被测试为负(没有信号)，那么打印头被清洁。
当应用根据本发明的方法时，可以创建具有几个阈值例如3个阈值的算法：
-如果来自喷射流的信号大于第一预定阈值S1，则推断出：所讨论的喷射流是存在的；
-如果来自喷射流的信号小于第二预定阈值S2(S2<S1)，则推断出：所讨论的喷射流是不存在的；
-如果来自喷射流的信号介于S1到S2之间，则推断出：如果在重复测量一定次数Nr(例如：Nr＝5)之后，对于一些(例如3个)Nr测量值而言的信号高于第三阈值S3(S2<S3<S1，则所讨论的喷射流是存在的。
例如，S1＝1200，S2＝500，S3＝800。
图6示出这种算法的结果：该图对应于除了23和喷射流96之外所有喷射流都存在的情况，这可以清楚地看到。
打印机控制器控制激励信号Vstim1，Vstim2和VTHT的施加。如上所述，在打印过程中，电压信号被施加到电极14a，14b。
对于检测，由于每个墨部段携带的电荷，使用收集器7(如上所述，可能自由地移动)(如果其由导电材料制成)或使用例如呈线的形式的电极或者使用如在文献US 8511802中描述的传感器来检测电信号，该线或该传感器能够位于偏转电极14a，14b的下方。这些装置(由导电材料制成的收集器或电极)连接到信号处理装置(可能通过FFT)，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。这些信号处理装置可以利用控制器本身和/或控制器可以包括这样的信号处理装置。
作为上述方法的变型，信号VTHT被施加到电极14a，14b中的一个(如果有的话，另一个电极和屏蔽电极15接地)。但是，由于与下面所说明的串扰现象有关的原因，优选将其应用于距离数个喷射流断裂的区域最远的电极15。
作为上述方法的另一变型，信号VTHT被施加到除电极14a，14b中的一个以外和除屏蔽电极15以外的电极(如果有的话)(这些电极14a、b和可能的电极15然后可以接地)。再一次，由于与下面所说明的串扰现象有关的原因，优选将其应用于距离数个喷射流断裂的区域最远的电极15。在这种情况下，该方法使用如上文所描述的相同的等式和相同的检测原理。
在这些变型的情况下，喷射流不一定偏转并且被回收在收集器中(优选可移动的)并被定位在其路径上以进行测量；该收集器在打印阶段的过程中被收回。
如果喷射流例如通过将至少一个偏转电压施加到电极14a，14b中的至少一个而偏转，则可由收集器7(如图2所示地定位)回收喷射流。
在这些变型中，该方法使用如上文描述的相同的等式和相同的检测原理。
另一种现象可能会引起造成上述测量结果的问题；这是串扰问题，换句话说，相邻未被激励的喷射流对于如上所述测量的来自一个喷射流的信号可能具有的影响；这些其它喷射流也将在激励频率fstim1下被激励(但是更弱)，所有喷射流都受到施加到各个电极的相同电压的作用。换句话说，如果使用单一频率fstim1来激励所研究的喷射流而其它喷射流由于自然破裂而断裂，那么这些其它喷射流中的每一个将接收少量的能量以在频率fstim1下断裂。
施加至喷射流的电位的数字激励首先相对于带电电极、其次相对于由串扰引起的断裂的位置，显示出对被串扰破坏的物体的显著贡献。例如，通过将激励信号施加到i阶喷射流，相邻的i-1阶和i+1阶喷射流并且甚至i-2阶和i+2阶喷射流将接收(通过电，机械或液压类型的串扰)的一部分的激励，可能是i阶喷射流接收到的激励的1％。这种机制将导致与被激励的喷射流相邻的喷射流在频率fstim1下的不希望的断裂。这些断裂将引起相邻喷射流中的电荷，并且这些电荷的总和将处于与被激励的喷射流中的电荷类似的水平。
所述激励在图7A中示出，其首先示出在测量的喷射流的电荷区域中的信号的强度，其次示出在断裂区中未测量的喷射流的显然低得多的但是不能忽略不计的贡献(对于测量的喷射流，信号的振幅为1/20)；这个贡献来源于串扰现象。当添加在数个喷射流上时(在打印头包括64个喷嘴的情况下例如63个喷射流)，这种与串扰相关的贡献与针对单个喷射流测量的贡献相比不可忽略。
