CN110770029B - 部分打印流体短路检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

部分打印流体短路检测系统可以检测打印头中的部分打印流体短路。部分打印流体短路检测系统包括用于检测打印头的打印间隙的时序电路，并且部分打印流体短路检测系统可以响应于对打印间隙的检测来检测部分打印流体短路。

Description

部分打印流体短路检测系统和方法
背景技术
打印机构通常包括能够在许多不同类型的介质上形成图像的喷墨打印头。当介质前进通过打印区时，喷墨打印头将彩色的打印流体液滴喷射通过多个孔并且喷射到给定的介质上。打印区可以包括由打印头孔和任何扫描或往复运动形成的平面，并且打印头可以来回移动且垂直于介质，或者可以包括带有垂直于介质运动的喷嘴的固定打印头下方的介质的运动。用于从打印头孔或喷嘴排出打印流体的方法可包括压电技术和热技术。
在热喷墨系统中，包含打印流体通道和汽化室的阻挡层位于喷嘴孔板和基底层之间。该基底层通常包含比如电阻的加热器元件的柱状阵列，它们可单独寻址并通电以加热汽化室内的打印流体。加热时，打印流体液滴从与通电电阻关联的喷嘴中喷射。当介质行进通过打印区时，喷墨打印头喷嘴通常以基本平行于打印介质运动的一个或多个柱状阵列排列。通常，打印介质在喷墨打印头下方前进，并保持静止，同时打印头沿介质的宽度传送，由控制器确定根据所确定的使其喷嘴发射，以在单独的条带上形成所需的图像或通过。打印介质通常在往复喷墨打印头的通行之间前进，以避免射出的打印流体液滴的位置不确定。
打印机构可以具有一个或多个喷墨打印头，其对应于一种或多种颜色，或者如本领域中所称的“三原色”。例如，典型的喷墨打印系统可以具有仅带有黑色打印流体的单个打印头；或者系统可以具有四个打印头，每一个打印头都带有黑色、青蓝色、洋红色和黄色打印流体；或者系统可以具有三个打印头，每一个打印头都带有青蓝色、洋红色和黄色打印流体。当然，在喷墨打印系统中，存在可能的打印头更多的组合和数量，包括七个和八个墨/打印头系统。
现在，先进的打印头设计允许在单个打印头上实现增加的数量的喷嘴。因此，在给定的打印机构中，无论存在单个往复打印头、多个往复打印头还是全页打印头阵列，每秒可喷射的打印流体液滴的数量都会增加。虽然发射速率和密度的这种增加允许更快的打印速度或吞吐量，但是也可以相应地增加可以从打印机构控制器传送到一个或多个打印头的发射数据量。增加的发射速率和密度可增加打印流体短路的可能性，这可能是由喷墨打印机构中的高导电性打印流体残留物和气溶胶引起的。增加的发射速率也可导致打印头消耗的功率的量增加。
打印流体残留物可能会积聚在打印头喷嘴表面上，并通过正常的打印机操作或拆卸和安装打印头本身而迁移到打印头连接器垫片上，从而造成传输线潜在的短路情况。类似地，空气传播的气溶胶可能沉积到打印头触点上，从而造成传输线潜在的短路情况。另外，如果打印头模由于介质碰撞而破裂或损坏，则打印流体也可能在打印头内部迁移并导致部分打印流体短路。部分打印流体短路可能是由于打印头掉落而导致的打印头物理损坏的结果。介质对打印头的撞击可能会损坏打印头。此外，热喷墨电阻(TIJ)可能会磨损并导致打印头电子器件与打印流体之间的屏障破裂，因此打印流体渗入电子器件内部并使电子器件短路。
附图说明
本公开的特征通过示例的方式示出，不限于以下(多个)图，其中相似的数字表示相似的元件，其中：
图1示出了部分打印流体短路检测系统的示例的框图；
图2示出了用于打印头的部分打印流体短路检测的示例的流程图；
图3示出了用于部分打印流体短路检测的示例方法的流程图；以及
图4示出了具有部分打印流体短路检测系统的示例打印机的详细图。
具体实施方式
为了简单和说明目的，主要通过参考本公开的示例来描述本公开。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将显而易见的是，可以实践本公开而不限于这些具体细节。在其他情况下，未详细描述本领域普通技术人员容易理解的一些方法和结构，以免不必要地使本公开不清楚。如本文所用，术语“一个”旨在表示特定元件中的至少一个，术语“包括(includes)”意指包括但不限于，术语“包含(including)”意指包括但不限于，并且术语“基于”意指至少部分地基于。
