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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes sowie eine Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 11, wie aus der Druckschrift
US 2004/0223027 A1 entnehmbar ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 003 056 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bedrucken von Gegenständen, insbesondere von Kunststoffteilen. Die Druckschrift
US 2005/0007399 A1 offenbart eine Tropfenablagevorrichtung. Außerdem offenbart die Druckschrift
US 2013/0100215 A1 ein Verfahren zum Abschalten einer Temperaturregeleinheit von einer Druckvorrichtung.
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Tintenstrahl- bzw. Inkjet-Druckköpfe weisen eine Vielzahl, in der Regel viele tausend, Düsen auf, aus welchen zum Drucken Tintentropfen ausgestoßen werden. Derartige Düsen sind in der Regel sehr fein und weisen oftmals Durchmesser kleiner als 20µm auf. Dementsprechend ist die Funktionalität der Tintenstrahldüsen sehr anfällig gegen Verschmutzungen und Fertigungsfehler. Mögliche Fertigungsfehler können etwa Grate, Dellen, produktionsbedingte Verschmutzungen oder Beschichtungsfehler sein. All diese möglichen Fehler können zu Einschränkungen der Funktionalität, wie etwa Düsenausfällen oder Tropfenfehlpositionierungen im Druckbild führen.
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Während des Druckbetriebs ist es in regelmäßigen Intervallen notwendig, die Oberfläche bzw. die sogenannte Düsenplatte des Druckkopfs von Verschmutzungen wie Tintenresten oder Papierstaub zu reinigen. Um das Reinigen zu erleichtern ist der Druckkopf mit einer speziellen Beschichtung zur Reduzierung der Oberflächenspannung und zur Verminderung von Schmutzanhaftung, der sogenannten Anti-Wetting-Schicht, versehen. Diese Beschichtung sorgt zum einen dafür, dass sich die Oberfläche nach dem Reinigen schnell entnetzt. An den Düsenrändern sorgt die Beschichtung ferner dafür, dass sich in einem Ruhezustand in den Düsen befindliche Flüssigkeit, insbesondere Tinte, nicht zu weit aus der Düse heraustreten kann. Auf diese Weise wird eine definierte und gleichbleibende Tropfenbildung sichergestellt.
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Da sowohl etwaige Fertigungsfehler als auch etwaige Fehler oder Verschleiß der Anti-Wetting-Schicht große Auswirkung auf die Druckqualität haben können, werden Druckköpfe vor Ihrer Erstverwendung aber auch immer wieder im Zuge der Drucksystemwartung überprüft. Bisweilen wurde dazu in der Regel ein standardisiertes Testbild gedruckt und auf Fehler geprüft. Allerdings handelt es sich dabei aber nur um eine indirekte bzw. qualitative Prüfung des Druckkopfes mit entsprechend begrenzter Aussagekraft und schwieriger numerischer Erfassbarkeit.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs 1 oder durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 11 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes, mit den Schritten: Befüllen des Druckkopfes mit einer Flüssigkeit; Überwachen der Tintenstrahldüsen des Druckkopfes hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit; Beaufschlagen der Flüssigkeit mit einem vorbestimmten Anfangsdruck; und Erhöhen des Drucks solange, bis die Flüssigkeit aus zumindest einer der Tintenstrahldüsen austritt. Dabei wird der Druck schrittweise erhöht.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes, insbesondere gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit: einer Druckkopfaufnahmeeinrichtung zur mechanischen Aufnahme eines Tintenstrahl-Druckkopfes; einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zur Druckbeaufschlagung einer Flüssigkeit, mit welcher der Druckkopf befüllbar ist, mit einem vorbestimmten Anfangsdruck und zum Erhöhen des Drucks solange, bis die Flüssigkeit aus zumindest einer der Tintenstrahldüsen austritt; und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Tintenstrahldüsen des Druckkopfes hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit. Dabei ist der Druck schrittweise vergrößerbar.