CN116419852A - 具有温度和像素密度补偿的塑料卡片打印系统 - Google Patents

具有温度和像素密度补偿的塑料卡片打印系统 Download PDF

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CN116419852A CN202180072837.5A CN202180072837A CN116419852A CN 116419852 A CN116419852 A CN 116419852A CN 202180072837 A CN202180072837 A CN 202180072837A CN 116419852 A CN116419852 A CN 116419852A
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Abstract

塑料卡片上的热打印，其中，热打印头的每个可单独供能的加热元件的供能基于热打印头的温度和要打印的像素的密度来调节。对于每个像素，使用打印头温度和要打印的像素的像素密度来调节用于向加热元件供能以打印该像素的选通脉冲长度。通过补偿打印头温度和像素密度两者，获得了所得到的打印密度的更严格的容差。

Description

具有温度和像素密度补偿的塑料卡片打印系统
技术领域
本技术公开涉及使用热打印头在塑料卡片上进行热打印，并补偿打印头温度和被打印的各个像素的密度。
背景技术
使用热打印头在塑料卡片上进行打印是已知的。热打印头包括多个可单独供能的加热元件，所述元件基于各个加热元件的确定的选通脉冲长度被单独供能。在美国专利5087923中公开了基于选通脉冲长度来驱动热打印头中的加热元件的例子。
发明内容
描述了在塑料卡片上进行的热打印，其中，热打印头的各个可单独供能的加热元件的供能基于热打印头的温度和要打印的像素的密度来进行调节。对于各个像素，使用打印头温度和要打印的像素的像素密度来调节向加热元件供能以打印该像素的选通脉冲长度。通过补偿打印头温度和像素密度，实现了所得到的打印密度的更严格的容差。
本文所述的热打印可应用于直接到卡热打印，其中，打印是直接在塑料卡片上进行的，并且可应用于再转印，其中，打印最初是在可转印基材上进行的，然后将上面具有打印的可转印基材层压到塑料卡片上。
本文中所使用的塑料卡片包括但不限于金融(例如，信用、借记等)卡、通行卡、驾驶证、身份证、商业身份卡、礼品卡和其它塑料卡。在一些实施方式中，本文所述的技术可用于在护照的一页或更多页(诸如护照的封面或封底，或护照的内页(例如塑料页))上打印。
用于补偿打印头温度和像素密度的数据处理优选地发生在与热打印头直接或间接通信的打印机控制器中。打印机控制器也可被称为与热打印头相关联。在一个实施方式中，打印机控制器位于包括热打印头的塑料卡片打印机中。在另一个实施方式中，打印机控制器可以位于远离塑料卡片打印机的位置(即物理上与之分离)。
打印机控制器包括一个或更多个数据处理设备，所述一个或更多个数据处理设备具有足够的数据处理速度以维持热打印头的期望打印速度。在一个实施方式中，一个或更多个数据处理设备包括至少一个现场可编程门阵列(FPGA)。然而，数据处理设备可以是单核或多核处理器或其它数据处理设备。在一个实施方式中，热打印头可以具有从大约0.38英寸每秒到大约1.75英寸每秒的打印速度。在一个实施方式中，打印速度可以是大约1.55英寸每秒。然而，不同的打印速度是可能的，同时仍然补偿打印头温度和像素密度两者，如本文所述。
在一个实施方式中，塑料卡片打印系统可包括：打印色带供应器和打印色带卷取器；从打印色带供应器供应并在打印色带卷取器上卷取的多色打印色带，其中，多色打印色带包括多个染料色板；以及具有多个可单独供能的加热元件的热打印头。此外，塑料卡片打印系统包括打印机控制器，打印机控制器与热打印头通信并生成数据以控制可单独供能的加热元件的供能，从而打印要施加到塑料卡片的图像。打印机控制器可以是包括热打印头的塑料卡片打印机的一部分或与其分离。对于要打印的各个像素，打印机控制器基于热打印头的温度和像素的密度来生成数据以控制可单独供能的加热元件的供能。