根据本公开的示例，部分打印流体短路检测系统可以检测打印头中的部分打印流体短路。该部分打印流体短路检测系统包括用于检测打印头的打印间隙的时序电路，并且该部分打印流体短路检测系统可以响应于对打印间隙的检测来检测部分打印流体短路。在示例中，该时序电路基于打印数据检测打印间隙。例如，当打印数据发送到打印头时，系统可能会使时序电路重置。当打印数据未发送到打印头时，时序电路倒计时直到跳闸，这表明由打印头执行的打印刚刚出现了时间间隙。当检测到该打印间隙时，将所测量的由打印头汲取的电流与表示在不打印时(例如，当打印头空闲时)由打印头汲取的正常电流的阈值进行比较。当在打印间隙期间测量的电流高于阈值时，检测到部分打印流体短路。
打印数据可以包括与打印头的打印相关联或引起打印头的打印的数据。例如，打印数据可以包括由打印头控制器响应于从处理器接收打印指令而生成的信号序列。在示例中，打印流体液滴信号指示打印头喷嘴的发射，比如响应于打印头接收打印数据。时序电路可以利用打印流体液滴信号来检测打印间隙。打印间隙是当打印头通电但不打印时，比如当打印头的喷嘴不喷射打印流体液滴时的时间段。打印流体(PF)可以是施加在打印介质上的流体。例如，PF可以是调色剂或墨与各种类型的聚合物的混合物，例如，苯乙烯化丙烯酸树脂、聚烯烃、聚酯等。PF可高度导电。打印间隙可以具有预定长度。在示例中，打印间隙可以是预定数量的时钟周期。打印间隙可以基于系统中电路的滞后，用以测量电流汲取并将电流汲取与阈值进行比较。部分打印流体短路是电短路。打印头中可能会出现部分打印流体短路。例如，打印头的部分打印流体短路可能会导致电流汲取低于打印头可以汲取的最大电流，但高于打印头为其当前操作状态应汲取的电流，比如当打印头不打印时。如果未发生部分打印流体短路，则部分打印流体短路可能导致打印头汲取的电流超过正常情况下应汲取的电流。打印头中部分打印流体短路的常见原因是正常磨损、电应力或电路或传输线上的打印流体泄漏。
在示例中，一旦通过部分打印流体短路检测系统在打印头中检测到部分打印流体短路，通过断电来隔离打印头。部分打印流体短路可能有安全隐患。例如，在大功率打印头中，部分打印流体短路可能存在火灾隐患，因为在打印头中产生的热量可能足以点燃与打印头直接接触的打印介质。在低功率打印头中，部分打印流体短路可能没有火灾隐患，但由于喷嘴故障可能导致严重的打印质量下降。打印头的隔离可以最小化安全隐患或打印质量下降，并可以保护系统的其余部分免受进一步损坏。可以通过使打印头断电或通过终止打印头与相应的打印头控制器之间的连接来实现打印头的隔离，以使打印头不接收打印数据。本公开使用术语“耦合”来意指电耦合，以允许电路之间的电信号的交换或传输。
在不对打印头的操作及其操作期间的电流汲取进行复杂且全面的分析的情况下，可能难以检测到部分打印流体短路。部分打印流体短路检测系统可以检测没有打印数据流向打印头的时间，并在这些时间检查部分打印流体短路。因此，部分打印流体短路的检测被简化，并且可以不使用过于复杂的分析，该分析将打印头消耗的实际功率与基于打印密度和每一打印流体液滴使用的能量来估计要消耗的功率进行主动比较。
首先参考图1，示出了可以在打印头中执行部分打印流体短路检测的示例部分打印流体短路检测系统150的框图。应理解的是，图1中所描绘的系统150可以包括附加部件，并且在不背离本文公开的系统100的范围的情况下，可移除和/或修改本文所述的一些部件。
处理器110可以控制打印头控制器112的操作。处理器110可以是基于半导体的微处理器、中央处理器(CPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或其他硬件装置。处理器110将打印命令发送到打印头控制器112。打印头控制器112确定打印数据并将其发送到打印头114。