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass das Auslaufen einer Flüssigkeit, mit welcher ein Druckkopf befüllt ist, z. B eine Lagerflüssigkeit (Storage Liquid oder Tinte) durch den Kapillareffekt in der Düsenöffnung verhindert wird, wobei die Stärke des Kapillareffekts von der Unversehrtheit der Düse, insbesondere des Düsenrandes, und der Güte der in die Düsen hineinragenden Beschichtung (Anti-Wetting-Schicht) der Düsenplatte abhängt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht nun darin, die durch Anlegen eines Drucks überprüfte Stärke des Kapillareffekts in den Düsen heranzuziehen, um die Qualität des Druckkopfes, insbesondere in Hinblick auf den Düsenrand und die Beschichtung der Düsenplatte, zu qualifizieren. Dazu wird der Druckkopf mit einer Flüssigkeit befüllt, welche mit einem definierten Überdruck beaufschlagt wird. Ein solcher Überdruck kann beispielsweise durch Erhöhung des hydraulischen Drucks durch Niveauänderung eines Vorratsbehälters, mittels einer Venturi Düse oder mittels einer Pumpe bewerkstelligt werden. Wird der Druck, insbesondere schrittweise, erhöht, tritt ab einem gewissen Überdruck die Flüssigkeit aus der Düsenöffnung. Sofern alle Düsen sowie die Beschichtung der Düsenplatte homogen gefertigt wurden, tritt die Flüssigkeit an allen Düsen in gleichem Maße aus. Das Austreten der Flüssigkeit aus zumindest einer der Tintenstrahldüsen schließt für diesen Fall somit eine Mehrzahl mit ein. Bei Unterschieden der Beschaffenheit der Düsenausgänge oder der Beschichtung wird die Flüssigkeit hingegen zuerst an der Stelle einer Düsenplatte austreten, an der entweder die Oberflächenspannung der Düsenplatte höher (bzw. die Beschichtung mangelhaft) ist oder ein Fehler oder eine Beschädigung (z. B. ein Grat, Kratzer oder dergleichen) am Düsenrand vorhanden ist.
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Das Heraustreten der Flüssigkeit kann, insbesondere automatisiert, mit einer geeigneten Sensorik, beispielsweise einer Kamera, erfasst werden. Insbesondere kann so ein vorzeitiges Austreten aus einzelnen oder mehreren Tintenstrahldüsen sensorisch erkannt werden.
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Erfindungsgemäß ist auf diese Weise eine stark vereinfachte und insbesondere automatisierbare Kontrolle der Qualität von Druckköpfen ermöglicht. Auf diese Weise kann einerseits eine Anlieferqualität von Druckköpfen schnell und einfach bestimmt werden, was im Gegensatz zum Drucken von Testbildern eine deutliche Zeitersparnis bei der Prüfung von Druckköpfen mit sich bringt und aufgrund der einfachen Quantifizierbarkeit des Testergebnisses auch die Reklamationsmöglichkeiten verbessert.
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Darüber hinaus werden so auch vollautomatische einfach auszuwertende Dauertests zur Qualität eines Druckkopfes, beispielsweise über die gesamte Lebensdauer eines Druckkopfes, ermöglicht.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale des Verfahrens zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes auf eine Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes übertragbar, und umgekehrt.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes;
- 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes;
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes;
- 4 eine beispielhafte Darstellung einer Graustufenauswertung;
- 5 eine beispielhafte Messkurve zur Eingangskontrolle eines Druckkopfes;
- 6A-C eine schematische Darstellung einer Reinigungsroutine; und
- 7 eine beispielhafte Messkurve zur Prüfung eines Druckkopfes über die Lebensdauer.
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Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes.
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Das Verfahren weist einen Schritt S1 des Befüllens des Druckkopfes 1 mit einer Flüssigkeit 2 auf. Ferner wird ein Schritt S2 des Überwachens der Tintenstrahldüsen 3 des Druckkopfes 1 hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit 2 vorgenommen. In einem weiteren Schritt S3 wird ein Beaufschlagen der Flüssigkeit 2 mit einem vorbestimmten Anfangsdruck vorgenommen. Zudem wird in einem vierten Schritt S4 ein Erhöhen des Drucks solange, bis die Flüssigkeit 2 aus einer der Tintenstrahldüsen 3 austritt, vorgenommen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Überwachen S2 mittels eines optischen Sensors 4 vorgenommen. Vorteilhaft ist die Überwachung somit automatisierbar.
