DE102015220716A1 - Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in Inkjet-Drucksystemen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur automatisierten Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine mittels eines Steuerungsrechners, die folgenden Schritte umfassend: • Drucken einer Testform für eine bestimmte Materialkombination • Auswerten des Drucks der Testform und Erstellung einer Look-Up-Table, bestehend aus Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 1 in Abhängigkeit zur lokalen Flächendichte, • Detektion einer ausgefallenen Druckdüse • Auslesen der Größe des zu kompensierenden Solltropfens an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse aus den Druckdaten • Berechnung der lokalen Flächendichte an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse • Auslesen einer Kompensationswahrscheinlichkeit aus der Look-Up-Table mit der berechneten lokalen Flächendichte • Berechnung einer Pseudo-Zufallszahl zwischen 0 und 1 für das jeweils rechts und links vom zu kompensierenden Pixel benachbarte Pixel • Erhöhung der Tropfengröße für die rechts und links vom zu kompensierenden Pixel benachbarten Pixel, falls die jeweils zugehörige Pseudo-Zufallszahl für dieses Pixel geringer als die aus der Look-Up-Table ausgelesene Kompensationswahrscheinlichkeit ist • Berechnung der benachbarten Tropfengrößen für alle zu kompensierenden Solltropfen an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse und Anwendung der veränderten Tropfengrößen in den Druckdaten • Durchführung des Druckauftrages mit den veränderten Druckdaten

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in Inkjet-Drucksystemen.
  • Die Erfindung liegt in dem technischen Gebiet des Digitaldrucks.
  • Im Allgemeinen umfassen Inkjet-Druckmaschinen einen oder mehrere Druckköpfe und jeder Druckkopf umfasst eine Vielzahl von Druckdüsen. Die Inkjet-Druckmaschinen verwenden die Düsen zum Drucken, indem Tinte ausgestrahlt wird. Diese Druckmaschinen haben Düsenplatten mit spezifischen Anordnungen der Einzeldüsen, die eine Auflösung bis 1200 dpi erlauben. Dies erfordert Düsenabstände von ca. 20µm. Bei Ausfall einer einzelnen Druckdüse entstehen Bereiche, die nicht durch die dafür vorgesehene Düse in dem Einzelfarbenauszug, nach BCMY, bebildert werden können. Es entstehen daher farbfreie Stellen, die sich als White Lines zeigen können. Handelt es sich um einen mehrfarbigen Druck, so fehlt die entsprechende Farbe an dieser Stelle und die Farbwerte werden verzerrt. Zu beachten ist auch, dass der Strahlverlauf einer Einzeldüse nicht ideal verläuft sondern davon mehr oder weniger abweichen kann, außerdem ist die Größe eines gejetteten Punktes zu berücksichtigen. Somit betrifft eine fehlfunktionierende Düse die Druckqualität jedes gedruckten Dokuments. Die Ursachen für den Ausfall von Einzeldüsen sind verschiedenartig, dabei kann es sich um einen temporären Ausfall oder um einen dauernden Ausfall handeln.
  • Um die Auswirkungen auf das Druckbild insbesondere in Vollflächen zu reduzieren, sind aus dem Stand der Technik mehrere Ansätze zur Kompensation bekannt. In einem dieser Ansätze wird versucht, den Fehler durch andere Düsen in derselben Farbe und derselben Inkjet Einheit, zu überdecken. D.h. es werden zur Kompensation einzelner ausgefallener Inkjet-Druckdüsen nach Feststellung, um welche Einzeldüse es sich handelt, die benachbarten Düsen so angesteuert, dass die Punktgrößen dieser Düsen so vergrößert werden, dass die Stelle der ausgefallenen Düse mit überdeckt wird. Die Nachbardüsen schreiben damit das Bild der ausgefallenen Düse mit. White Lines, welche durch das Nichtdrucken einzelner Düsen entstehen, können so verhindert werden. Die Patentanmeldung US 020060125850 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Druckmaschine, welche nach diesem Prinzip arbeiten. Das Verfahren hat jedoch Auswirkungen auf das Druckbild – insbesondere wird es problematisch, wenn mehrere, direkt benachbarte Düsen ausfallen. Die Kompensation über den doppelten oder mehrfachen Abstand ist nur schlecht möglich.