因此，很难消除由串扰破坏的喷射流携带的电荷的影响；因此未被激励的喷射流将总是倾向于单独以被激励的喷射流的频率fstm1断裂，并因此对测量信号的一部分有贡献。
为了解决这个问题，试图控制这些喷射流断裂的频率，并且选择在测量上产生的频率，例如使得针对其它喷射流(未测量的)通过采样和频谱折叠而获得的频率不同于针对测量的喷射流通过采样和频谱折叠而获得的频率，并且优选地位于放大器的通带或带宽之外。还优选地，试图避免产生过长的部段，过长的部段将趋向于在位于强制断裂位置之前的、由串扰引起断裂的位置处和待进行测量的喷射流的频率处断裂。如图7B所示，其示出3个喷射流，这3个喷射流在离喷嘴板2不同的距离处断裂。图中还示意性地示出了自然断裂长度Lbnat。在这种情况下，部段的长度Lt由关系式Lt＝Vj×T给出，其中Vj是喷射流速度，T是脉冲的持续时间。该值优选地小于自然断裂长度以保持完整的部段。
为了引导，1kHz的频率y适合于10m/s的喷射流速度下的10mm飞行距离(其可以构成下限)。
对于未测量的喷射流的、25或30kHz量级的激励频率fstim2可能是合适的；在15m/s的速度下25kHz的频率对应于断裂前的600μm的部段。因此，对于未测量的喷射流的激励频率的明智选择可以例如在125kHz和32MHz下由时钟来实现(如在FPGA中)。
如果电荷信号(VTHT)例如是具有32820Hz(32Mhz/975)频率的正弦曲线，并且喷射流在fstim1＝31250Hz(125000/4)和fstim2＝25000Hz(125000/5)的频率被激励，则得到下述的频率：
-从fstim1：1570Hz，29680Hz和32820Hz的频率开始创建的频率；
-从fstim2：7820Hz，17180Hz和32820Hz的频率开始创建的频率。
如果电荷信号是脉冲信号，则通过存在秩3次谐波将会产生额外的频率：
-由频率fstim1：4710Hz，26540Hz和35960Hz产生的频率；
-由频率fstim2：1540Hz，23460Hz和48460Hz产生的频率。
在这个示例中，试图例如通过滤波来消除秩3次谐波，以避免1570Hz到1540Hz之间的误差。
更一般地，如上所述，测量的喷射流在频率fa1处具有信号(取决于fstim1和fTHT)，而未测量的喷射流在频率fa2处具有信号。
因此，目标是选择fa1使得fa1<<fa2，这使得容易分离信号；fa1/fa2比值<1/5、优选地fa1/fa2<1/10适合于例如使用低通滤波器进行滤波。
因此，根据一个方案：
-测量的喷射流以频率fstim1被激励；通过施加频率为fTHT的电压VTHT，出现fa1(由以上的公式给出)的信号，
-未测量的喷射流在频率fstim2下被激励；通过施加频率为fTHT的电压VTHT，出现频率fa2处的信号(由以上的公式给出，用fstim2代替fstim1)。因此选择fstim1和fstim2使得fa1<<fa2(例如：fa1/fa2<1/2，优选地fa1/fa2<1/5或甚至1/10)或fa2<<fa1(例如：fa2/fa1<1/2，优选地fa2/fa1<1/5或甚至1/10)。
由于频率的这种选择，未测量的喷射流的信号与测量的喷射流的信号的频率不同。这些不同的频率可以由任何频率发生器产生。因此，来自未测量的喷射流的信号可以通过滤波而被消除；串扰问题因此被消除。
作为变型，或者与上述方案相结合，fstim1和fstim2和/或fTHT可以被选择为使得fa1<fc<fa2(或者fa2<fc<fa1)，其中fc是电荷信号放大器的截止频率。
一般来说，fstim1和fstim2这2个频率可以通过创建在高频率下未堆叠的并且自身环回的“描述性”图像来生成。在图7C中给出了这个图像的一个示例，其中黑点表示测量的和未测量的喷射流。纵坐标位置是根据打印速度确定的。该图像是二元的(对图像中的每个像素有激励或没有激励)。在“激励”情况下，脉冲被施加到被激励的喷射流。在所示的示例中，如果图像扫描时钟是125kHz，则获得的频率是125/2kHz和125/3kHz，即62.5kHz和41.66kHz。