在另一个实施方式中，塑料卡片打印系统可以包括：打印色带供应器和打印色带卷取器；从打印色带供应器供应并在打印色带卷取器上卷取的多色打印色带，其中，多色打印色带包括多个染料色板；以及具有多个可单独供能的加热元件的热打印头。此外，塑料卡片打印系统包括与热打印头通信的打印机控制器，该打印机控制器生成数据以控制可单独供能的加热元件的供能，从而打印要施加到塑料卡片上的图像。打印机控制器包括至少一个FPGA，所述至少一个FPGA具有至少大约96MHz的数据处理速度。打印机控制器可以是包括热打印头的塑料卡片打印机的一部分或与其分离。
在另一个实施方式中，在塑料卡片上进行打印的塑料卡片打印系统可以包括：打印色带供应器和打印色带卷取器；从打印色带供应器供应并在打印色带卷取器上卷取的多色打印色带，其中，多色打印色带包括多个染料色板；以及具有多个可单独供能的加热元件的热打印头。此外，打印机控制器与热打印头通信，并生成数据以控制可单独供能的加热元件的供能，从而打印要施加到塑料卡片上的图像。打印机控制器实施补偿方案，该补偿方案跨所有像素密度生成8％或更小的像素密度误差。打印机控制器可以是包括热打印头的塑料卡片打印机的一部分或与其分离。
在又一实施方式中，描述了一种在塑料卡片打印系统中在塑料卡上进行直接到卡热打印的方法。塑料卡片打印系统包括：具有多个可单独供能的加热元件的热打印头；以及包括多个染料色板的多色打印带。该方法包括接收使用热打印头和多色打印色带在塑料卡片打印系统中的塑料卡上进行打印的打印请求，其中，该打印请求包括打印数据。对打印数据进行处理，并且对于要打印的各个像素生成选通脉冲长度数据，该选通脉冲长度数据用于向可单独供能的加热元件供能，其中，各个像素的选通脉冲长度数据考虑了热打印头的温度和像素的密度。然后，各个像素的所生成的选通脉冲长度数据用于向可单独供能的加热元件供能，以从染料色板转移染料并在塑料卡片上打印。数据的处理和选通脉冲长度数据的生成可以发生在打印机控制器中，该打印机控制器被包括在具有热打印头的卡片打印机中或与卡片打印机分离，所述打印机控制器与热打印头通信。
附图说明
图1示出了实现本文所述的补偿的塑料卡片打印系统的示例。
图2示出了实现本文所述的补偿的塑料卡片打印系统的另一示例。
图3示出了对于各种像素密度水平，施加到热打印头的加热元件的能量相比于打印头温度的示例曲线。
图4示出了在此描述的补偿打印头温度和像素密度两者的方法的示例。
具体实施方式
参考图1，示出了塑料卡片打印系统10的示例。在该示例中，系统10被配置为在塑料卡片12上执行直接到卡热打印。系统10包括打印色带供应器14、打印色带卷取器16、多色打印色带18、热打印头20、位于打印头20对面的压纸卷筒(platen)22以及打印机控制器24。打印色带供应器14、打印色带卷取器16、多色打印色带18、热打印头20和压纸卷筒22可以被认为是塑料卡片打印机的一部分，并且被设置在塑料卡片打印机的壳体25内。
打印色带18可以是塑料卡片打印领域中已知的任何多色打印色带。打印色带18从打印色带供给器14供给，并且在使用之后被卷取在打印色带卷取器16上。打印色带18包括以重复顺序布置的多个色板。例如，打印色带18可以是具有本领域公知的黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)色板的多个序列的YMCK色带。YMC色板通常是染料(dye)材料，而K色板是颜料(pigment)材料。在一些实施方式中，打印色带18可以包括与每个色板序列相关联的一个或更多个附加色板，包括但不限于面漆(topcoat)材料(通常被指定为YMCKT色带)和/或覆盖材料(通常被指定为YMCKO色带)的色板。
热打印头20可以是塑料卡片打印领域中已知的任何热打印头。如本领域普通技术人员所理解的，热打印头20包括多个可单独供能的加热元件(未示出)，每个加热元件可由电子选通脉冲选择性地供能，该电子选通脉冲将相应的加热元件加热以将颜色材料从打印色带18的色板之一转移到塑料卡片12。如图1所示，在一轮打印中，热打印头20可以朝向压纸卷筒22移动，以在打印过程中使打印头20就位，并且在不打印时移动离开压纸卷筒22，以为了下一轮打印将卡片12复位。
