DE102016125308A1

DE102016125308A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Druckelementes einer Tintendruckvorrichtung

Info

Publication number: DE102016125308A1
Application number: DE102016125308.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Maier; Wolfgang Hettler; Alexander Kreiter
Original assignee: Oce Holding BV
Current assignee: Canon Production Printing Holding BV
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-06-28
Also published as: US20180178521A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (50) zur Ansteuerung eines Druckelements (20) einer Tintendruckvorrichtung, bei dem ein Nutzdruckbild (30) mit einem virtuellen Auffrischbild, das zufällig angeordnete, virtuelle Auffrischpunkte (47) aufweist, überlagert wird. Das Druckelement (20) wird derart angesteuert, dass bei den virtuellen Auffrischpunkten (47) eine Vibration des Tintenmeniskus (28) des Druckelements (20) ohne Tintenausstoß erfolgt. So kann eine Regeneration des Druckelements (20) bei hoher Druckqualität erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung der Druckelemente einer Tintendruckvorrichtung, insbesondere um ein Austrocknen von Tinte in den Druckelementen der Druckvorrichtung zu verhindern.
Zum ein-oder mehrfarbigen Bedrucken eines Aufzeichnungsträgers können Tintendruckvorrichtungen verwendet werden. Der Aufbau einer solchen Druckvorrichtung ist beispielsweise aus DE 10 2014 106 424 A1 bekannt. Eine solche Druckvorrichtung weist mindestens ein Druckwerk mit mindestens einem Druckriegel pro Druckfarbe auf. Der Druckriegel ist quer zur Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers angeordnet und weist typischerweise mehrere Druckköpfe auf, die eine Vielzahl von Druckelementen mit Düsen besitzen, um aus den Düsen Tintentropfen auszustoßen. Zum Druck einer Zeile quer zur Druckrichtung ist jede Düse einem anderen Bildpunkt der Zeile zugeordnet. In Längsrichtung drucken die Düsen zeitlich nacheinander die Tintentropfen auf den Aufzeichnungsträger, um jeweils Spalten eines Druckbildes auf den Aufzeichnungsträger zu drucken. Je höher die Druckauflösung quer zur Transportrichtung ist, desto mehr Düsen sind in den Druckriegeln oder den Druckköpfen angeordnet.
Während des Druckbetriebs darf die Viskosität der Tinte innerhalb einer Druckeinheit nicht zu sehr ansteigen, da ansonsten die Gefahr des Austrocknens der Tinte besteht, so dass die Düse der Druckeinheit zumindest teilweise verstopft und damit ein Tintentropfen nicht mehr sauber ausgestoßen werden kann und/oder aufgrund von hindernden Tintenresten seine gewünschte Ausstoßrichtung verändert wird, so dass der Tropfen an einer von der Sollposition abweichenden Position auf den Aufzeichnungsträger auftrifft.
Aus dem Dokument US 5,659,342 A ist eine Tintendruckvorrichtung bekannt, bei der die Gefahr des zu starken Ansteigens der Viskosität der Tinte in den Druckeinheiten einer Tintendruckvorrichtung durch Auffrischtropfen (auf Englisch „Random Dots“ oder „Refresh Dots“) gelöst wird, die während des Druckbetriebs in den Bildhintergrund gedruckt werden. Das Ausstoßen von Auffrischtropfen führt dazu, dass auch bei längerem Nichtausstoßen eines Bildtropfens die Tinte im Tintenkanal der Druckeinheiten immer wieder erneuert wird. Dadurch wird dem Druckkopf immer wieder frische Tinte aus dem Tintenvorratsbehälter zugeführt und die Gefahr des Eintrocknens der Tinte am Düsenausgang einer Druckeinheit wird verringert. Andererseits können die Auffrischtropfen von einem Betrachter als störender, sichtbarer Hintergrund eines Druckbildes wahrgenommen werden. Des Weiteren können Auffrischtropfen in Sondersituationen, wie z.B. in einer Druckpause, nicht gedruckt werden, so dass das Ansteigen der Viskosität der Tinte in solchen Sondersituationen nicht zuverlässig unterbunden werden kann.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, durch das die Viskosität der Tinte in einem Druckkopf in zuverlässiger und ressourceneffizienter Weise bei Bereitstellung einer hohen Druckqualität auf einem niedrigen Niveau gehalten werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines ersten Druckelements einer Tintendruckvorrichtung für das Drucken einer ersten Spalte eines Nutzdruckbildes auf einen Aufzeichnungsträger beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Druckdaten, die das zu druckende Nutzdruckbild mit ein oder mehreren einzufärbenden Bildpunkten anzeigen. Dabei sind die ein oder mehreren Bildpunkte an entsprechenden ein oder mehreren Matrixpunkten einer Druckmatrix angeordnet, wobei die Druckmatrix eine Vielzahl von Zeilen und eine Vielzahl von Spalten umfasst. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln von virtuellen Auffrischdaten, die ein virtuelles Auffrischbild mit Auffrischpunkten anzeigen, wobei die Auffrischpunkte gemäß einem Zufallsalgorithmus an den Matrixpunkten der Druckmatrix positioniert sind. Das Verfahren umfasst ferner das Ansteuern des ersten Druckelements in Abhängigkeit von den virtuellen Auffrischdaten und in Abhängigkeit von den Druckdaten für die erste Spalte der Druckmatrix. Das erste Druckelement wird an einem Matrixpunkt der ersten Spalte der Druckmatrix mit einer Ausstoßwellenform zum Ausstoß eines Tintentropfens angesteuert, wenn die Druckdaten einen Bildpunkt anzeigen. Alternativ oder ergänzend wird das erste Druckelement an einem Matrixpunkt der ersten Spalte der Druckmatrix mit einer Vibrationswellenform zur Vibration eines Tintenmeniskus des ersten Druckelements ohne Tintenausstoß angesteuert, wenn die virtuellen Auffrischdaten einen Auffrischpunkt anzeigen.
Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:

1 ein beispielhaftes Tintendruckwerk einer Tintendruckvorrichtung,
2 eine Schnittdarstellung eines Druckelements des Tintendruckwerks,
3 eine beispielhafte Überlagerung eines Nutzdruckbildes und eines Auffrischdruckbildes,
4 eine Druckmatrix zur Ansteuerung der Druckelemente eines Tintendruckwerks, und
5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ansteuerung eines Druckelements einer Tintendruckvorrichtung.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Steuerung der Druckelemente einer Tintendruckvorrichtung, um in ressourceneffizienter Weise und bei hoher Druckqualität ein Austrocknen von Tinte zu unterbinden.
In 1 ist ein Druckwerk 10 einer Tintendruckvorrichtung dargestellt (wie beispielsweise in DE 10 2014 106 424 A1 bzw. in US 9,302,474 B2 beschrieben, die durch Bezugnahme Teil der Offenbarung des vorliegenden Dokuments sein sollen). Ein solches Druckwerk 10 weist pro Farbe mindestens einen Druckriegel 11 mit einem oder mehreren Druckköpfen auf, die quer zur Transportrichtung (durch entsprechende Pfeile in der 1 dargestellt) eines Aufzeichnungsträgers 12 angeordnet sind. Durch Druckelemente der ein oder mehreren Druckköpfe kann der Aufzeichnungsträger 12 zeilenweise mit den gewünschten Flüssigkeiten, insbesondere mit Tinte, bedruckt werden.
Für einen Farbdruck werden typischerweise Druckriegel 11 für vier Grundfarben verwendet, und zwar YMCK (Gelb=Y, Magenta=M, Cyan=C und Schwarz = K) oder RBG (Rot, Blau, Gelb sowie Schwarz). Darüber hinaus können noch für weitere spezifische Farben oder Sondertinten, wie z.B. MICR-Tinte (Magnetic Ink Character Recognition, d.h. magnetisch lesbare Tinte), ein oder mehrere Druckriegel 11' vorhanden sein. Ebenso ist es möglich, dass transparente Spezialflüssigkeiten, wie Primer oder Trocknungsverbesserer, vor oder nach dem Drucken eines Druckbildes mit einem eigenen Druckriegel 11" digital aufgetragen werden, um die Druckqualität und/oder das Haften der Tinte auf dem Aufzeichnungsträger 12 zu verbessern.
Jede Flüssigkeit bzw. Tinte wird mit zumindest einem Druckriegel 11, 11' oder 11" gedruckt. Mit einem Druckriegel 11 kann dabei zeilenbreit gedruckt werden. Für jede Druckposition (auch als Bildpunkt, Pixel oder Dot bezeichnet) innerhalb einer Druckzeile 21 ist zumindest ein Druckelement 20 (siehe 2) vorgesehen. Je nach gewünschter Auflösung und Druckbreite sind dann entsprechend viele Druckelemente 20 für eine Druckzeile 21 vorhanden.
Ein bahnförmiger Aufzeichnungsträger 12 wird z.B. über eine Einzugswalze 13 und mehrere Umlenkwalzen 14 unter den Druckriegeln 11 mit den Druckelementen 20 vorbeigeführt. Über eine Druckkopfsteuerung 15 werden die einzelnen Druckelemente 20 entsprechend den Druckdaten mit Steuersignalen angesteuert, um Tintentropfen 26 auf entsprechenden Bildpositionen des Aufzeichnungsträgers 12 auszustoßen.
Der Aufzeichnungsträger 12 wird mit einer vorgegebenen und ggf. regelbaren Bahnspannung durch das Druckwerk 10 geführt, so dass die einzelnen Tintentropfen 26 jeweils exakt auf die gewünschte Druckposition auf dem Aufzeichnungsträger 12 gedruckt werden können. Mit einer Abzugswalze 16 wird der Aufzeichnungsträger 12 weiter zu einer nicht dargestellten Trocknung und gegebenenfalls zu einem nachfolgenden Druckwerk 10 geführt, in dem dann die Rückseite des Aufzeichnungsträgers 12 bedruckt werden kann.
In der 2 ist ein einzelnes Druckelement 20 eines Druckkopfes dargestellt. Das Druckelement 20 weist eine Tintenkammer 22 auf, die über eine Tintenzufuhr 23 mit Tinte befüllt wird oder nachgefüllt wird. Über eine Düse 24 mit einem Düsenkanal 25 kann ein Tropfen 26 ausgestoßen werden. Zum Erzeugen eines Tropfens 26 ist ein Aktor 27 in der Tintenkammer 22 oder in dem Düsenkanal 25 angeordnet. Der Aktor 27 wird von einer Aktorsteuerung 29 abhängig von den Druckdaten angesteuert und sorgt dafür, dass die Tinte in der Tintenkammer 22 unter mechanischen Druck gesetzt wird, wodurch Tinte aus der Düse 24 gepresst wird.
Wird ein Piezoelement als Aktor 27 verwendet, so dehnt sich das Piezoelement aus (siehe Doppelpfeil und gestrichelte Line in 2), sobald es entsprechend angesteuert wird und setzt dabei die Tinte unter Druck, so dass die Tinte über die Düse 24 „entweichen“ kann. Falls ein thermischer Aktor (Heizelement) verwendet wird, so wird über Hitze explosionsartig eine Dampfblase im Düsenkanal 25 erzeugt, die durch ihren Druck einen Tintentropfen 26 aus der Düse 24 presst.