测量的示例在当存在喷射流时的图8A中以及当不存在喷射流的图8B中给出。在这个示例中，频率fa1接近800Hz(和fa2＝9.9kHz)。信号通过电路板NI 6111采集。采样频率fTHT为200kHz，采集时间为50ms。
使用FFT来显示存在的喷射流所需的线；使用该频率的相关性(目标信号和测量的时间信号之间的组间相关性)完成处理(比FFT更快的算法)。发现的是：存在喷射流的水平(图8A)是不存在喷射流的水平(图8B)的5倍高。
图9中示出了用于检测喷射流的存在的算法的示例。
该方法在i＝1时初始化，其中i表示喷射流编号(步骤S1)。
搜索从喷射流i开始(步骤S2)。
因此，使用如上所述的根据本发明的方法(步骤S3)，然后分析所测量的信号(步骤S4)。
如果断定存在喷射流i，则待分析的喷射流的编号增加一个单位(步骤S5)，并且如果i不大于N(步骤S6)，则重新开始该方法(步骤S2)。
否则，截止时间(注意这是如图3所示的每个脉冲的持续时间)增加(步骤S7)，可能达到最大值Tmax(S8)。如果激励不够，信号可能检测不到，因此截止时间太短。如果信号在Tmax处不能被检测到，那么可以推断出：喷射流是不存在的。
根据本发明的方法可以在打印输出之前或之后，电极然后如上所述地起作用。
现在将呈现根据本发明的测试结果。
在不存在3号喷射流的打印头上进行第一次测试。结果如图10所示(对于该测试，fstim1＝41.660kHz，fstim2＝62.5kHz，fTHT＝42.440kHz)。
不存在的喷射流和存在的喷射流之间的水平差异是非常显著的，因此可以保证测量。
在此使用具有3个阈值的算法，这3个阈值固定在500，800，1200处。
这种类型的算法在大多数情况下能够实现明确而快速的决策；在下面给出的示例中，96个喷射流中只有一个需要几次测量。
另一个测试是使用5550标准酒精墨进行的。标称参数是12米/秒的喷射流速度和等于6周/秒(Cps)的墨粘度。
在这个示例中，测量是由上部电极或电极15(也称为屏蔽电极)的区域中的带电液滴形成的，如图2所示；激励振幅然后适应成使得断裂位置在该区域中。
实验条件如下：
粘度 6cP
喷射流速度 12m/s
频率fstim1(测量的喷射流) 41.66kHz
频率fstim2(其它喷射流) 62.5kHz
fTHT 42.44kHz
激励电压 32-52伏特
压强 3.5-4.2巴
在振幅从32V到52V变化时，断裂距离从离相应的喷嘴出口约1.5mm到约0.7mm变化，使得可以调整断裂以使其面对屏蔽电极15(在这个示例中屏蔽电极的下部位于1mm处)。
因此更一般地说，可以根据本发明利用在上部电极区域15(位于喷嘴出口处)或在屏蔽区域中带电的液滴进行测量。
其它测量值证实，当断裂处于屏蔽电极中或面向屏蔽电极时，测量系统对喷射流速度不敏感。如果在施加电荷的屏蔽电极之后发生断裂，则该部段不携带电荷并且可能被错误地宣布为不存在；在这种情况下，在不改变激励电压的情况下进行测量。
实验条件如下：
粘度 6cP
喷射流速度 11-13m/s
频率fstim1(测量的喷射流) 41.66kHz
频率fstim2(其它喷射流) 62.5kHz
fTHT 42.44kHz
激励电压 52伏特
压强 3.5-4.2巴
针对3个速度11m/s、12m/s、13m/s，在图11A和11B中示出了结果(图11B是图11A中用圆圈表示的区域的放大图)。无论喷射流速度如何，结果都是一样的。
其它测量值表明，如果断裂处于屏蔽电极上，测量系统对粘度测量不敏感(出于与上述相同的原因)。
实验条件如下：
粘度 4.5到6.5cP
V喷射流 12m/s
频率fstim1(测量的喷射流) 41.66kHz
频率fstim2(其它喷射流) 62.5kHz
fTHT 42.44kHz
激励电压 52伏特