机械式卡片传送机构(如一对或更多对传送辊26)在打印系统10中传送卡片12。卡片传送机构优选地是可反转的，以允许卡片12的前向传送和反向传送，从而允许实现经过打印头20的多道(pass)打印。用于在塑料卡片打印系统中传送塑料卡片的机械式卡片传送机构在本领域中是公知的。可使用的卡片传送机构的其它示例在本领域中是已知的，包括但不限于传送带(具有翼片(tab)和/或不具有翼片)、真空传送机构、传送架等及其组合。卡片传送机构在本领域中是公知的，包括在美国专利6902107、5837991、6131817和4995501以及美国公开申请No.2007/0187870中公开的那些，在此通过引用将其全部并入。本领域的普通技术人员容易理解可使用的卡片传送机构的类型以及这种卡片传送机构的结构和操作。
打印机控制器24与热打印头20直接或间接通信。打印机控制器24可以是塑料卡片打印机的一部分并且位于壳体25内，如图1中的实线所示，或者打印机控制器24可以远离(即物理上分离)塑料卡片打印机并且位于壳体25外，如图1中的虚线所示。打印机控制器24处理打印数据并生成选通脉冲形式的数据，以控制热打印头20的可单独供能的加热元件的供能，从而在卡片12上生成打印。打印机控制器24还可以在打印期间控制色带供应器14和/或打印色带卷曲器16的驱动，在打印期间控制热打印头20的运动，和/或在打印期间控制传送辊26的操作。另选地，色带供应器14和/或打印色带卷曲器16的驱动，热打印头20的运动和/或传送辊26的操作可以由塑料卡片打印机内或远离塑料卡片打印机的打印系统10的单独控制机构控制。例如，在一些实施方式中，当打印机控制器远离塑料卡片打印机时，仅打印机控制器的用于处理打印数据并生成选通脉冲以控制热打印头20的可单独供能的加热元件的供能的部分可以远离塑料卡片打印机或在塑料卡片打印机外部。打印机控制器24的其它功能(诸如卡片传送机构的控制、打印色带18的移动和热打印头20的移动的控制等)可以在塑料卡片打印机上。
图2示出了塑料卡片打印系统100的另一示例。在此示例中，系统100被配置为在塑料卡片12上执行再转印式打印。再转印式卡片打印机的总体结构在本领域中是公知的。在该示例中，使用相同的附图标记来表示与图1中的系统10中的元件相同或相似的元件。系统100包括打印色带供应器14、打印色带卷曲器16、多色打印色带18、热打印头20、压纸卷筒22和打印机控制器24。
在系统100中，不是直接在塑料卡片12上进行打印，而是最初在再转印色带30的可转印材料上进行打印。再转印色带30由再转印色带供应器32供给，并且用过的再转印色带卷绕在再转印色带卷曲器34上。再转印色带30沿着经过打印头20的路径前进，在该路径上在可转印材料上进行打印。然后，具有打印内容的再转印色带30前进到转印站36，在转印站36处，使用加热的转印辊38，具有打印内容的可转印材料从再转印色带30被转印并层压到卡片12上。在转印了具有打印内容的可转印材料之后，用过的再转印色带30被卷绕到卷取器34上。
打印机控制器24处理打印数据并生成选通脉冲形式的数据，以控制热打印头20的可单独供能的加热元件的供能，从而在再转印色带30上产生打印内容。打印机控制器24还可以控制打印系统100的其它操作，诸如驱动色带供应器14和/或打印色带卷曲器16、热打印头20的移动、传送辊26的操作、供应器32和卷曲器34、转印辊38的操作等。或者，打印系统100的其它操作可以由与打印机控制器24分开的控制机构控制。
在每个打印系统10、100中，打印机控制器24被编程为处理数据以补偿打印头温度和待打印像素的密度。打印机控制器24基于打印头温度和当前色度值(shade value)，针对每个像素的每个色度调整用于向热打印头的加热元件供能的选通脉冲长度。从感测温度并向打印机控制器24提供温度数据的温度传感器获知打印头温度。从提供给打印机控制器24的打印数据中知道要针对每个像素打印的像素色度。随着打印头温度升高，较低密度的像素色度(例如25％或更低)需要较少的能量施加到打印头的加热元件以转移染料。随着打印头温度增加，较高密度的像素阴影(例如75％或更高)需要较少的能量施加到加热元件以转移染料，但是其速率不同于较低密度的像素色度。