Das Steuersignal für einen Aktor 27 ist typischerweise eine Wellenform, die dafür sorgt, dass sich der Aktor 27 ggf. mehrfach kurzzeitig ausgedehnt und wieder zusammenzieht. Durch dieses wechselnde Unterdruck-/Überdrucksetzen der Tinte wird die Tinte in Schwingung versetzt, infolgedessen Tropfen 26 aus der Düse 24 gepresst werden können. Je nach Wellenform (z.B. je nach Frequenz, Amplitude, Anstiegs- oder Abfallzeit eines Impulses, Impuls-Pausen-Verhältnisse bei Mehrfachimpulsen, etc.) können die Tropfen 26 unterschiedlich groß oder schnell aus der Düse 24 ausgestoßen werden. Bei relativ kleiner Amplitude, bei relativ hoher Frequenz der Schwingungen der Wellenform und/oder bei relativ kurzen Impulsen kann ggf. nur eine Vibration des Tintenmeniskus 28 am Ausgang des Düsenkanals 25 erzeugt werden, ohne dass sich ein Tintentropfen 26 löst. Somit können durch unterschiedliche Charakteristiken bzw. Eigenschaften der Wellenform unterschiedlich ausgebildete Tropfen 26 und/oder Vibration eines Tintenmeniskus 28 am Ausgang des Düsenkanals 25 bewirkt werden. Eine Wellenform, durch die ein Tintenausstoß bewirkt wird, kann als Ausstoßwellenform und eine Wellenform, durch die nur eine Vibration des Tintenmeniskus 28 ohne Tintenausstoß bewirkt wird, kann als Vibrationswellenform bezeichnet werden.
Die Wellenform, mit der der Aktor 27 angesteuert wird, beeinflusst somit die Größe und Ausbildung eines Tintentropfens 26. Je nach Charakteristik der Wellenform können unterschiedliche Tintentropfengrößen ausgestoßen werden. Typischerweise werden bei Hochgeschwindigkeitsdruckern mit hoher Druckqualität, abhängig von den Druckdaten, Tropfen 26 mit unterschiedlichen Volumina zwischen 2 und 30 pl erzeugt. Durch eine Vibrationswellenform wird lediglich der Tintenmeniskus 28 am Düsenausgang in Vibration versetzet, ohne dass sich ein Tropfen 26 löst. Dadurch wird die Tinte im Düsenkanal 25 mitvibriert und vermischt sich mit frischer Tinte aus der Tintenkammer 22. Als Folge daraus wird die Viskosität der Tinte am Düsenausgang verringert, sodass die Gefahr eines Austrocknens am Düsenausgang verringert wird.
Im Druckbetrieb wird normalerweise ein Nutzdruckbild 30 (siehe 3) entsprechend den gewünschten Druckdaten gedruckt. Dabei wird das Nutzdruckbild 30 zeilenweise mit den Druckelementen 20 eines Druckwerks 10 gedruckt. Durch die einzelnen Druckelemente 20 werden Tintentropfen 26 ausgestoßen, die dann als Bildpunkte auf den Aufzeichnungsträger 12 aufgebracht werden.
Ein Nutzdruckbild 30 ist typischerweise matrixförmig aufgebaut, bestehend aus n Zeilen 21 und m Spalten 32. Jede Spalte 32 wird jeweils von einem anderen Druckelement 20 bedruckt. Dies geschieht bei einem Vollflächendruck mit einem Zeilentakt. Somit kann in einer Zeile 21 ein Druckelement 20 nicht doppelt drucken, sondern nur maximal ein einziges Mal.
Typischerweise ist ein Nutzdruckbild 30 nicht vollflächig bedruckt, sondern weist eine bestimmte Bedeckungsdichte, d.h. einen bestimmten Anteil der Oberfläche, der von Bildpunkten einer Farbe bedeckt wird, auf. Dies wird auch als Flächendeckungsgrad bezeichnet. Der Flächendeckungsgrad drückt das Verhältnis der bedruckten Fläche eines Druckbildes 30 zur Gesamtfläche des Druckbildes 30 in Prozent aus. Beispielsweise beträgt der Flächendeckungsgrad bei Dokumenten mit Schrift und Grafik etwa 5%. Somit sind in einem solchen Fall viele Druckelemente 20 eines Druckwerks 10 die meiste Zeit inaktiv. In 3 ist als Nutzdruckbild 30 beispielhaft der Buchstabe „K“ dargestellt, der auf einen Ausschnitt des Aufzeichnungsträgers 12 gedruckt wird. Für den Druck eines solchen Nutzdruckbildes 30 sind die Druckelemente 20 eines Druckwerks 10 für einen substantiellen Anteil der Druckzeit inaktiv.
Wenn eine bestimmte Zeit lang kein Tropfen 26 aus einer Düse 24 eines Druckelements 20 ausgestoßen wird, so besteht die Gefahr, dass die Tinte in dieser Düse 24 eintrocknet und sich somit die Viskosität der Tinte erhöht. Mit Erhöhen der Viskosität verändert sich das Ausstoßverhalten eines Tropfens 26 bis hin zum kompletten Verschließen der Düse 24 durch eingetrocknete Tinte, was einem Totalausfall der Düse 24 entspricht. Dies macht sich dann in der Druckqualität bemerkbar. Der Totalausfall einer Düse 24 ist z.B. in einem Nutzdruckbild 30 als heller Streifen in einer ansonsten vollflächig gedruckten Fläche sichtbar.
Um die Gefahr der Eintrocknung der Düsen 24 eines Druckwerks 10 zu verringern, können Auffrischtropfen nach einem Zufallsalgorithmus in den Hintergrund eines Nutzdruckbildes 30 gedruckt werden. Die gedruckten Auffrischbildpunkte 33 (siehe 3) können derart zufällig verteilt werden, dass sich ein Auffrischdruckbild 34 ergibt, das das eigentliche Nutzdruckbild 30 qualitativ möglichst wenig beeinträchtigt, d.h. den optischen Eindruck des Druckbildes 30 möglichst wenig stört. Zu diesem Zweck können z.B. die Größen/Volumen der Auffrischtropfen und/oder die Gesamtanzahl der Auffrischtropfen pro Nutzdruckbild 30 eingestellt werden.