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Gemäß einer Weiterbildung wird das Überwachen S2 mittels einer mit dem Sensor 4 gekoppelten Recheneinrichtung 5 automatisiert vorgenommen. Insbesondere wird dazu eine Graustufenauswertung vorgenommen.
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Zur Überwachung der Tintenstrahldüsen 3 wird insbesondere eine gesamte Düsenplatte 6 des Druckkopfes 1 hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit 2 überwacht. Beispielsweise wird die gesamte Düsenplatte mittels einer Kamera abgelichtet und hinsichtlich Graustufen ausgewertet, wie in 4 dargestellt. Aus den Tintenstrahldüsen austretende Flüssigkeit 2 bildet in einer derartigen Graustufenauswertung beispielsweise einen dunklen Schatten, welcher softwaregestützt automatisiert erfassbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird bei dem Schritt S4 der Druck schrittweise erhöht. Somit lässt sich ein Austritt der Flüssigkeit zur Auswertung einem konkreten Schritt bzw. einem konkreten Druck zuordnen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird im Schritt S2 das Erhöhen des Drucks durch Anheben des Flüssigkeitsniveaus vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch Erhöhen des Flüssigkeitsspiegels in einem über eine Fluidleitung 8 mit dem Druckkopf verbundenen Reservoir 7 oder durch Anheben eines solchen Reservoirs 7 vorgenommen werden, wie in Bezug auf 2 dargestellt.
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Bei weiteren Ausführungsformen wäre es auch denkbar, den Druck durch eine Pumpe oder eine Venturi-Düse oder eine andere geeignete Druckerzeugungseinrichtung aufzubringen und/oder zu erhöhen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der Anfangsdruck als leichter Unterdruck vorgesehen. Der leichte Unterdruck ist derart bemessen, dass unerwünschter Flüssigkeitsaustritt vor der Messung vermieden wird, insbesondere auch an fehlerhaften Düsen. Die Erhöhung des Drucks baut den Unterdruck ab und führt zu einem Überdruck. Die Erhöhung ist somit absolut.
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Unter einem leichten Unterdruck ist beispielsweise im Vergleich zu einem Purge-Druck, bei welchem an einem fehlerfreien Druckkopf Flüssigkeit aus allen Tintenstrahldüsen austritt, betragsmäßig nur ein Bruchteil zu verstehen, insbesondere weniger als ein Zehntel. Beispielsweise kann es sich um ein im Vergleich zum Druckkopf negatives Flüssigkeitsniveau in einem Reservoir handeln, welches in seinem Betrag kleiner als ein Zehntel eines Flüssigkeitsniveaus eines typischen Purge-Druckes ist. Gemäß einer Weiterbildung wird der leichte Unterdruck somit durch Anschluss eines flüssigkeitsbefüllten Reservoirs 7 bereitgestellt, dessen Flüssigkeitsniveau unterhalb des Druckkopfes liegt. Insbesondere liegt das Flüssigkeitsniveau 9 nur leicht unter dem des Druckkopfes 1, beispielsweise um wenige Zentimeter.
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Das Erhöhen S4 des Drucks wird bei einer Ausführungsform durch Anheben des flüssigkeitsbefüllten Reservoirs 7, vorgenommen. Somit wird das Flüssigkeitsniveau mit angehoben, wodurch sich die wirksame Flüssigkeitssäule und somit der Druck erhöht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wäre auch ein weiteres Füllen des Reservoirs 7 mit zusätzlicher Flüssigkeit 2 oder mit vorbestimmten Volumenelementen, beispielsweise Kugeln oder dergleichen mit bekanntem Volumen, zum Erhöhen des Flüssigkeitsniveaus 9 und somit des Drucks denkbar.
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Bei weiteren Ausführungsformen kann der Anfangsdruck und/oder eine Erhöhung des Drucks auch mit einer die Flüssigkeit 2 fördernden Pumpe, einer Venturi-Düse oder einer anderen Druckbeaufschlagungseinrichtung bereitgestellt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine Dokumentation des aktuellen Drucks vorgenommen, sobald die Flüssigkeit 2 aus einer der Tintenstrahldüsen 3 austritt. Bei einer rechnergestützten Überwachung wird die Dokumentation vorzugsweise automatisiert vorgenommen. Dazu ist beispielsweise ein Drucksensor vorgesehen, welcher den Druck direkt oder eine für den Druck repräsentative Größe, wie beispielsweise die Höhe eines den Druck erzeugenden Flüssigkeitsniveaus, stetig misst. Alternativ kann auch, beispielsweise mittels eines das Reservoir anhebenden Schrittmotors, eine entsprechende repräsentative Größe aus der Steuerung der Messung abgeleitet werden. Bei Auslösen der Überwachung eines Flüssigkeitsaustritts wird der aktuelle Wert entsprechend dokumentiert.