  • Ein weiterer bekannter Ansatz besteht darin, die ausgefallene Druckdüse durch die Düsen der jeweils anderen benutzten Druckfarben an gleicher Stelle zu ersetzen. Dabei wird versucht, durch gezielten und gesteuerten Übereinanderdruck der noch verfügbaren Farben, der ausgefallenen Druckfarbe möglichst nahe zu kommen. Dadurch ist weder eine Redundanz an Druckdüsen oder -köpfen erforderlich, noch stellt der Ausfall benachbarter Druckdüsen ein Problem dar. Hauptnachteil dieser Kompensationsmethode ist jedoch, dass sie nur für den Mehrfarbendruck eingesetzt werden kann. Zudem ist ein erhöhter Rechen- und Steuerbedarf durch den Rechner der Druckmaschine erforderlich, um die notwendigen Farbkombinationen zu ermitteln. Außerdem kann – je nach Farbabstand der ausgefallenen Farbe zum noch druckbaren Farbraum der Restfarben – das resultierende Druckergebnis durchaus deutlich von den Sollwerten abweichen.
  • Andere Ansätze zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen sehen doppelte Düseneinheiten in derselben Farbe vor, um über Redundanz den Ausfall einzelner Düsen kompensieren zu können. Beispiele für diese Vorgehensweise sind aus den Patentanmeldungen US 20060256157 A1 und US 20060268034 A1 bekannt. Dies ist zwar effizient, aber auch entsprechend teuer, braucht zusätzlichen Bauraum und bringt weitere Probleme, wie die kompliziertere Steuerung der doppelten Einheiten mit sich.
  • Ein weiterer bekannter Ansatz ist es die Kompensation über Druckdüsen aus anderen Systemen durchzuführen. D.h. mehrere positionierbare Druckköpfe werden zum Druck eines Bildes benutzt. Fallen Druckdüsen aus, werden die Druckköpfe neu positioniert, um die ausgefallene Düse möglichst gut zu ersetzen. Die Patente bzw. Patentanmeldungen US 20120075373 A1 und US 7607752 B2 offenbaren Verfahren, welche diesen Ansatz realisieren. Auch hier ist de facto eine Redundanz an Druckköpfen derselben Farbe erforderlich, was die bereits genannten Probleme mit sich bringt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in Inkjet-Druckmaschinen zu offenbaren, welches die Nachteile der bekannten Verfahren hinsichtlich redundanter Hardware und mangelnder Performance überwindet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe stellt ein Verfahren mit den Merkmalen von Hauptanspruch 1 dar.
  • Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine, welches die folgenden Schritte umfasst:
    • 1. Drucken einer Testform für eine bestimmte Materialkombination
    • 2. Auswerten des Drucks der Testform und Erstellung einer Look-Up-Table, bestehend aus Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 1 in Abhängigkeit zur lokalen Flächendichte,
    • 3. Detektion einer ausgefallenen Druckdüse
    • 4. Auslesen der Größe des zu kompensierenden Solltropfens an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse aus den Druckdaten
    • 5. Berechnung der lokalen Flächendichte an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse
    • 6. Auslesen einer Kompensationswahrscheinlichkeit aus der Look-Up-Table mit der berechneten lokalen Flächendichte
    • 7. Berechnung einer Pseudo-Zufallszahl zwischen 0 und 1 für das jeweils rechts und links vom zu kompensierenden Pixel benachbarte Pixel
    • 8. Erhöhung der Tropfengröße um 1 für die rechts und links vom zu kompensierenden Pixel benachbarten Pixel, falls die jeweils zugehörige Pseudo-Zufallszahl für dieses Pixel geringer als die aus der Look-Up-Table ausgelesene Kompensationswahrscheinlichkeit ist
    • 9. Berechnung der benachbarten Tropfengrößen für alle zu kompensierenden Solltropfen an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse und Anwendung der veränderten Tropfengrößen in den Druckdaten