Die Positionen der Auffrischbildpunkte 33 auf dem Aufzeichnungsträger 12, die Gesamtanzahl der Auffrischbildpunkte 33 und/oder die Tropfengrößen oder -volumina der Auffrischtropfen können z.B. von der Beschaffenheit der Tinte (insbesondere in Bezug auf die Viskosität und das Trocknungsverhalten), dem Aufbau des Druckwerks 10, der Ausgestaltung der Druckköpfe und/oder den Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchte abhängen.
Wie in 3 dargestellt kann sich somit das endgültige Druckbild 35 aus einer Überlagerung des eigentlichen Nutzdruckbildes 30 und dem Auffrischdruckbild 34 ergeben. Dabei soll durch das Drucken der Auffrischbildpunkte 33 gewährleistet werden, dass die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuerungen eines Druckelements 20 nicht zu einem Austrocknen der Tinte in dem Druckelement 20 führt. Andererseits wird durch das Drucken der Auffrischbildpunkte 33 der Tintenverbrauch eines Druckwerks 10 erhöht. Des Weiteren kann ein Auffrischdruckbild 34, insbesondere bei einer relativ hohen Dichte an Auffrischbildpunkten 33, die Druckqualität des endgültigen Druckbildes 35 beeinträchtigen.
Um ein Austrocknen der Tinte zu unterbinden und gleichzeitig einen reduzierten Tintenverbrauch und/oder eine hohe Druckqualität zu ermöglichen, kann alternativ oder zusätzlich zu dem Drucken eines Auffrischdruckbildes 34 mit zufällig verteilten Auffrischbildpunkten 33 ein virtuelles Auffrischbild mit virtuellen Auffrischpunkten „gedruckt“ werden. Ein virtuelles Auffrischbild kann dabei analog zu einem Auffrischdruckbild 34 generiert werden. Insbesondere kann für ein zu druckendes Nutzdruckbild 30 eine zufällige Verteilung von virtuellen Auffrischpunkten, d.h. ein Auffrischbild, generiert werden. Dabei kann durch einen Nutzer eine bestimmte Punktdichte der virtuellen Auffrischpunkte festgelegt werden.
Zum „Drucken“ eines virtuellen Auffrischpunktes kann dann ein Druckelement 20 mit einer Virbrationswellenform angesteuert werden, durch die zwar eine Vibration des Tintenmeniskus 28 der Düse 24 des Druckelement 20 bewirkt wird, durch die aber kein Tintenausstoß bewirkt wird. Die Auffrischpunkte bewirken somit eine Reduzierung der Viskosität der Tinte eines Druckelements 20 ohne dabei die Druckqualität eines zu druckenden Nutzdruckbildes 30 zu beeinträchtigen.
Es können somit zusätzlich oder alternativ zu realen, gedruckten Auffrischbildpunkten 33 virtuelle, zufällig verteilte, Auffrischpunkte verwendet werden, die nicht auf einen Aufzeichnungsträger 12 aufgebracht werden. Ein Auffrischbild kann dabei nach dem gleichen Algorithmus generiert werden wie ein Auffrischdruckbild 34. Ein Ausstoßpuls bzw. eine Ausstoßwellenform zum Erzeugen eines Tintentropfens 26 bleibt jedoch bei einem Auffrischpunkt aus. Stattdessen wird ein Vibrationspuls bzw. eine Vibrationswellenform ausgelöst, um den Tintenmeniskus 28 in Vibration zu versetzen ohne dabei jedoch einen Tintenausstoß zu verursachen. Durch die Ansteuerung der Druckelemente 20 gemäß dem Algorithmus zur Erzeugung von Auffrischbildpunkten 33 unter Verwendung von Vibrationswellenformen kann bewirkt werden, dass die Tinte in den Druckelementen 20 weitestgehend ihre Viskosität beibehält und somit Druckbildartefakte vermieden werden können.
Um dennoch regelmäßig die Tinte in den Druckelementen 20 auszutauschen, können gegebenenfalls zwischen unterschiedlichen Nutzdruckbildern 30 vollflächige Regenerationsdruckbilder, wie z.B. Refreshlines, d.h. zeilenförmige Regenerationsdruckbilder, gedruckt werden.
Ein virtuelle Auffrischbild kann auch in einem Sonder-Betriebsmodus einer Druckvorrichtung, wie z.B. bei einem Rampendruck, bei dem die Druckgeschwindigkeit kontinuierlich hoch- oder heruntergefahren wird, oder bei einem relativ langsamen Druck, oder in einer Druckpause, generiert und „gedruckt“ werden. Dabei können zusätzlich zu dem Drucktakt bzw. Zeilentakt, der direkt von der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 12 abgeleitet wird, die Druckelemente 20 mit einem virtuellen Takt angesteuert werden. Der virtuelle Takt kann z.B. dem Drucktakt bzw. dem Zeilentakt entsprechen, der bei einer Standard- oder Maximal-Prozessgeschwindigkeit der Druckvorrichtung generiert wird. Die Ansteuerung der Druckelemente 20 zum „Drucken“ der virtuellen Auffrischpunkte kann dann in Abhängigkeit von dem virtuellen Takt erfolgen. So kann gewährleistet werden, dass auch in unterschiedlichen Betriebsmodi die Druckelemente 20 eines Druckwerks 10 in gleichmäßiger Weise aufgefrischt bzw. regeneriert werden.
Ein Druckelement 20 kann somit in Abhängigkeit von den Druckdaten angesteuert werden, um die Bildpunkte eines Nutzdruckbildes 30 zu drucken. Die Ansteuerung auf Basis der Druckdaten kann mit dem Zeilentakt erfolgen, der von der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 12 abhängt. Die Druckdaten zeigen für jeden Bildpunkt des Nutzdruckbildes 30 an, ob einen Tintentropfen 26 ausgestoßen werden soll und ggf. die Tropfengröße des auszustoßenden Tintentropfens 26. Für jeden in den Druckdaten angezeigten Bildpunkt erfolgt dann die Ansteuerung der Druckelemente 20 mit einer Ausstoßwellenform.