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Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Austreten der Flüssigkeit 2 aus einer der Tintenstrahldüsen 3 eine Reinigungsroutine des Druckkopfes 1 durchgeführt und anschließend erneut unter Überwachung der Tintenstrahldüsen 3 der Druck erhöht. Eine derartige Vorgehensweise eignet sich insbesondere für Versuchs- bzw. Testreihen. Es kann so erneut getestet werden, ob der Flüssigkeitsaustritt an der gleichen Düse auftritt. Ferner kann bei mehrfacher Wiederholung eine Standardabweichung der Messung bestimmt werden. Zudem sind so auch automatisierte Langzeittests ermöglicht, beispielsweise zur Prüfung des Verschleißverhaltens eines Druckkopfes.
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Die Reinigungsroutine enthält gemäß einer Ausführungsform ein Spülen aller Tintenstrahldüsen 3 des Druckkopfes 1, das sogenannte „Purgen“, und ein Abwischen einer die Tintenstrahldüsen 3 aufweisenden Oberfläche, insbesondere einer Düsenplatte 6, des Druckkopfes 1, das sogenannte „Wipen“. Ferner kann vor dem Wipen, insbesondere bereits vor dem Purgen, eine Reinigungsflüssigkeit zum Lösen von getrockneten Rückständen oder Schmutz aufgesprüht werden.
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Eine zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes 1 gemäß einem derartigen Verfahren ausgebildete Vorrichtung 10, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist, weist eine Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 zur mechanischen Aufnahme eines Tintenstrahl-Druckkopfes 1, eine Druckbeaufschlagungseinrichtung 12 zur Druckbeaufschlagung einer Flüssigkeit 2, mit welcher der Druckkopf 1 befüllbar ist, mit einem vorbestimmten Anfangsdruck und zum Erhöhen des Drucks solange, bis die Flüssigkeit 2 aus einer der Tintenstrahldüsen 3 austritt, sowie eine Überwachungseinrichtung 13 zur Überwachung der Tintenstrahldüsen 3 des Druckkopfes 1 hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit 2 auf.
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Die Druckbeaufschlagungseinrichtung 12 weist bei einer Ausführungsform ein höhenverstellbares flüssigkeitsbefüllbares Reservoir 7 auf und ist zur Druckbeaufschlagung durch Anheben des wirksamen Flüssigkeitsniveaus 9 ausgebildet. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird durch Höhenverstellung des Reservoirs 7 eine wirksame Flüssigkeitssäule und damit der Druck erhöht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Überwachungseinrichtung 13 einen auf eine Düsenplatte 6 eines in der Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 aufgenommenen Druckkopfes 1 ausgerichteten optischen Sensor 4 zur Überwachung der Tintenstrahldüsen 3 auf. Bei einer Weiterbildung weist die Überwachungseinrichtung 13 ferner eine mit dem optischen Sensor 4 gekoppelte Recheneinrichtung 5 aufweist, welche zur Erkennung eines Flüssigkeitsaustritts durch Graustufenauswertung der Düsenplatte 6 ausgebildet ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes 1.
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Der Druckkopf 1 ist in einer Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 gelagert, welche hier rein beispielhaft in Form eines den Druckkopf 1 aufnehmenden umlaufenden Rahmens ausgebildet ist. Selbstverständlich sind andere Ausbildungen einer Druckkopfaufnahmeeinrichtung, beispielsweise als den Druckkopf aufnehmende Klammer, Gabel oder dergleichen, möglich.