系统150包括可以耦合到打印头114的时序电路116。时序电路116可以基于来自打印头控制器112的打印数据来检测打印头114的打印间隙，该打印头控制器112控制打印头114的打印，或者以其他方式与打印头114执行的打印相关联。在示例中，由从打印头控制器112发送到打印头114的打印数据中获得液滴计数信号，以使打印头114在打印介质上打印。液滴计数可以是由打印头上的喷嘴喷射的打印流体液滴的数量，并且液滴计数信号可以指示打印头喷嘴的发射以从喷嘴喷射打印流体液滴。液滴计数信号可以被断言比如为高逻辑电平，以响应于从喷嘴喷射的打印流体的液滴指示液滴计数器的增量。当检测到液滴计数信号时，比如当液滴计数信号从低逻辑电平被断言为高逻辑电平时，时序电路116重置，指示喷嘴喷射出打印流体液滴并且打印头正在打印。如果液滴计数没有增量，例如，液滴计数信号处于低逻辑电平，则时序电路116增加直到达到超时计数。然后，时序电路116跳闸并且检测到打印间隙。在打印间隙期间，打印头114不喷射打印流体。当时序电路116跳闸时，电流测量电路117从时序电路116接收信号以测量打印头114的电流汲取。在示例中，电流测量电路117可以被实现为电流表。参照图2进一步描述时序电路116及其操作。
比较器118从电流测量电路117接收指示电流汲取测量的信号。比较器118还接收阈值打印头电流值，其可以表示当不打印时由打印头114汲取的正常电流。在示例中，阈值打印头电流值被设置为当打印头不打印时应由打印头汲取的电流量加上裕度。例如，如果打印头114不在打印，则假定打印头114在正常操作且没有部分打印流体短路的情况下应汲取100毫安。另外，假定打印头114可以汲取的最大电流为2安培。阈值打印头电流值被设置为100毫安加上裕度，但小于2安培的最大电流汲取。如果裕度为50％，则阈值打印头电流值被设置为150毫安。其他裕度可用于确定阈值打印头电流值。在示例中，裕度可以基于在打印间隙期间如果阈值打印头电流值超过则确定为引起安全隐患的电流值。如果所测量的由打印头114汲取的电流超过阈值打印头电流值，则比较器118将打印流体短路指示发送到检测电路120。如果所测量的由打印头114汲取的电流低于阈值打印头电流值，则时序电路116被重置。检测电路120将部分打印流体短路指示器与打印头114相关联，并将通知发送到处理器110。在示例中，该通知是发送到处理器110的中断，并且处理器110可以响应于该中断来确定是否将打印头114断电。处理器110向相应的打印头控制器(在该示例中为112)发送命令以隔离打印头114，以便停止其操作。可以通过终止流入打印头中的打印数据来隔离打印头，或者可以通过由处理器110将打印头114断电来隔离打印头。在一个示例中，检测电路120可以在处理器110上实现。在这种情况下，检测电路120可以从比较器118接收信号，该信号指示所测量的电流值超过阈值打印头电流值，并且检测电路120确定是否存在条件来调用打印头114的隔离，例如断电。
参考图2，示出了部分打印流体短路检测系统150的另一实施方式的框图，其被示为部分打印流体短路检测系统200。对于耦合到打印头114的每条串行沟槽数据输入线，可以在图1所示的打印头控制器112中实现的液滴计数器计算每个喷嘴的打印流体液滴数。在示例中，打印头114上的喷嘴的液滴计数被存储在液滴_计数寄存器中。这些寄存器可以是读/清除类型的寄存器，以便在读取它们时，它们自动重置为零计数。通过示例的方式，显示了两条线，它们载有液滴计数信号inc_drop_count_0和inc_drop_count_1，它们作为输入提供至或门210。液滴计数信号指示打印头114的每个沟槽中的喷嘴的液滴计数的增量。因此，液滴计数信号inc_drop_count_0和inc_drop_count_1一起指示是否在打印头114中的任何喷嘴中喷射液滴。换句话说，假设打印头114具有两个喷嘴沟槽，则部分打印流体短路检测系统150确定整个打印头114中没有喷嘴喷射打印流体。然后，打印头114空闲，并且可以测量由打印头114汲取的电流并将其与下面讨论的vpp_overcurrent信号进行比较。在一个示例中，可以从上面讨论的寄存器读取液滴计数。打印流体液滴信号可以从图1中讨论的打印数据得出。
时序电路116可以由图2所示的看门狗定时器220实现。当断言指示液滴计数器增加的任一信号，例如inc_drop_count_0-1时，或门210断言wdog_rst以重置看门狗定时器220。如果两个信号inc_drop_count_0-1都不被断言，则看门狗定时器220增加，直到达到看门狗定时器220的超时计数，并且看门狗定时器220跳闸。当看门狗定时器220跳闸时，部分打印流体(PF)短路检查器230从比较器118读取vpp_overcurrent信号。如果vpp_overcurrent被断言，表明所测量的打印头114的电流汲取超过阈值打印头电流值，则PF短路检查器230生成打印流体短路处理器中断信号。