    • 10. Durchführung des Druckauftrages mit den veränderten Druckdaten
  • Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kompensation ausgefallener Druckdüsen durch benachbarte Druckdüsen. Dazu wird eine Look-Up-Tabelle erstellt, welche die Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 1 in Abhängigkeit zur Flächendichte enthält. Dies geschieht in einem ersten, vorbereitenden Verfahrensschritt der einmalig für eine spezifische Materialkombination ausgeführt wird. Dabei wird eine Testform mit verschiedenen Farbdichten gedruckt, wobei in den Farbdichten künstlich eingebrachte Missing Nozzles Fehler vorkommen, die mit unterschiedlicher Kompensationsstärke korrigiert wurden. Die Testform wird für die zuvor beschriebene Materialkombination gedruckt, dann wird visuell entschieden bei welcher Kompensationsstärke für jede Farbdichte die beste Kompensationswirkung erzielt wird. Diese ist optimal, wenn weder ein heller noch ein dunkler Strich erkennbar ist. Die Auswertung kann auch mit Hilfe einer Kamera mit angeschlossener Bildverarbeitung ausgeführt werden. Die ermittelten Werte werden in eine für die Materialkombination spezifische Look-Up-Tabelle (LUT) gespeichert
  • Tritt ein Missing Nozzle Fehler im Betrieb der Inkjet-Druckmaschine auf, so wird der Korrekturmodus aktiviert. Da erfahrungsgemäß im praktischen Einsatz fast immer einige Düsen ausgefallen sind, ist dieser Korrekturmodus der Standardeinsatzmodus der Druckmaschine. Zur Korrektur einer oder mehrerer ausgefallener wird der zu kompensierende Solltropfen, aus den Druckdaten ausgelesen. Dabei ist der Solltropfen derjenige Tropfen, welcher aus der ausgefallenen Druckdüse hätte abgegeben werden sollen. Ist links oder rechts neben dem Tropfen kein Tropfen gesetzt, wird der zu druckende Tropfen dorthin platziert und der nächste bearbeitet. Dadurch werden pixelbreite Strukturen lediglich verschoben und nicht verschluckt oder unscharf abgebildet, da falls beide benachbarte Pixel nicht gesetzt sind, keine Kompensation über die benachbarten Druckdüsen möglich ist. Sind beide Nachbarpixel belegt, wird zunächst die lokale Flächendichte berechnet. Mit der berechneten lokalen Flächendichte wird die Kompensationswahrscheinlichkeit aus der oben beschriebenen LUT geladen. Hier kann auf den am nächsten gelegenen Wert in der LUT zugegriffen werden oder ggf. linear interpoliert werden. Im nächsten Schritt werden sowohl für das Pixel links und das Pixel rechts neben dem zu kompensierenden Pixel eine pseudo Zufallszahl R im Wertebereich zwischen 0 und 1 berechnet. Ist die Zufallszahl kleiner als die aus der LUT geladene Kompensationswahrscheinlichkeit wird die Tropfengröße um eine Stufe vergrößert. Der so eingebrachte Zufallsfaktor ist notwendig, da bei einem Inkjetdruckverfahren Flächen rasterförmig bedruckt werden. So sind z.B. bei einem Druck einer grauen Fläche mit Farbdichte 50%, jeweils die Hälfte der schwarzen Tropfen der Fläche gesetzt, da die Fläche mittels schwarzer Tinte und nicht mit einer „grauen Tinte“ erzeugt wird. Fällt in dieser 50%-Fläche eine Düse aus, so muss die Kompensation durch vergrößerte benachbarte Tropfen natürlich ebenfalls im Schnitt nur bei 50% der Pixel durchgeführt werden, da andernfalls keine graue Linie zur Kompensation entstünde, sondern eine schwarze Linie – welche genauso unerwünscht wie eine weiße Linie (entstanden durch Ausfall der Druckdüse) ist. Durch die Zufallszahl wird dies ermöglicht. Die aus der LUT geladene Zahl ist in genanntem Beispiel 0,5. Die Zufallszahl wird in der Hälfte aller Fälle kleiner als 0,5 sein. Anschließend wird der Prozess für die nächste Bildzeile ausgeführt.