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Der Druckkopf 1 weist eine mit einer Vielzahl von mikroskopischen, insbesondere im Mikrometerbereich ausgebildeten, Tintenstrahldüsen 3 versehene Düsenplatte 6 auf und ist mit einer Flüssigkeit 2 befüllt. Diese Flüssigkeit 2 wird aus einem Reservoir entnommen, das mit dem Druckkopf 1 über eine Fluidleitung 8 verbunden ist. Das Flüssigkeitsniveau 9a der im Reservoir 7 befindliche Flüssigkeit 2 befindet sich am Anfang des Verfahrens unterhalb des Flüssigkeitsniveaus 9b der im Druckkopf 1 vorhandenen Flüssigkeit 2. Das Flüssigkeitsniveau 9b im Druckkopf 1 verändert sich kaum und befindet sich in etwa auf der Höhe der Düsenplatte 6.
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Zur Überwachung der Düsenplatte 6 hinsichtlich eines Austritts der Flüssigkeit 2 ist eine Überwachungseinrichtung 13 mit einem optischen Sensor 4 in Form einer Kamera sowie einer damit über eine Datenverbindung verbundenen Recheneinrichtung 5 zur Auswertung der sensorisch erfassten Daten vorgesehen. Die Recheneinrichtung ist zur Graustufenauswertung des mit der Kamera erfassten Bildes ausgelegt und dem entsprechend kalibriert, eine Bildung eines Tropfens der Flüssigkeit 2 auf der Düsenplatte 6 automatisch zu erkennen.
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Das Reservoir 7 ist höhenverstellbar ausgebildet. Bei Erhöhen des Flüssigkeitsniveaus 9a durch Anheben des Reservoirs wird ein auf die Flüssigkeit 2 im Druckkopf 1 wirkender Druck erhöht. Eine zum Anheben des Reservoirs 7 ausgebildete, hier nicht im Einzelnen dargestellte automatische Antriebseinrichtung 20 dient hier somit gemeinsam mit dem Reservoir 7 als Druckbeaufschlagungseinrichtung 12.
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Die Recheneinrichtung 5 ist ferner mit der Antriebseinrichtung 20 über eine Datenverbindung verbunden, welche eine Information zur aktuellen Höhe des Reservoirs 7 an die Recheneinrichtung 5 übermittelt.
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Zum Prüfen des Druckkopfes 1 wird das Reservoir 7 mittels der Antriebseinrichtung 20 angehoben und dadurch der Druck der Flüssigkeit erhöht. Dies wird so lange vorgenommen, bis mittels der Überwachungseinrichtung 13 austretende Flüssigkeit an der Düsenplatte 6 erkannt wird. Die Recheneinrichtung 5 dokumentiert sodann die aktuelle Höhe des Reservoirs 7, aus welcher sich bei bekanntem Füllstand des Reservoirs 7 das Flüssigkeitsniveau 9a ableiten lässt. Die Höhe des Flüssigkeitsniveaus 9a stellt dann eine Kennzahl für den an dem Druckkopf 1 anliegenden Druck dar, bei welchem die Flüssigkeit erstmals aus einer oder mehrerer der Tintenstrahldüsen 3 austritt.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Prüfen eines Tintenstrahl-Druckkopfes.
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Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um einen Versuchsstand, welcher ein mit Profilen gebildetes Gestell aufweist und insbesondere für Langzeittests eines Druckkopfes über dessen Lebensdauer ausgelegt ist. Selbstverständlich können hier aber auch kurze Eingangstests zur Qualifizierung der Qualität neuer Druckköpfe mit dem Versuch stand durchgeführt werden.
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Die Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 des Versuchsstandes ist an einer zweiachsigen Verlagerungseinrichtung mit einer Z-Achse 18 und einer X-Achse 19 gelagert. Das Reservoir 7 ist an einer als weitere Z-Achse ausgebildeten Antriebseinrichtung 20 gelagert.
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Zur Erhöhung des Drucks eines in der Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 gelagerten Druckkopfes wird das Reservoir 7 mit der Antriebseinrichtung 20 entlang der Z-Achse bewegt. Dabei verharrt die Druckkopfaufnahmeeinrichtung 11 in einer Messposition, welche mit einer zur Vermeidung von Reflektionen seitlich davon angeordneten Beleuchtungseinrichtung 17 versehen ist. Auf diese Messposition ist auch der optische Sensor 4 in Form einer Kamera ausgerichtet und kalibriert. Die Kamera ist aufgrund ihrer vergleichsweise kleinen Baugröße in dem dargestellten Schaubild kaum erkennbar. Die feste Messposition ist bedeutsam, um etwaige Einflüsse auf die mittels des optischen Sensors 4 und der Recheneinrichtung 5 durchgeführte Grauwertanalyse möglichst gering zu halten.