Des Weiteren kann das Druckelement 20 in Abhängigkeit von virtuellen Auffrischdaten angesteuert werden, wobei die Auffrischdaten ein virtuelles Auffrischbild anzeigen. Die Ansteuerung auf Basis der virtuellen Auffrischdaten kann mit einem virtuellen Takt erfolgen, der unabhängig von der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 12 sein kann. Die virtuellen Auffrischdaten zeigen für jeden Punkt eines virtuellen Auffrischbildes an, ob das Druckelement 20 mit einer Vibrationswellenform angesteuert werden soll oder nicht.
4 veranschaulicht eine Druckmatrix 40 mit einzelnen Matrixpunkten 45. Die Druckmatrix 40 umfasst eine Vielzahl von Zeilen 21, die quer zu der Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 12 verlaufen, und eine Vielzahl von Spalten 32 (in 4 als A, B, C, etc. gekennzeichnet), die in Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers 12 angeordnet sind. Jeder Spalte 32 ist genau ein Druckelement 20 eines Druckriegels 11 zugeordnet. Ein Druckelement 20 kann dabei in jeder Zeile 21 genau einmal

a) mit einer Ausstoßwellenform, zum Druck eines Bildpunktes 31, angesteuert werden;
b) mit einer Vibrationswellenform, zum Druck eines Auffrischpunktes 37, angesteuert werden; oder
c) nicht angesteuert werden.

Die Druckdaten und die virtuellen Auffrischdaten umfassen dabei für jeden Matrixpunkt 45 Anweisungen für ein entsprechendes Druckelement 20. Dabei haben die in den Druckdaten angezeigten Anweisungen zum Druck eine Bildpunktes 31 typischerweise Vorrang gegenüber den in den virtuellen Auffrischdaten angezeigten Anweisungen zum Druck eines Auffrischpunktes 37.
Wie in 4 veranschaulicht, kann es sein (insbesondere bei Verwendung einer relativ niedrigen Dichte von Auffrischpunkten 37), dass das Zeitintervall 42 zwischen zwei Matrixpunkten 45, an denen ein Druckelement 20 angesteuert wird, eine bestimmte Maximalzeitdauer überschreitet. Bei Überschreitung der Maximalzeitdauer kann es zu einem Eintrocknen der Tinten in einem Druckelement 20 kommen. Derartige Zeitintervalle 42 können auf Basis der Druckdaten und der virtuellen Auffrischdaten identifiziert werden.
Um ein Austrocknen der Tinte in einem betroffenen Druckelement 20 zu vermeiden, können in einem zu langen Zeitintervall 42 ein oder mehrere Matrixelemente 45 dazu verwendet werden, um das Druckelement 20 zu veranlassen, einen Vibrationszyklus 47 durchzuführen. Mit anderen Worten, es kann zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Ansteuerungen derselben Düse 24 ein Vibrationszyklus durchgeführt werden, wenn das Zeitintervall 42 zwischen den Ansteuerungen eine bestimmte Maximalzeitdauer erreicht oder überschritten hat. Dabei wird der Aktor 27 derart angesteuert, dass der Tintenmeniskus 28 am Düsenausgang in Vibration versetzt wird, ohne dabei einen Tropfen 26 auszustoßen. Bei der Vibration wölbt sich die Oberfläche der Tinte am Düsenausgang in einem durch die Wellenform und die Bewegung des Aktors 27 bestimmten Rhythmus abwechselnd nach außen (konvex) und nach innen (konkav). Ein Vibrationszyklus 47 kann z.B. die Ansteuerung eines Druckelements 20 mit einer Vibrationswellenform umfassen.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 50 zur Ansteuerung eines ersten Druckelements 20 einer Tintendruckvorrichtung. Insbesondere kann das erste Druckelement 20 angesteuert werden, um eine erste Spalte 32 eines Nutzdruckbildes 30 auf einen Aufzeichnungsträger 12 zu drucken. Die Tintendruckvorrichtung kann dabei eine Vielzahl von Druckelementen 20 für die entsprechende Vielzahl von Spalten 32 eines Nutzdruckbildes 30 umfassen. Das Verfahren 50 kann für jede der Vielzahl von Druckelementen 20 ausgeführt werden.
Der Aufzeichnungsträger 12 und die Vielzahl von Druckelementen 20 können in einer Transportrichtung relativ zueinander bewegt werden. Insbesondere kann der Aufzeichnungsträger 12 an den Druckelementen 20 vorbeigeführt werden. Die Vielzahl von Spalten 32 eines Nutzdruckbildes 30 kann dann entlang der Transportrichtung verlaufen und die Vielzahl von Zeilen 21 eines Nutzdruckbildes 30 kann quer zu der Transportrichtung verlaufen. Durch die Vielzahl von Druckelementen 20 können sequentiell Zeilen 21 des Nutzdruckbildes 30 quer zu der Transportrichtung auf den Aufzeichnungsträger 12 gedruckt werden. Andererseits kann durch ein Druckelement 20 der Vielzahl von Druckelementen 20 jeweils genau eine Spalte 32 des Nutzdruckbildes 30 gedruckt werden.
Das Verfahren 50 umfasst das Ermitteln 51 von Druckdaten, die das zu druckende Nutzdruckbild 30 mit ein oder mehreren einzufärbenden Bildpunkten 31 anzeigen. Dabei können die ein oder mehreren Bildpunkte 31 an entsprechenden ein oder mehreren Matrixpunkten 45 einer Druckmatrix 40 angeordnet sein, wobei die Druckmatrix 40 eine Vielzahl von Zeilen 21 und eine Vielzahl von Spalten 32 umfasst. Mit anderen Worten, das Nutzdruckbild 30 kann auf einer Druckmatrix 40 aufgerastert sein, und die Druckdaten können anzeigen, ob an einem Matrix- oder Rasterpunkt 45 ein „nicht-weißer“ Bildpunkt 31 gedruckt werden soll oder nicht. Des Weiteren können die Druckdaten ggf. eine Tropfengröße eines auszustoßenden Tintentropfens 26 anzeigen.