  • Vorteil dieses Verfahrens ist einerseits gegenüber bekannten Kompensationsverfahren mit redundanten Drucksystemen, bzw. -düsen der Wegfall eben dieser teuren Redundanz, andererseits gegenüberüber Kompensationsverfahren mit andersfarbiger Tinte an gleicher Stelle, besonders die Einsatzmöglichkeit beim Einfarbendruck. Beim Mehrfarbendruck ist zudem das Ergebnis hinsichtlich Zielfarbdichte genauer. Weiterhin hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass auf die Substratabhängigkeit der Kompensation flexibel eingegangen werden kann. Die Stärke der Kompensation ist für jede Farbdichte steuerbar, wodurch Über- und Unterkompensation vermieden werden kann. Das Ergebnis der Kompensation besteht aus zufälligen Strukturen, dies verbessert sie Bildqualität, da das menschliche Auge sehr empfindlich auf regelmäßigen Strukturen reagiert. Ein weiterer Vorteil liegt in der Umsetzbarkeit als letzter Schritt innerhalb der Bildverarbeitungskette, dadurch kann flexibel auf neue ausfallende Düsen reagiert werden, ebenfalls ist auch das oft vorkommende verschieben der Ausgabebilder quer zur Druckrichtung möglich, ohne dass der Druck für eine Neuberechnung angehalten werden muss. Das Verfahren ist unabhängig von der Art, wie die Fehlfunktion der Düsen detektiert wird.
  • Vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung mit den zugehörigen Zeichnungen.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass als Tropfengröße Werte zwischen 1 und n möglich sind und die rechts und links vom zu kompensierenden Pixel benachbarten Pixel, abhängig von der jeweils zugehörigen Pseudo-Zufallszahl für dieses Pixel um die nächstgrößere Tropfengröße erhöht werden. Je nach Verwendung des Druckkopfes kann dieser Solltropfen mit einer bestimmten Anzahl von Tröpfchengrößen erzeugen. Je mehr Größen dies sind, desto mehr Abstufungen sind im erfindungsgemäßen Verfahren zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen durch die Solltropfen der Nachbarpixel möglich.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Look-Up-Table Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 2 oder höher beinhaltet, die Pseudo-Zufallszahl für das jeweilige Pixel entsprechend zwischen 0 und 2 liegt und damit eine Erhöhung der Tropfengröße zur Kompensation um 2 oder mehr möglich ist. Wenn Kompensationswahrscheinlichkeiten höher als 1 benutzt werden, wird damit auch die Verwendung mehrerer Erhöhungsstufen der benachbarten Tropfen, bzw. Druckdüsen möglich. Dafür werden entsprechend Zufallszahlen zwischen 0 und 2 verwendet. In diesem Fall ist die Kompensation genauer, da durch verschiedene Kompensationsgrößen eine effizientere Regelung möglich ist.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Materialkombination alle, die Druckausgabequalität bestimmenden, Parameter enthält, insbesondere das Substrat, die Tinte, das Auftragsverfahren, die Auflösung, die Trocknungsparameter sowie den Rasterprozess. Da jeder dieser Parameter das Druckergebnis beeinflussen kann, müssen alle Parameter der Kombination berücksichtigt werden. Außerdem ist die LUT nur für die Materialkombination, mit welcher die zur Berechnung benutzte Testform gedruckt wurde, gültig.