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Die X- und Y Achsen 18, 19 sind vorgesehen, um nach jedem Versuch, das heißt nach jedem Erkennen eines Flüssigkeitsaustritts an der Düsenplatte 6, den Druckkopf 1 zur Durchführung einer Reinigungsroutine an eine Reinigungsposition zu verfahren. Die Reinigungsposition liegt hier in dem Gestell lateral neben der Messposition und ist anhand einer für die Reinigungsroutine dienlichen Purge-Wanne 14 erkennbar. An dieser Reinigungsposition wird regelmäßig eine Reinigungsroutine durchgeführt, worauf in Bezug auf 6 A bis C näher eingegangen wird.
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Auf einer unteren Ebene des Gestells ist die Recheneinrichtung 5 positioniert, welche mit zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellten Datenverbindungen mit dem optischen Sensor 4, der Zeitachse 20 sowie der X-Z-Achsen 18 und 19 gekoppelt ist. Ferner ist die Recheneinrichtung 5 auch zur Steuerung der Reinigungsroutine ausgebildet.
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Des Weiteren ist in der unteren Ebene des Gestells ein Flüssigkeitsvorrat 23 gelagert, mit welchem das Reservoir 7 oder eine Reinigungseinrichtung bei Bedarf aufgefüllt werden kann.
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Die Antriebseinrichtung 20 ist zum schrittweisen Erhöhen des Flüssigkeitsniveaus 9, beispielsweise in 5 Millimeter Schritten, ausgebildet und wird von der Recheneinrichtung 5 entsprechend angesteuert.
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4 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Graustufenauswertung.
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Dargestellt ist hier eine mit einer Kamera aufgenommene Graustufen-Darstellung der Unterseite einer Düsenplatte 6. Diese weist Tausende einzelner Tintenstrahldüsen 3, welche jeweils im Mikrometerbereich dimensioniert sind, auf. Aus zumindest einer Tintenstrahldüse 3 ist hier Flüssigkeit 2 ausgetreten, was anhand eines in der Graustufendarstellung mit dunklem Rand erscheinenden Tropfen erkennbar ist.
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Die Graustufendarstellung wird mittels der Recheneinrichtung 5 automatisiert ausgewertet, wobei der dunkle Rand erkannt und einem Flüssigkeitsaustritt zugeordnet wird. 5 zeigt eine beispielhafte Messkurve zur Eingangskontrolle eines Druckkopfes 1.
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Die Messkurve bezeichnet ein hier vertikal aufgetragenes Flüssigkeitsniveau, bei welchem jeweils ein Flüssigkeitsaustritt an der Druckplatte 6 erkannt wurde. Entlang der Horizontalen sind 4 Messungen dargestellt, deren jeweilige Werte des Flüssigkeitsniveaus zu einer Kurve verbunden sind.
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Die hier dargestellte Messkurve zeigt ein sehr konstantes Flüssigkeitsniveau 9 beim ersten Flüssigkeitsaustritt an, welches stetig oberhalb von 400 mm liegt. Der hier gemessene Druckkopf kann somit als „gut“ qualifiziert werden, da bei einem fehlerhaften Druckkopf bereits bei deutlich geringerem Flüssigkeitsniveau 9 ein Flüssigkeitsaustritt festzustellen wäre, bei dem hier geprüften Druckkopf beispielsweise in der Regel bei < 200 mm.
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6A-C zeigt eine schematische Darstellung einer Reinigungsroutine.
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Dazu ist schematisch die Purge-Wanne 14 gemäß 3 im Längsschnitt dargestellt. Der Druckkopf 1 ist hier lediglich schematisch dargestellt und mittels der X- und Z-Achsen 18, 19 in einer Reinigungsposition angeordnet.