Das Verfahren 50 umfasst ferner das Ermitteln 52 von virtuellen Auffrischdaten, die ein virtuelles Auffrischbild mit Auffrischpunkten 32 anzeigen. Die Auffrischpunkte 32 können auch als virtuelle „Random Dots“ oder virtuelle „Refresh Dots“ bezeichnet werden. Die Auffrischpunkte 32 können gemäß einem Zufallsalgorithmus an den Matrixpunkten 45 der Druckmatrix 40 positioniert sein. Mit anderen Worten, die Auffrischpunkte 32 können zufällig innerhalb der Druckmatrix 40 positioniert sein. Der Zufallsalgorithmus ist dabei typischerweise derart ausgebildet, dass die Auffrischpunkte 32 unabhängig von den Druckdaten für das Nutzdruckbild 30 positioniert werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 50 das Ansteuern 53 des ersten Druckelements 20 in Abhängigkeit von den virtuellen Auffrischdaten und in Abhängigkeit von den Druckdaten für die erste Spalte 32 der Druckmatrix 40. Typischerweise umfassen die Druckdaten und die virtuellen Auffrischdaten Ansteueranweisungen für die Vielzahl von Spalten 32 der Druckmatrix 40 bzw. für die Vielzahl von entsprechenden Druckelementen 20. Die Ansteueranweisungen können z.B. Bitsequenzen (z.B. K Bits pro Matrixpunkt 45, mit K>1) umfassen, die der Druckkopfsteuerung 15 anzeigen, ob und ggf. mit welcher Wellenform der Aktor 27 eines Druckelements 20 an einem jeweiligen Matrixpunkt 45 angesteuert werden soll.
Das erste Druckelement 20 kann an einem Matrixpunkt 45 der ersten Spalte 32 der Druckmatrix 40 mit einer Ausstoßwellenform zum Ausstoß eines Tintentropfens 26 angesteuert werden, wenn die Druckdaten einen Bildpunkt 31 für den Matrixpunk 45 anzeigen. Andererseits kann das erste Druckelement 20 an einem Matrixpunkt 45 der ersten Spalte 32 der Druckmatrix 40 mit einer Vibrationswellenform zur Vibration eines Tintenmeniskus 28 des ersten Druckelements 20 ohne Tintenausstoß angesteuert werden, wenn die virtuellen Auffrischdaten einen Auffrischpunkt 32 für den Matrixpunkt 45 anzeigen. Dabei hat die Ansteuerung mit einer Ausstoßwellenform typischerweise Vorrang gegenüber der Ansteuerung mit einer Vibrationswellenform. Insbesondere haben die Druckdaten typischerweise Vorrang gegenüber den virtuellen Auffrischdaten.
Es wird somit ein Verfahren 50 zur Ansteuerung eines Druckelements 20 einer Tintendruckvorrichtung beschrieben, bei dem ein Nutzdruckbild 30 mit einem virtuellen Auffrischbild, das zufällig angeordnete, virtuelle Auffrischpunkte 47 aufweist, überlagert wird. Das Druckelement 20 wird dabei derart angesteuert, dass für die virtuellen Auffrischpunkten 47 eine Vibration des Tintenmeniskus 28 des Druckelements 20 ohne Tintenausstoß erfolgt. So kann eine Regeneration des Druckelements 20, insbesondere eine Regenration der Tinte in dem Druckelement 20, bei hoher Druckqualität erfolgen.
Das Verfahren 50 kann weiter umfassen, das Ermitteln, auf Basis der Druckdaten und auf Basis der virtuellen Auffrischdaten, eines Zeitintervalls 42 zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuerungen der ersten Druckeinheit 20. Die Ansteuerungen können dabei eine Ansteuerung mit einer Ausstoßwellenform und/oder mit einer Vibrationswellenform umfassen. Das erste Druckelement 20 kann dann in dem Zeitintervall 42 mit einem Vibrationszyklus 47 angesteuert werden, wenn das Zeitintervall 42 eine vordefinierte Maximalzeitdauer überschreitet. Dabei kann die Maximalzeitdauer z.B. von den Trocknungseigenschaften der verwendeten Tinte abhängen. Während des Vibrationszyklus 47 wird dann der Tintenmeniskus 28 des ersten Druckelements 20 ohne Tintenausstoß bewegt. So kann die Regeneration der ersten Druckeinheit 20 weiter verbessert werden. Insbesondere kann durch die kombinierte Verwendung von Druckdaten-abhängigen Ausstoßwellenformen, zufällig generierten Vibrationswellenformen und Ruhezeit-abhängigen Vibrationszyklen eine besonders zuverlässige Regeneration eines Druckelements 20 bewirkt werden, ohne dabei eine Überhitzung des Druckelements 20 aufgrund einer zu häufigen Ansteuerung zu bewirken.
Das Ermitteln 52 von virtuellen Auffrischdaten kann das Ermitteln einer Mengeninformation in Bezug auf eine Dichte und/oder eine Anzahl von Auffrischpunkten 32 innerhalb des virtuellen Auffrischbildes umfassen. Beispielsweise kann die Mengeninformation durch einen Nutzer der Tintendruckvorrichtung vorgegeben werden. Die virtuellen Auffrischdaten können dann in Abhängigkeit von der Mengeninformation ermittelt werden. So kann die Regeneration der Druckelemente 20 einer Tintendruckvorrichtung in flexibler Weise angepasst werden, z.B. an einen bestimmten Tintentyp.