通过补偿打印头温度和像素密度，获得了所得到的打印像素密度的更严格的容差。例如，在一个实施方式中，在此描述的补偿方案可以导致跨所有像素密度大约±8.0％的像素密度误差(即，打印之后的实际像素密度与目标像素密度的偏差)；在40％或高于40％的像素密度时约±4.0％或更少的像素密度误差；或在70％或高于70％的像素密度时约±2.0％的像素密度误差。在本实施方式中，密度测量值是在约17℃至约70℃的打印头温度下使用本文所述的补偿方案从在具有热打印头的塑料卡片打印机中打印的10张塑料卡片获得的，并且精确到使用可从密歇根Grand Rapids的X-Rite Inc.获得的XRite i1ProSpectrophotemeter测量到的0.01密度单位。用于打印10张塑料卡片的塑料卡片打印机是来自明尼苏达州Shakopee的Entrust Corporation的Sigma DS3台式卡片打印机。相反，在没有所述补偿方案的塑料卡片打印系统中，经常在较低像素密度遇到高达40％的密度误差并且在较高像素密度下遇到20％或更高的密度误差。
所描述的补偿方案需要大量的数据处理。采用传统数据处理机制的传统打印系统将由于数据处理需求而变慢，从而显著降低卡片打印系统的卡片打印速率和总卡片吞吐量。
因此，打印机控制器24配备有一个或更多个数据处理设备，所述一个或更多个数据处理设备可以处理增加的数据处理要求。优选地，为了维持从大约0.38英寸每秒到大约1.75英寸每秒的打印速度，或大约1.55英寸每秒的打印速度，打印机控制器24优选地设置有一个或更多个数据处理设备，所述一个或更多个数据处理设备具有至少大约96MHz或更大的数据处理速度。一个或更多个数据处理设备可以是适于实现至少该数据处理速度的任何类型的设备。例如，在一个实施方式中，一个或更多个数据处理设备可以包括FPGA。然而，数据处理设备可以是单核或多核处理器或其它数据处理设备。然而，如果较低的打印速度是可接受的，则可以使用具有较低数据处理速度的数据处理设备，同时仍然补偿打印头温度和像素密度。
所使用的补偿方案可以基于包括打印头温度在内的多个变量而变化。例如，在一个实施方式中，如果打印头的温度低于15℃的最低工作温度，则可以使用以下补偿方程：
Figure BDA0004197508870000071
TComp＝施加到打印头的能量的变化/打印头温度的变化。
CAL＝最坏情况下的选通脉冲长度，以时钟频率表示(例如，时钟频率约为96MHz，CAL的分辨率约为10.4纳秒)。
时钟频率＝数据处理设备(例如FPGA)的时钟频率。
选通脉冲长度＝以秒为单位施加到打印头的能量。
在另一实施方式中，如果打印头的温度高于15℃的最低工作温度，且式(2*TComp-DComp*(ShadeIndex-ShadeIndexZero)>0)为真，则可使用以下补偿等式：
Figure BDA0004197508870000072
TPHTemp＝当前打印头温度的测量值。
TCompTempZero＝打印机的最低工作温度。
ShadeIndex＝被打印的像素的当前色度。
ShadeIndexZero＝开始增加密度补偿的最小色度。
TComp＝施加到打印头的能量的变化/打印头温度的变化。
DComp＝能量的变化/目标打印密度的变化。
CAL＝最坏情况下的选通脉冲长度，以时钟频率表示(例如，时钟频率约为96MHz，CAL的分辨率约为10.4纳秒)。
时钟频率＝数据处理设备(例如FPGA)的时钟频率。
选通脉冲长度＝以秒为单位施加到打印头的能量。
相反，如果打印头的温度高于15℃的最低工作温度，且等式(2*TComp-DComp*(ShadeIndex-ShadeIndexZero)>0)为假，则可使用以下补偿式：
Figure BDA0004197508870000073
CAL＝最坏情况下的选通脉冲长度，以时钟频率表示(例如，时钟频率约为96MHz，CAL的分辨率约为10.4纳秒)。
时钟频率＝数据处理设备(例如FPGA)的时钟频率。
选通脉冲长度＝以秒为单位施加到打印头的能量。