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung ist dabei, dass die Testform aus einem Farbdichtekeil mit verschiedenen Farbdichten besteht, in welche simulierte Fehler ausgefallener Druckdüsen eingebracht wurden. Der Farbdichtekeil enthält mehrere Farbdichten, in die jeweils quer zum Verlauf der Farbdichten künstliche Missing Nozzle Fehler eingebracht wurden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgebenden Verfahrens ist dabei, dass der zu kompensierende Solltropfen jeweils nach rechts oder links auf die Stelle des benachbarten Pixels platziert wird, falls auf dieses benachbarte Pixel kein Tropfen gesetzt ist. Ist das Pixel rechts und/oder links der ausgefallenen Druckdüse nicht gesetzt, kann die ausgefallene Druckdüse nicht durch ihre benachbarten Düsen ersetzt werden, da diese keinen Solltropfen haben, der zur Kompensation vergrößert werden könnte. Daher wird in diesem Fall der Solltropfen, also das Pixel der ausgefallenen Düse, einfach um ein Pixel nach rechts oder links verschoben. Eine Verschiebung des Pixels um eine Pixelbreite, ist bei entsprechend hoher Pixelauflösung kein Problem, da für das menschliche Auge kaum wahrnehmbar.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgebenden Verfahrens ist dabei, dass die Berechnung der lokalen Flächendichte über ein Raster von 5×5 Pixeln geschieht. Die notwendige Berechnung der lokalen Flächendichte wird über ein 5×5 Raster der umgebenden Pixel durchgeführt.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist dabei, dass die Summe der Tropfengrößen in den 5×1 Zeilen des Pixel-Rasters in einen Ringspeicher abgelegt wird und die Berechnung der lokalen Flächendichte mittels der Summer der Elemente des Ringspeichers geschieht. Da die Kompensation einer ausgefallenen Düse für eine ganze Spalte durchzuführen ist, kann die Berechnung der lokalen Flächendichte optimiert werden. Dafür werden die 5×1 Zeilensummen in einem 5 Elemente großen Ringpuffer gespeichert, zur Berechnung der lokalen Farbdichte wird dann mit der Summe der Elemente des Ringpuffers gearbeitete, diese entspricht der Summe über alle Pixel der 5×5 Matrix. Mit diesem Schritt wird sowohl die Anzahl der Rechenschritte, als auch der der Speicherzugriffe minimiert.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass bei mehrfarbigem Druck das Verfahren für den Druckkopf jeder Farbe unabhängig angewandt wird. Falls ein mehrfarbiger Druck durchgeführt wird, so ist das erfindungsgemäße Verfahren für alle beteiligten Druckköpfe aller Farben durchzuführen. Da die Ausfallverteilung der Druckdüsen an jedem Druckkopf anders ist, sind die Verfahren unabhängig voneinander. Für jede Farbe ist somit auch eine Testform zu bearbeiten und eine entsprechende LUT zu erstellen.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass das Verfahren während der Rasterung durch den Workflow-Steuerungsrechner oder in der Druckmaschine durch den lokalen Steuerungsrechner der Druckmaschine durchgeführt wird. Die beschriebene Methode lässt sich sowohl innerhalb des Bildvorverarbeitungs-Workflows – also im Rasterprozessors – als auch innerhalb der Druckmaschine selbst in der Ansteuerungseinheit der Druckdüsen umsetzten. Die Umsetzung innerhalb der Druckmaschine (Bebilderungseinheit) hat den Vorteil, dass flexibel auf die Veränderung des Düsenzustandes eines Druckkopfs reagiert werden kann. Des Weiteren kann auch bei Anwendung einer digitalen Querregisterverstellung in der Druckmaschine die Kompensationskorrektur innerhalb der Druckmaschine sofort auf die Registerveränderung reagieren. Die Kompensation ist somit der letzte Bearbeitungsschritt vor der Generierung der Spannungsverläufe zur Ansteuerung der Druckdüsen. Die Druckdaten können so in Echtzeit modifiziert werden und müssen nicht gespeichert werden.
  • Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei, dass die Berechnung und Durchführung der Kompensation vom Steuerungsrechner der Druckmaschine automatisiert durchgeführt wird.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Bestandteil einer Druckmaschinensteuerung und lässt sich nur im Rahmen einer automatisierten Durchführung durch einen internen oder externen Steuerungsrechner sinnvoll durchführen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sowie funktionell vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Zeichnungen zeigen:
  • 1: ein Beispiel einer Inkjet-Rollendruckmaschine
  • 2: ein Beispiel eines Fehlerbildes verursacht durch einen Druckdüsenausfall
  • 3: Aufbau des verwendeten Druckmaschinensystems
  • 4: ein Beispiel einer Testform zur Erstellung der LUT
  • 5: den Ablauf zur Vorbereitung des erfindungsgemäßen Verfahrens
  • 6: den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kompensation eines Druckdüsenausfalls
  • 7: Beispiel einer Kompensation mit einer Tropfengröße
  • 8: Beispiel einer Kompensation mit zwei Tropfengrößen
  • 9: Druckergebnisse mit verschiedenen Kompensationswahrscheinlichkeiten
  • Anwendungsgebiet ist in der bevorzugten Ausführungsvariante eine Inkjet-Druckmaschine 1. Ein Beispiel für den Aufbau einer solchen Maschine 1 ist in 1 dargestellt. Beim Betrieb dieser Druckmaschine 1 kann es, wie bereits einleitend beschrieben, zu Ausfällen einzelner Druckdüsen in den Druckköpfen 7 im Druckwerk 6 kommen. Folge sind dann White Lines 13, bzw. im Falle eines mehrfarbigen Drucks, verzerrte Farbwerte. Ein Beispiel einer solchen White Line 13 ist in 2 dargestellt.
  • Da eine manuelle Durchführung des beschriebenen Verfahrens durch einen Anwender ineffizient wäre, wird die Durchführung automatisiert vom Steuerungsrechner 14 der Inkjet-Druckmaschine 1 durchgeführt. 3 zeigt den beispielhaften Aufbau eines solchen Systems. Das automatisierte Verfahren ist dabei in den Workflow der Druckmaschine 1 integriert. Die Konfiguration des Steuerungsrechners 15 hinsichtlich einzelner Verfahrensschritte kann dabei im Bedarfsfall vom Anwender manuell korrigiert werden.
  • Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kompensation ausgefallener Druckdüsen ist es die Kompensation durch benachbarte Druckdüsen. Dieser Ansatz ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, neu ist jedoch die Benutzung einer Look Up Tabelle 17 mit den zugehörigen Kompensationswahrscheinlichkeiten und deren Berechnung mittels eines Farbdichtekeils mit verschiedenen Farbdichten und künstlich eingebrachten Missing Nozzle Fehlern.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Das Verfahren wird für eine einzelne Farbe beschrieben, bei mehrfarbigem Druck wird es für jede Farbe unabhängig angewendet. Zur Beschreibung des Verfahrens wird davon ausgegangen, dass der Druckkopf 7 drei unterschiedlich große Drucktropfen (1, 2, 3) erzeugen kann, wobei 1 der kleinste Tropfen und 3 der größte Tropfen ist. Ein Wert von 0 dagegen bedeutet, dass der Solltropfen 18 nicht gesetzt ist, bzw. die die entsprechende Druckdüse ausgefallen ist. Erfindungsgemäß kann es allerdings auf beliebig viele Tröpfchen Größen angewendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus einem Vorbereitungsschritt, der einmalig für eine spezifische Materialkombination ausgeführt werden muss. Mit Materialkombination sind alle, die Druckausgabequalität bestimmenden Stoffe und Methoden gemeint, zu ihnen zählen unter anderen das Substrat auf das gedruckt wird, die verwendete Tinte, das Auftragsverfahren (Waveform, Tröpfchen Größen etc.), die Auflösung, die Trocknungsparameter soweit sie das Spreizungsverhalten der Tinte beeinflussen, der verwendetet Rasterprozess usw.. Der Vorbereitungsschritt besteht aus den in 5 dargestellten Schritten. Eine spezielle Testform 16, welche in 4 beschrieben ist, beinhaltet einen Farbdichtekeil 22, der z.B. aus 10 Farbdichten D auf gebaut ist. Quer zum Verlauf der Farbdichten sind Kompensationen künstlich eingebrachter Missing Nozzle Fehler 13, die mit unterschiedlicher Kompensationswahrscheinlichkeit P durchgeführt wurden. Diese Testform 16 wird für die zuvor beschriebene Materialkombination gedruckt, dann wird visuell entschieden bei welcher Kompensationswahrscheinlichkeit P für jede Farbdichte D die beste Kompensationswirkung erzielt wird. Die Kompensationswirkung ist optimal wenn weder ein heller noch ein dunkler Strich erkennbar ist. Die Auswertung kann auch mit Hilfe einer Kamera mit angeschlossener Bildverarbeitung ausgeführt werden. Die ermittelten Werte werden in eine für die Materialkombination spezifische LUT 17 gespeichert.