Im Rahmen des Verfahrens 50 können ein Zeilentakt und ein virtueller Takt ermittelt werden. Dabei können der Zeilentakt und der virtuelle Takt unterschiedlich sein. Der Zeilentakt ist typischerweise von der Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 12 abhängig, mit der sich das erste Druckelement 20 und der Aufzeichnungsträger 12 relativ zueinander bewegen. Insbesondere kann der Zeilentakt proportional zu der Transportgeschwindigkeit sein, um das Drucken der Zeilen 21 des Nutzdruckbildes 30 in präziser Weise zu takten. Andererseits kann der virtuelle Takt ggf. unabhängig von der Transportgeschwindigkeit sein. Beispielsweise kann der virtuelle Takt von einem Zeitgeber, z.B. von einem Oszillator, abhängig sein.
Das erste Druckelement 20 kann dann bezüglich der Druckdaten in Abhängigkeit von dem Zeilentakt und bezüglich der virtuellen Auffrischdaten in Abhängigkeit von dem virtuellen Takt angesteuert werden. So kann eine Ansteuerung des ersten Druckelements 20 gemäß der virtuellen Auffrischdaten erfolgen, die unabhängig von der Transportgeschwindigkeit und/oder unabhängig von einem Betriebsmodus der Tintendruckvorrichtung ist. Beispielsweise kann so auch bei einer relativ niedrigen Transportgeschwindigkeit oder während einer Druckpause eine Regeneration des ersten Druckelements 20 erfolgen.
Der virtuelle Takt kann in einem Ausführungsbeispiel N mal der Zeilentakt sein, wenn der Zeilentakt größer als Null ist (z.B. bei einer relativ niedrigen Transportgeschwindigkeit). Dabei ist N eine ganze Zahl, mit N ≥ 1. Die virtuellen Auffrischdaten können dann eine N mal größere Auflösung an Auffrischpunkten 37 entlang der ersten Spalte 32 aufweisen als die Auflösung an Bildpunkten 31 der Druckdaten. So kann eine effiziente Überlagerung der Nutzdruckdaten und der virtuellen Auffrischdaten erfolgen. Des Weiteren wird durch die N fache Taktung der virtuellen Auffrischdaten auch bei relativ niedrigen Transportgeschwindigkeiten eine zuverlässige Regeneration des ersten Druckelements 20 ermöglicht.
Das erste Druckelement 20 weist typischerweise eine maximale Ansteuerfrequenz auf, mit der das erste Druckelement 20 angesteuert werden kann. Der virtuelle Takt ist bevorzugt kleiner als oder gleich wie die maximale Ansteuerfrequenz. So kann gewährleistet werden, dass das erste Druckelement 20 zuverlässig auf Basis der virtuellen Auffrischdaten angesteuert werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens 50 können ferner tatsächliche Auffrischdaten ermittelt werden, die ein tatsächliches Auffrischdruckbild 34 mit Auffrischdruckpunkten 33 anzeigen. Dabei können auch die Auffrischdruckpunkte 33 gemäß einem Zufallsalgorithmus an den Matrixpunkten 45 der Druckmatrix 40 positioniert sein. Das erste Druckelement 20 kann dann auch in Abhängigkeit von den tatsächlichen Auffrischdaten angesteuert werden. Insbesondere kann das erste Druckelement 20 an einem Matrixpunkt 45 der ersten Spalte 32 der Druckmatrix 40 mit einer Ausstoßwellenform zum Ausstoß eines Tintentropfens 26 angesteuert werden, wenn die tatsächlichen Auffrischdaten einen Auffrischdruckpunkt 33 für den Matrixpunkt 45 anzeigen. Es können somit ggf. zusätzlich zu den zufällig verteilten, virtuellen Auffrischpunkten 37 zufällig verteilte, eingefärbte Auffrischdruckpunkte 33 auf den Aufzeichnungsträger 12 gedruckt werden. Dabei kann typischerweise eine relativ geringe Menge an Auffrischdruckpunkten 33 gedruckt werden, so dass es zwar zu einer verbesserten Regeneration der Druckelemente 20 aber zu keiner substantiellen Beeinträchtigung des endgültigen Druckbildes 35 kommt.
Des Weiteren wird in diesem Dokument eine Tintendruckvorrichtung beschrieben, die eingerichtet ist, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren 50 auszuführen.
Durch die Verwendung von virtuellen Auffrischpunkten 37 anstelle von oder in Ergänzung zu tatsächlich gedruckten Auffrischbildpunkten 33 kann die Druckqualität einer Tintendruckvorrichtung erhöht werden, insbesondere kann ggf. ein weißer Hintergrund erhalten bleiben. Des Weiteren kann die Breite von Regenerationsdruckbildern reduziert werden. In Summe kann so der Tintenverbrauch reduziert werden.
Die Dichte von Auffrischpunkten 37 kann in flexibler Weise angepasst werden. Des Weiteren kann es einem Nutzer ermöglicht werden, in flexibler Weise zwischen dem Druck von Auffrischbildpunkten 33 und der Verwendung von virtuellen Auffrischpunkten 37 auszuwählen. Des Weiteren kann ggf. eine Kombination von virtuellen Auffrischpunkten 37 und tatsächlich gedruckten Auffrischbildpunkten 33 ermöglicht werden. So kann eine Tintendruckvorrichtung an unterschiedliche Tintentypen und/oder unterschiedliche Druckqualitätsanforderungen angepasst werden.