压强 3.1到4.1巴
针对5个测试的粘度，结果在图12A和12B中示出(图12B是图12A中用圆圈表示的区域的放大图)。无论粘度如何，结果都是一样的。
无论设想哪个实施例，通过控制装置(也称为“控制器”)发送向电极施加所需电压的指令和/或激活每个激励室的激励装置的指令。其它指令将使墨能够在压力下朝向装置41-4n流转，然后能够根据待打印在基材8上的图案产生喷射流。
这些控制装置也可以执行处理，例如通过根据本发明的方法或通过根据本发明的设备检测到的信号的频谱分析或分析。
这些控制装置例如可以以处理器或微处理器或者能够实施或被编程来实施根据本发明的方法的电线路或电子线路的形式来制造。
该控制器控制激励所述激励室的装置，泵送打印机特别是收集器的装置，以及在不同流体(墨，溶剂，气体)的轨迹上打开和关闭阀的装置。控制装置还可以存储数据，例如关于检测到的电荷测量值和/或一个或多个储存器中的墨水平的数据，并且如果需要可以处理这些数据。
图13实施了可以实施上述实施例中的一个或数个的喷墨打印机的主要部分。打印机包括控制台300，具体包含墨和溶剂调节线路的隔室400，以及用于墨和溶剂的储存器(特别是由收集器回收的墨返回到的储存器)。通常，隔室400位于控制台的下部。控制台的顶部包括控制和仪表电子装置和显示装置。控制台通过脐带式管线203被液力连接以及电气连接到打印头100。
未示出的入口框架被用于安装面向打印基材8的打印头，打印基材8沿箭头所示的方向移动。该方向垂直于喷嘴的对准轴线。
液滴生成器包括喷嘴和根据上述实施例之一的类型的腔，其中电极14a、14b以及向其施加电压的装置用于打印，或者替代地，根据本发明的检测喷射流的存在的方法。
本发明特别适用于腔中的空气或气体流量大的应用。例如，流量可以为数百升/小时(l/h)，例如在50升/小时或100升/小时至500升/小时之间，例如大约300升/小时。这些值特别适用于具有64个喷嘴的喷嘴板的情况，但是本发明也适用于具有较少数量(例如32个)的喷嘴的喷嘴板的情况，或者具有较多数量(例如128个)的喷嘴的喷嘴板的情况。喷射流速度可以在5m/s到20m/s之间，例如喷射流速度为大约15m/s。
图14中示出了可以应用本发明的打印机的流体线路400的示例。该流体线路400包括多个装置410，500，110，220，310，每个装置与特定功能相关联。还存在打印头1和脐带式管线203。
该线路400与可移除的墨盒130和也是可移除的溶剂盒140相关联。
附图标记410表示主储存器，其收集溶剂和墨的混合物。
附图标记110表示从溶剂盒140抽出溶剂和可能地储存溶剂以及将由此抽出的溶剂提供到打印机的其它部件的装置的组件，该装置的组件将溶剂供应到主储存器410，或者清洁或维护机器的一个或多个其它部件。
附图标记310表示从墨盒130抽出墨件以及提供由此抽出的墨以供应主储存器410的装置的组件。如该图中可以看出的，根据这里呈现的实施例，使用了相同的装置310来将溶剂输送到主储存器410以及从装置110输送溶剂。
在储存器410的出口处，总体上被指示为附图标记220的装置的组件将压力施加到从主储存器抽出的墨，并且将该墨输送到打印头1。根据本文中由箭头250所示的一个实施例，也可以使用这些装置220将墨输送到装置310，然后再输送到储存器410，这使墨能够在线路内再循环。该线路220还用于使墨盒130中的储存器排空并清洁墨盒130的连接件。
该图中所示的系统还包括回收从打印头返回的流体(墨和/或溶剂)的装置500，更确切地说，该流体是从打印头的收集器7或打印头清洗线路返回的。因此，这些装置500布置在脐带式管线203的下游(相对于从打印头返回的流体的流转方向)。
如在图14中可以看到的，装置110也可以被用来将溶剂直接地输送至这些装置500，而不经过脐带式管线203或通过打印头1或通过收集器。
装置110可以包括至少3个平行的溶剂供应部，一个用于打印头1，第二个用于装置500，第三个用于装置310。