  • Zur Korrektur einer oder mehrerer ausgefallener Düsen werden die Verarbeitungsschritte entsprechend 6 durchgeführt. Zunächst wird der zu kompensierende Solltropfen 19 (MN) aus den Druckdaten ausgelesen. Ist links (MN_x – 1) oder rechts (MN_x + 1) neben dem Tropfen 19 kein Tropfen gesetzt, wird der zu druckende Tropfen 19 dorthin platziert und der nächste bearbeitet. Dadurch werden ein-pixelbreite Strukturen lediglich verschoben und nicht verschluckt oder unscharf abgebildet. Sind beide Nachbarpixel 20, 21 belegt, wird zunächst die lokale Flächendichte D 18 entsprechend folgender Formel berechnet, wobei ΣTropfen die Summe aller Tropfengrößen (0–3) und maxTropfen die maximale Tropfengröße beschreibt: D = ΣTropfen / 25 × maxTropfen × 100%
  • Vorzugsweise wird die lokale Flächendichte 18 über ein 5×5 Raster gebildet. Da die Kompensation einer ausgefallenen Düse für eine ganze Spalte durchzuführen ist, kann die Berechnung der lokalen Flächendichte optimiert werden. Dafür werden die 5×1 Zeilensummen in einem 5 Elemente großen Ringpuffer gespeichert, zur Berechnung der lokalen Flächendichte 18 wird dann mit der Summe der Elemente des Ringpuffers gearbeitete, diese entspricht der Summe über alle Pixel der 5×5 Matrix. Mit diesem Schritt wird sowohl die Anzahl der Rechenschritte als auch der der Speicherzugriffe minimiert. Mit der berechneten lokalen Flächendichte wird die Kompensationswahrscheinlichkeit P aus der oben beschriebenen LUT 17 geladen. Hier kann auf den am nächsten gelegenen Wert in der LUT 17 zugegriffen werden oder ggf. linear interpoliert werden.
  • Im nächsten Schritt werden sowohl für das Pixel links und das Pixel rechts neben dem zu kompensierenden Pixel eine pseudo Zufallszahl R im Wertebereich zwischen 0 und 1 berechnet. Ist die Zufallszahl kleiner als die aus der LUT 17 geladene Kompensationswahrscheinlichkeit P, wird die Tropfengröße um eine Stufe vergrößert. Anschließend wird der Prozess für die nächste Bildzeile ausgeführt.
  • In 7 sind mögliche Kombinationen von Tropfengrößen schematisch aufgezeigt, die bei einer erhöhten Kompensationstropfengröße von 1 zur Kompensation entstehen können. Eine 1 entspricht dabei der normalen Tropfengröße, eine 2 der erhöhten Kompensationstropfengröße.
  • 8 zeigt schematisch eine Variante der Methode, bei der Werte bis 2 innerhalb der LUT zugelassen sind, damit ist es möglich eine Korrektur mit bis zu zwei Tropfengrößen durchzuführen. Das Verfahren kann auf beliebig viele Tropfengrößen erweitert werden.