Bezugszeichenliste

10: Druckwerk
11: Druckriegel
12: Aufzeichnungsträger
13: Einzugswalze
14: Umlenkwalze
15: Druckkopfsteuerung
16: Abzugswalze
20: Druckelement
21: Druckzeile
22: Tintenkammer
23: Tintenzufuhr
24: Düse
25: Düsenkanal
26: Tintentropfen
27: Aktor
28: Tintenmeniskus
29: Aktuatorsteuerung
30: Nutzdruckbild
31: Bildpunkt
32: Spalte
33: Auffrischbildpunkt
34: Auffrischdruckbild
35: endgültiges Druckbild
37: Auffrischpunkt
40: Druckmatrix
42: Zeitintervall
45: Matrixpunkt
T: Zeilenabstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014106424 A1 [0002, 0010]
US 5659342 A [0004]
US 9302474 B2 [0010]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines ersten Druckelements (20) einer Tintendruckvorrichtung für das Drucken einer ersten Spalte (32) eines Nutzdruckbildes (30) auf einen Aufzeichnungsträger (12), wobei das Verfahren (50) die Schritte umfasst, - Ermitteln (51) von Druckdaten, die das zu druckende Nutzdruckbild (30) mit ein oder mehreren einzufärbenden Bildpunkten (31) anzeigen; wobei die ein oder mehreren Bildpunkte (31) an entsprechenden ein oder mehreren Matrixpunkten (45) einer Druckmatrix (40) angeordnet sind; wobei die Druckmatrix (40) eine Vielzahl von Zeilen (21) und eine Vielzahl von Spalten (32) umfasst; - Ermitteln (52) von virtuellen Auffrischdaten, die ein virtuelles Auffrischbild mit Auffrischpunkten (32) anzeigen; wobei die Auffrischpunkte (32) gemäß einem Zufallsalgorithmus an den Matrixpunkten (45) der Druckmatrix (40) positioniert sind; und - Ansteuern (53) des ersten Druckelements (20) in Abhängigkeit von den virtuellen Auffrischdaten und in Abhängigkeit von den Druckdaten für die erste Spalte (32) der Druckmatrix (40); wobei das erste Druckelement (20) an einem Matrixpunkt (45) der ersten Spalte (32) der Druckmatrix (40) -- mit einer Ausstoßwellenform zum Ausstoß eines Tintentropfens (26) angesteuert wird, wenn die Druckdaten einen Bildpunkt (31) anzeigen; und -- mit einer Vibrationswellenform zur Vibration eines Tintenmeniskus (28) des ersten Druckelements (20) ohne Tintenausstoß angesteuert wird, wenn die virtuellen Auffrischdaten einen Auffrischpunkt (32) anzeigen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Ansteuerung mit einer Ausstoßwellenform Vorrang gegenüber der Ansteuerung mit einer Vibrationswellenform hat.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Verfahren (50) weiter umfasst, Ermitteln, auf Basis der Druckdaten und auf Basis der virtuellen Auffrischdaten, eines Zeitintervalls (42) zwischen zwei aufeinander folgenden Ansteuerungen der ersten Druckeinheit (20); - das erste Druckelement (20) in dem Zeitintervall (42) mit einem Vibrationszyklus (47) angesteuert wird, wenn das Zeitintervall (42) eine vordefinierte Maximalzeitdauer überschreitet; und - während des Vibrationszyklus (47) der Tintenmeniskus (28) des ersten Druckelements (20) ohne Tintenausstoß bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, - das Ermitteln (52) von virtuellen Auffrischdaten umfasst, Ermitteln einer Mengeninformation in Bezug auf eine Dichte und/oder eine Anzahl von Auffrischpunkten (32) innerhalb des virtuellen Auffrischbildes; und - die virtuellen Auffrischdaten in Abhängigkeit von der Mengeninformation ermittelt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, - das Verfahren (50) umfasst, Ermitteln eines Zeilentaktes und eines virtuellen Taktes; und - das erste Druckelement (20) bezüglich der Druckdaten in Abhängigkeit von dem Zeilentakt und bezüglich der virtuellen Auffrischdaten in Abhängigkeit von dem virtuellen Takt angesteuert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei - der Zeilentakt von einer Transportgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers (12) abhängt, mit der sich das erste Druckelement (20) und der Aufzeichnungsträger (12) relativ zueinander bewegen; - der virtuelle Takt N mal der Zeilentakt ist, wenn der Zeilentakt größer als Null ist; - N eine ganze Zahl ist, mit N ≥ 1; und - die virtuellen Auffrischdaten eine N mal größere Auflösung an Auffrischpunkten (37) entlang der ersten Spalte (32) aufweisen als eine Auflösung an Bildpunkten (31) der Druckdaten.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei - das erste Druckelement (20) eine maximale Ansteuerfrequenz aufweist, mit der das erste Druckelement (20) angesteuert werden kann; und - der virtuelle Takt kleiner als oder gleich wie die maximale Ansteuerfrequenz ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zufallsalgorithmus die Auffrischpunkte (32) unabhängig von den Druckdaten in der Druckmatrix (40) positioniert.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Verfahren (50) ferner umfasst, Ermitteln von tatsächlichen Auffrischdaten, die ein tatsächliches Auffrischdruckbild (34) mit Auffrischdruckpunkten (33) anzeigen; wobei die Auffrischdruckpunkte (33) gemäß einem Zufallsalgorithmus an den Matrixpunkten (45) der Druckmatrix (40) positioniert sind; - das erste Druckelement (20) auch in Abhängigkeit von den tatsächlichen Auffrischdaten angesteuert wird; und - das erste Druckelement (20) an einem Matrixpunkt (45) der ersten Spalte (32) der Druckmatrix (40) mit einer Ausstoßwellenform zum Ausstoß eines Tintentropfens (26) angesteuert wird, wenn die tatsächlichen Auffrischdaten einen Auffrischdruckpunkt (33) anzeigen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Druckvorrichtung eine Vielzahl von Druckelementen (20) für die entsprechende Vielzahl von Spalten (32) umfasst; - der Aufzeichnungsträger (12) in einer Transportrichtung an der Vielzahl von Druckelementen (20) vorbeigeführt wird; - die Vielzahl von Spalten (32) entlang der Transportrichtung verlaufen; - die Vielzahl von Zeilen (21) quer zu der Transportrichtung verlaufen; - durch die Vielzahl von Druckelementen (20) jeweils eine Zeile (21) des Nutzdruckbildes (30) quer zu der Transportrichtung auf den Aufzeichnungsträger (12) gedruckt wird; und - durch ein Druckelement (20) der Vielzahl von Druckelementen (20) jeweils genau eine Spalte (32) des Nutzdruckbildes (30) gedruckt wird.