上文所描述的装置中的每个设有诸如阀(优选地是电磁阀)的装置，该装置可以将所关注的流体引导至所选择的方向。因此，从装置110开始，溶剂可以专门输送到打印头1或装置500或装置310。
上文所描述的装置500、110、210、310中的每一个可以设置有用于处理所关注的流体的泵(即，分别为第一泵，第二泵，第三泵，第四泵)。虽然这些不同的泵可以是相同类型的或相似类型的，但这些不同的泵执行不同的功能(它们的装置中的每个的功能)并且因此彼此不同(换句话说，这些泵中没有一个执行这些功能中的2个功能)。
特别地，装置500包括泵(第一泵)，该泵如上文所说明地泵送从打印头回收的流体并将该流体输送到主储存器410。该泵专用于从打印头回收流体，并且物理上不同于专用于墨转移的装置310的第四泵或专用于在储存器410的出口处对墨进行加压的装置210的第三泵。
装置110包括泵送溶剂并将溶剂输送到装置500和/或装置310和/或打印头1的泵(第二泵)。
这样的线路400由通常包含在控制台300中的上文描述的控制装置控制(图13)。
根据本发明的打印机的控制装置(或控制器)控制施加到电极和每个激励室的激励装置的电压的特性(振幅，频率)。该控制装置还控制由电荷检测装置检测的信号的处理，电荷检测装置例如为收集器或电极。

Claims (22)

1.一种用于检测喷墨打印机的多喷射流打印头的喷射流的存在的方法，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)，其中：
墨喷射流以频率fstim1激励地通过喷嘴中的一个喷射，然后通过频率fTHT处的电压VTHT而带电，fTHT不是fstim1的整数倍数或因数，
检测表示喷射流电荷的信号，所述信号通过以所述频率fstim1对频率fTHT处的电压进行采样而获得，所述信号的至少一个频谱分量被用于检测所述喷射流的存在。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述电压VTHT被施加到偏转电极(14a，14b)中的一个，另一偏转电极然后优选地接地；
或者其中，所述打印头包括施加有所述电压VTHT的至少一个第三电极(15)，例如屏蔽电极，所述偏转电极(14a，14b)然后优选地接地。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述喷射流的电荷信号包括由下述的公式限定的、至少一个频率fa1处的频谱分量：
其中，函数表示整数部分。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，除测试的喷射流之外的喷射流中的至少一些以不同于fstim1的频率fstim2进行激励。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，对于测量的喷射流，每个喷嘴以频率fstim1产生墨喷射流，以及对于其它喷射流的至少一部分，每个喷嘴以频率fstim2产生墨喷射流，fstim1和fstim2使得：
fa1<<fa2或者fa2<<fa1，
和/或：fa1<fc<fa2，或者fa2<fc<fa1，其中，fc为电荷信号的放大器或者滤波器的截止频率，
fa2由下述的公式限定：
其中，函数表示整数部分。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，检测电荷信号的多个频谱分量，取这些频谱分量中的数个的强度的总和来检测所述喷射流的存在。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过下述的部件来检测电荷：
不用于打印的喷射流的回收收集器(7)，所述收集器至少部分由导电材料制成，
或电极或电荷检测器。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对于所述打印头的每个喷射流，依次检测所述多喷射流打印头的喷射流的存在或不存在。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，具有数个阈值例如3个阈值的算法被施加到电荷信号或电荷信号的频谱分量中的至少一个。