  • 9 zeigt die Ergebnisse entlang einer fehlenden Düse für verschiedene Wahrscheinlichkeiten P.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Inkjet-Druckmaschine
    2
    Abwickler
    3
    Druckvorbereitungsstufe
    4
    Flexo-Werk für Weiß-/Vollfläche
    5
    Flexo-Werk für Primer
    6
    Inkjet-Druckwerk
    7
    Inkjet-Druckkopf
    8
    Flexo-Werk für Lack
    9
    Weiterverarbeitungsstufe
    10
    Aufwickler
    11
    Drucksubstrat
    12
    Nutzen
    13
    durch ausgefallene Druckdüse verursachter Bildfehler
    14
    Druckmaschinensteuerung
    15
    Steuerungsrechner
    16
    Testform
    17
    Look-Up-Tabelle
    18
    lokaler Flächengrauwert D
    19
    ausgefallenes Pixel (MN)
    20
    linkes Nachbarpixel (MN_x – 1)
    21
    rechtes Nachbarpixel (MN_x + 1)
    22
    Farbdichtekeil

Claims (9)

  1. Verfahren zur automatisierten Kompensation ausgefallener Druckdüsen in einer Inkjet-Druckmaschine (1) mittels eines Steuerungsrechners (15), die folgenden Schritte umfassend: • Drucken einer Testform (16) für eine bestimmte Materialkombination • Auswerten des Drucks der Testform (16) und Erstellung einer Look-Up-Table (17), bestehend aus Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 1 in Abhängigkeit zur lokalen Flächendichte (18), • Detektion einer ausgefallenen Druckdüse • Auslesen der Größe des zu kompensierenden Solltropfens an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse aus den Druckdaten • Berechnung der lokalen Flächendichte (18) an der Stelle ausgefallenen Druckdüse • Auslesen einer Kompensationswahrscheinlichkeit aus der Look-Up-Table (17) mit der berechneten lokalen Flächendichte (18) • Berechnung einer Pseudo-Zufallszahl zwischen 0 und 1 für das jeweils rechts und links vom zu kompensierenden Pixel (19) benachbarte Pixel (21, 20) • Erhöhung der Tropfengröße für die rechts und links vom zu kompensierenden Pixel (19) benachbarten Pixel (21, 20), falls die jeweils zugehörige Pseudo-Zufallszahl für dieses Pixel (21, 20) geringer als die aus der Look-Up-Table (17) ausgelesene Kompensationswahrscheinlichkeit ist • Berechnung der benachbarten Tropfengrößen für alle zu kompensierenden Solltropfen an der Stelle der ausgefallenen Druckdüse und Anwendung der veränderten Tropfengrößen in den Druckdaten • Durchführung des Druckauftrages mit den veränderten Druckdaten
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Tropfengröße Werte zwischen 1 und n möglich sind und die rechts und links vom zu kompensierenden Pixel (19) benachbarten Pixel (21, 20), abhängig von der jeweils zugehörigen Pseudo-Zufallszahl für dieses Pixel (21, 20) um die nächstgrößere Tropfengröße erhöht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Look-Up-Table (17) Kompensationswahrscheinlichkeiten von 0 bis 2 oder höher beinhaltet, die Pseudo-Zufallszahl für das jeweilige Pixel (20, 21) entsprechend zwischen 0 und 2 liegt und damit eine Erhöhung der Tropfengröße zur Kompensation um 2 oder mehr möglich ist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialkombination alle, die Druckausgabequalität bestimmenden, Parameter enthält, insbesondere das Substrat, die Tinte, das Auftragsverfahren, die Auflösung, die Trocknungsparameter sowie den Rasterprozess. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testform (16) aus einem Farbdichtekeil (22) mit verschiedenen Farbdichten besteht, in welche simulierte Fehler (13) ausgefallener Druckdüsen eingebracht wurden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu kompensierende Solltropfen jeweils nach rechts oder links auf die Stelle des benachbarten Pixels (21, 20) platziert wird, falls auf dieses benachbarte Pixel kein Tropfen gesetzt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der lokalen Flächendichte (18) über ein Raster von 5×5 Pixeln geschieht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Tropfengrößen in den 5×1 Zeilen des Pixel-Rasters in einen Ringspeicher abgelegt werden und die Berechnung der lokalen Flächendichte (18) mittels der Summer der Elemente des Ringspeichers geschieht.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrfarbigem Druck das Verfahren für den Druckkopf (7) jeder Farbe unabhängig angewandt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während der Rasterung durch den Workflow-Steuerungsrechner (15) oder in der Druckmaschine durch den lokalen Steuerungsrechner (14) der Druckmaschine (1) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung und Durchführung der Kompensation vom Steuerungsrechner (14) der Druckmaschine (1) automatisiert durchgeführt wird.
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