如果vpp_overcurrent未被断言，则看门狗定时器220重置，并且重新开始等待打印间隙的过程。打印流体短路指示信号的产生可以触发打印头114的隔离。在示例中，部分PF短路检查器230是图1所示的检测电路120的一部分。根据示例，如关于图1所讨论的，检测电路120从比较器118接收打印流体短路指示。在图2中，响应于从比较器118发送到部分PF短路检查器230的所断言的vpp_overcurrent信号，产生PF_short指示。响应于所测量的电流汲取超过阈值打印头电流值，断言vpp_overcurrent信号。图2所示的部分PF短路检查器230可以是图1所示的检测电路120的一部分，并且部分PF短路检查器230可以将PF短路指示信号发送到处理器110以触发打印头114的隔离。
转到图3，示出了用于部分PF短路检测的示例方法300的流程图。方法300可以由图1或图2中描述的部分PF短路检测系统执行。在框302处，部分PF短路检测系统基于打印数据来检测打印间隙。在框304处，部分PF短路检测系统测量由打印头114汲取的电流。在框306处，部分PF短路检测系统将所测量的打印头114的电流汲取与阈值打印头电流值进行比较。响应于所测量的打印头114的电流汲取超过阈值打印头电流值，在框308处，部分PF短路检测系统生成PF短路指示。此外，如果所测量的打印头114的电流汲取超过阈值打印头电流值，则可以隔离打印头。
参考图4，示出了具有可以执行打印头114中的部分PF短路检测的部分PF短路检测系统150的示例打印机400的框图。在示例中，打印头控制器112使用差分信令将数据传送到打印头114。打印数据生成器402产生信号形式的打印数据，该信号通过电传输线405被传输到打印数据接收器406。DC电源408向打印头控制器112提供DC电压，以及通过电源线407向打印头114提供DC电压，以便为打印数据接收器406、打印头逻辑模块408和打印头PF液滴生成器410供电。可以将不同的电压电平用于打印头114的每个部件。例如，打印数据接收器406可以使用3.3伏DC，打印头逻辑模块408可以使用5.0伏DC，并且PF液滴生成器410可以使用30伏DC。
DC电压可以与由打印数据生成器402产生的输出打印数据信号一起通过柔性电缆传递到打印头114。为了说明的目的，在图4中示出了PF液滴生成器410采用热喷墨技术，尽管可以使用其他类型的打印流体液滴技术。PF液滴生成器410具有发射电阻412、PF室414和喷嘴416。在将发射电阻412中的选定电阻通电时，在PF室414的相关室中形成气泡，并且所形成的气体将PF的液滴从喷嘴416的相关喷嘴喷射到打印介质上。
打印头控制器112可以将打印信号中的打印数据发送到打印头114。部分PF短路检测系统150基于来自打印数据生成器402的打印数据来检测打印间隙。部分PF短路检测系统150在打印间隙期间测量由打印头114汲取的电流，并将电流汲取与阈值打印头电流值进行比较。然后，如果所测量的电流汲取超过阈值打印头电流值，则部分PF短路检测系统150生成PF短路通知。部分PF短路检测系统150可以将部分PF短路通知发送到图1所示的处理器110。发送到处理器110的PF短路通知可以是部分PF短路处理器中断信号。处理器110处理部分PF短路处理器中断，并隔离打印头114，以避免其进一步退化。
尽管贯穿整个本公开进行了具体描述，但是本公开的代表性示例在广泛的应用中具有实用性，并且上述讨论不旨在且不应解释为限制性的，而是作为对本发明的各方面的说明性讨论而提供的。
本文已经描述并示出的是本公开的示例及其一些变化。本文所用的术语、描述和图仅以说明的方式阐述，并且并不意味着限制。在本公开的精神和范围内，可以有许多变化，其旨在由以下权利要求及其等效方式来限定，其中，除非另外指出，否则所有术语均以其最广泛的合理含义来表示。

Claims (15)

1.一种部分打印流体短路检测系统，用于检测打印头中的部分打印流体短路，所述系统包括：
时序电路，该时序电路被耦合到打印头，以基于由打印头控制器提供的打印数据来检测所述打印头的打印间隙，其中所述打印间隙是当打印头通电但不打印时的时间段；以及
耦合到所述时序电路的比较器，其中，响应于所述时序电路检测到所述打印间隙，所述比较器将所测量的由所述打印头汲取的电流与表示在不打印时由所述打印头汲取的正常电流的阈值打印头电流值进行比较，并且