10.使用包括多喷射流打印头的喷墨打印机的打印方法，所述打印方法包括：
在基材(8)上打印至少一个图案的步骤，
停止打印，然后实施根据权利要求1或2所述的方法，以便检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在，
或者所述打印方法包括：
实施根据权利要求1或2所述的方法，以便检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在，
停止检测方法，然后执行在基材(8)上打印至少一个图案的步骤。
11.根据权利要求10所述的打印方法，其中，在打印步骤期间，相位相反的可变电压被施加到第一偏转电极和第二偏转电极(4a，4b)。
12.一种用于检测喷墨打印机的多喷射流打印头的喷射流的存在的设备，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)，所述设备包括：
适于通过所述喷嘴中的一个喷射墨喷射流以及以频率fstim1激励所述墨喷射流的装置，
在频率fTHT处将电荷电压VTHT施加到所述喷射流的装置，fTHT不是fstim1的整数倍数或因数，
检测表示喷射流电荷的信号的至少一个频谱分量的装置(7)以检测所述喷射流的存在，该信号通过以频率fstim1对频率fTHT处的电压进行采样而得到。
13.根据权利要求12所述的设备，所述设备包括将所述电压VTHT施加到所述偏转电极(14a，14b)中的一个或者施加到第三电极(15)例如屏蔽电极的装置。
14.根据权利要求12或13所述的设备，所述喷射流的电荷信号包括由下述的公式限定的、至少一个频率fa1处的频谱分量：
其中，函数表示整数部分。
15.根据权利要求12至14中一项所述的设备，所述设备包括适于通过喷嘴或数个其它喷嘴以不同于fstim1的频率fstim2喷射墨喷射流的装置。
16.根据权利要求15所述的设备，所述设备还包括以频率fstim2产生其它喷射流中的至少一些的装置，fstim1和fstim2使得：
fa1<<fa2，
和/或：fa1<fc<fa2，其中，fc是电荷信号的连接到检测装置的放大器或者滤波器的截止频率，
fa2由下述的公式限定：
其中，函数表示整数部分。
17.根据权利要求12或13所述的设备，所述设备包括检测电荷信号的多个谱分量以及取这些谱分量中的数个的强度之和的装置。
18.根据权利要求12或13所述的设备，所述设备包括不用于打印的喷射流的回收收集器(7)，或者电极或电荷检测器以及处理由该收集器(7)或该电极或该电荷检测器检测的电荷信号的装置，该收集器至少部分由导电材料制成。
19.根据权利要求12或13所述的设备，所述设备能够针对所述打印头的每个喷射流依次检测来自所述多喷射流打印头的喷射流的存在或不存在。
20.根据权利要求12或13中所述的设备，所述设备能够使用具有数个阈值例如3个阈值的算法来处理电荷信号或电荷信号的频谱分量中的至少一个。
21.包括多喷射流打印头的喷墨打印机类型的打印设备，包括：
在基材(8)上打印至少一个图案的装置，
停止打印、然后实施根据权利要求1或2所述的方法以便检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在的装置；
或者包括：
根据权利要求1或2所述的检测所述多喷射流打印头的一个或数个喷射流的存在的装置；
停止该检测、然后在基材上打印至少一个图案的装置。
22.喷墨打印机，包括：
多喷射流打印头，
根据权利要求12或13所述的用于检测打印头的喷射流的存在的设备；
将墨和/或溶剂供应到所述打印头的装置。
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