参考图3，示出了当使用调整的选通脉冲向每个加热元件供能时补偿打印头温度和像素密度的例子。图3描绘了对于各种像素密度水平，施加到热打印头的加热元件的能量(即选通脉冲)相比于打印头温度的曲线图。如图所示，曲线总体上彼此平行。在不具有在此描述的补偿方案的常规曲线中，随着打印头温度的增加，这些曲线趋向于彼此会聚并最终合并。
图4示出了使用这里描述的补偿方案的方法50。在方法50中，由打印机控制器接收52打印请求。在一个实施方式中，打印请求52可以包括要由打印系统10、100执行的打印的打印数据。在另一实施方式中，打印请求52可使打印机控制器从数据存储位置取得打印数据。在步骤54，然后使用这里描述的补偿方案来处理打印数据，并且对于要打印的每个像素，确定选通脉冲长度，该选通脉冲长度是针对当前打印头温度和要打印的像素的密度而调整的。在步骤56，选通脉冲被用于驱动热打印头的加热元件以执行打印。在一个实施方式中，对于每个打印作业，可以与驱动热打印头同时地处理数据(即，可以用针对打印作业的一部分的一组计算出的选通脉冲长度来驱动热打印头，同时确定针对打印作业的另一部分的新的选通脉冲长度数据)。在另一个实施方式中，可以首先确定整个打印作业的所有选通脉冲长度数据，然后使用所确定的选通脉冲长度数据来驱动热打印头执行打印作业。
本文所述的打印系统10、100可用于小体积台式卡片处理系统或大体积批量生产卡片处理系统(或中央发行处理系统)。台式卡片处理系统通常被设计用于相对较小的规模，相对小的体积中的个人卡片个性化，例如以每小时几十或几百测量的。在这些机构中，要个性化的单个塑料卡片被输入卡片处理系统，该系统通常包括一个或两个处理能力，例如打印和层压。这些处理机通常被称为桌面处理机，因为它们具有相对较小的占地面积以允许处理机驻留在桌面上。台式处理机的许多例子是已知的，例如可从明尼苏达州Shakopee的Entrust Corporation获得的SD或CD系列台式卡片打印机。在美国专利7,434,728和7,398,972中公开了桌面处理机的其它示例，在此通过引用将每个专利的全部内容并入本文。
对于个性化的塑料卡片的大批量批量处理(例如，在每小时数百或数千的数量级上)，机构通常利用卡片处理系统，该卡片处理系统采用多个处理站或模块来同时处理多张卡片，以缩短每张卡片的总处理时间。这种机器的例子包括可从明尼苏达州Shakopee的Entrust Corporation获得的MX和MPR系列的中央发行处理机。在美国专利4,825,054、5,266,781、6,783,067和6,902,107中公开了中央发行处理机的其它示例，所有这些专利通过引用整体并入本文。
本申请中公开的实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示；并且在权利要求书的等同物的含义和范围内的所有变化都包括在其中。

Claims (20)

1.一种在塑料卡片上进行打印的塑料卡片打印系统，所述塑料卡片打印系统包括：
打印色带供应器和打印色带卷曲器；
从所述打印色带供应器供应并且在所述打印色带卷曲器上卷曲的多色打印色带，所述多色打印色带包括多个染料色板；
具有多个能够单独供能的加热元件的热打印头；
打印机控制器，所述打印机控制器与所述热打印头通信并且生成数据来控制所述能够单独供能的加热元件的供能以便打印要施加到所述塑料卡上的图像；对于要打印的各个像素，所述打印机控制器基于所述热打印头的温度和该像素的密度来生成数据以控制所述能够单独供能的加热元件的供能。
2.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述染料色板包括青色色板、品红色色板和黄色色板。
3.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述多色打印色带包括多个黑色颜料板和多个面漆板。
4.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述打印机控制器包括现场可编程门阵列。