响应于所测量的由所述打印头汲取的电流超过所述阈值打印头电流值，所述比较器将打印流体短路指示发送到检测电路，其中所述检测电路从所述比较器接收所述打印流体短路指示并且将所述打印流体短路通知提供给处理器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器响应于接收所述打印流体短路通知，向所述打印头控制器发送命令以使所述打印头断电。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述时序电路响应于从所述打印数据得到的信号被重置，并且所述信号指示所述打印头上的喷嘴的发射。
4.根据权利要求1所述的系统，进一步包括电流测量电路，所述电流测量电路被连接到所述打印头，以测量所述打印头汲取的电流并将所测量的汲取的电流提供给所述比较器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述电流测量电路是电流表。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测电路包括耦合到所述时序电路和所述比较器的打印流体短路检查器，并且其中，所述打印流体短路检查器从所述比较器接收过电流信号并将所述打印流体短路指示输出到处理器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，为了检测所述打印间隙，所述时序电路测量在接收到所述打印数据中的预定值时的间隙。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述预定值指示所述打印头上的打印喷嘴的发射。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述打印数据与所述打印喷嘴的液滴计数相关联。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述时序电路包括看门狗定时器。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，响应于在一个时钟周期中增加的所述液滴计数中的任一个，所述看门狗定时器被重置。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述打印头在预定时间量内不打印时，所述时序电路检测所述打印间隙。
13.一种用于部分打印流体短路检测的方法，包括：
检测打印间隙，其中所述打印间隙是当打印头通电但不打印时的时间段；
测量在所述打印间隙期间由打印头汲取的电流；
将所测量的由所述打印头汲取的电流与表示在不打印时由所述打印头汲取的正常电流的阈值打印头电流值进行比较；以及
响应于所测量的由所述打印头汲取的电流超过所述阈值打印头电流值，生成部分打印流体短路指示。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括响应于所述部分打印流体短路指示的生成而隔离所述打印头。
15.一种打印机，包括：
处理器；
用于从所述处理器接收打印命令的打印头控制器；
包括多个喷嘴的打印头，其中，所述打印头控制器基于所述打印命令使所述多个喷嘴发射；
部分打印流体短路检测系统，包括：
时序电路，该时序电路被耦合到所述打印头，以基于由打印头控制器提供的打印数据来检测所述打印头的打印间隙，其中所述打印间隙是当打印头通电但不打印时的时间段；以及
耦合到所述时序电路和检测电路的比较器，其中，响应于所述时序电路检测到所述打印间隙，所述比较器将所测量的由所述打印头汲取的电流与表示在不打印时由所述打印头汲取的正常电流的阈值打印头电流值进行比较，并且
响应于所测量的由所述打印头汲取的电流超过所述阈值打印头电流值，所述比较器用于将部分打印流体短路指示发送给检测电路，
其中所述检测电路从所述比较器接收所述部分打印流体短路指示，并且将部分打印流体短路通知提供给处理器，其中，响应于接收到所述部分打印流体短路通知，所述处理器用于向所述打印头控制器发送命令以隔离所述打印头。
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