5.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且所述打印机控制器是所述塑料卡片打印机的一部分。
6.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且所述打印机控制器远离所述塑料卡片打印机。
7.根据权利要求1所述的塑料卡片打印系统，其中，所述塑料卡片打印系统跨所有像素密度具有8％或更小的像素密度误差。
8.一种塑料卡片打印系统，所述塑料卡片打印系统包括：
打印色带供应器和打印色带卷曲器；
从所述打印色带供应器供应并且在所述打印色带卷曲器上卷曲的多色打印色带，所述多色打印色带包括多个染料色板；
具有多个能够单独供能的加热元件的热打印头；
打印机控制器，所述打印机控制器与所述热打印头通信，并且生成数据来控制所述能够单独供能的加热元件的供能以便打印要施加到塑料卡片上的图像；并且所述打印机控制器包括至少一个现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列具有至少大约96MHz的数据处理速度。
9.根据权利要求8所述的塑料卡片打印系统，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且所述打印机控制器是所述塑料卡片打印机的一部分。
10.根据权利要求8所述的塑料卡片打印系统，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且所述打印机控制器远离所述塑料卡片打印机。
11.根据权利要求8所述的塑料卡片打印系统，其中，所述染料色板包括青色色板、品红色色板和黄色色板。
12.根据权利要求8所述的塑料卡片打印系统，其中，所述多色打印色带包括多个黑色颜料板和多个面漆板。
13.根据权利要求8所述的塑料卡片打印系统，其中，所述塑料卡片打印系统跨所有像素密度具有8％或更小的像素密度误差。
14.一种在塑料卡片打印系统中在塑料卡片上进行直接到卡热打印的方法，所述塑料卡片打印系统具有设有多个能够单独供能的加热元件的热打印头以及多色打印色带，所述多色打印色带包括多个染料色板，该方法包括：
接收使用所述热打印头和所述多色打印色带在所述塑料卡片打印系统中的所述塑料卡片上进行打印的打印请求，所述打印请求包括打印数据；
处理所述打印数据以针对要打印的每个像素生成用于向所述能够单独供能的加热元件供能的选通脉冲长度数据，其中，针对每个像素的所述选通脉冲长度数据考虑了所述热打印头的温度和所述像素的密度；以及
使用为每个像素生成的所述选通脉冲长度数据向所述能够单独供能的加热元件供能，以从所述染料色板转移染料并在所述塑料卡片上进行打印。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述染料色板包括青色色板、品红色色板和黄色色板。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多色打印色带包括多个黑色颜料板和多个面漆板，并且所述方法包括：使用所生成的选通脉冲长度数据中的一些向所述能够单独供能的加热元件供能，以将黑色颜料从所述黑色颜料板中的一个转移到所述塑料卡片和/或将面漆材料从所述面漆板中的一个转移到所述塑料卡片。
17.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括使用现场可编程门阵列来处理所述打印数据。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述塑料卡片打印系统跨所有像素密度具有8％或更小的像素密度误差。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且其中，所述数据的处理是在所述塑料卡片打印机上发生的。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述热打印头是塑料卡片打印机的一部分，并且其中，所述数据的处理是远离所述塑料卡片打印机发生的。
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