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Innerhalb der Purge-Wanne 14 ist ein in X-Richtung verfahrbarer Reinigungskopf 15 angeordnet. Vor Beginn der Reinigungsroutine ist der Reinigungskopf 15 unter einer hier schematisch an der linken Seite der Purge-Wanne 14 dargestellten Abdeckung angeordnet. Zum Beginn der Reinigungsroutine wird mittels einer an dem Reinigungskopf 15 vorgesehenen Sprühdüse die Düsenplatte 6 mit einer Reinigungsflüssigkeit benetzt, um etwaige Rückstände an der Düsenplatte 6 zu lösen. Der Reinigungskopf 15 wird dazu, wie in 6A mit einem Pfeil illustriert, über die gesamte Breite der Düsenplatte bis an das rechts dargestellte Ende der Purge-Wanne 14 mit, vorzugsweise durchgehend, aktiver Sprühdüse geführt.
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In einem in 6B dargestellten weiteren Schritte der Reinigungsroutine, dem sogenannten Purgen, werden die Tintenstrahldüsen 3 mit der Flüssigkeit 2 gespült. Vorzugsweise wird der Druckkopf 1 dazu mittels der Z-Achse 18 bis in die Purge-Wanne 14 hinein abgesenkt. Anschließend wird die Flüssigkeit 2 mit einem vergleichsweise hohen Druck, bei welchem an einem fehlerfreien Druckkopf 1 sämtliche Tintenstrahldüsen 3 aktiv sind, beaufschlagt und so die Flüssigkeit 2 in die Purge-Wanne 14 ausgestoßen. Auf diese Weise werden etwaige in den Tintenstrahldüsen vorhandene Rückstände mit ausgestoßen.
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In einem abschließenden Schritt der Reinigungsroutine, dem sogenannten Wipen, wird mit einem Wischer 16 die Oberfläche der Düsenplatte 6 abgewischt. Der Wischer 16 kann zur Verschleißreduzierung ein gut gleitendes Material, beispielsweise Teflon, aufweisen. Auf diese Weise ist die Düsenplatte 6 wieder rein und der Druckkopf 1 kann einer erneuten Prüfung unterzogen werden. Dazu wird der Druckkopf 1 mittels der X-und Z-Achsen 18, 19 zurück an die Messposition gefahren.
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7 zeigt eine beispielhafte Messkurve zur Prüfung eines Druckkopfes über die Lebensdauer.
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Dazu wird der in Bezug auf die vorangehenden Figuren beschriebene Mess- und Reinigungszyklus über eine vorbestimmte Lebensdauer, zum Beispiel mehrere 1000 Male, durchgeführt. Bei der mit der Messkurve dargestellten Prüfung handelt es sich beispielhaft um insgesamt 5000 Zyklen.
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Mit einer dicken Linie ist ein erwarteter Verlauf 21 der Höhe des Flüssigkeitsniveaus 9 bei einem ersten Flüssigkeitsaustritt eingezeichnet. Dieser verläuft bei den ersten 1000 Zyklen waagrecht, da hier eine Unversehrtheit der Anti-Wetting-Schicht an der Düsenplatte 6 angenommen wird. Anschließend wird ein zunächst steiler und anschließen ein immer flacherer Abfall erwartet, da nun aufgrund des mehrfachen Purgen und Wipens ein Verschleiß der Anti-Wetting-Schicht erwartet wird. Die bei dem hier geprüften Druckkopf erwarteten Werte des Flüssigkeitsniveaus, bei welchem ein Flüssigkeitsaustritt erkannt wird, liegen anfangs bei etwa den ersten 1000 Zyklen im Bereich von beispielhaft 130 mm. Zwischen 1000 und 2000 Zyklen fällt das erwartete Flüssigkeitsniveau auf ca. 50 mm ab. Zwischen 2000 und 5000 Zyklen sinkt der erwartete Wert dann stetig bis auf nahezu Null ab.
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Die tatsächlich gemessenen Werte, welche hier mit rautenförmigen Punkten eingetragen sind, beginnen bei ca. den ersten 100 Zyklen entgegen der Erwartung im Bereich von 60 bis 80 mm. Bei dieser Prüfung konnte dies im Nachhinein auf eine fehlerhafte Lagerung des geprüften Druckkopfes mit nicht ausreichender Menge an Lagerflüssigkeit vor der Erstverwendung zurückgeführt werden. Zwischen 100 und ca. 500 Zyklen entsprechen die Werte im Wesentlichen der Erwartungen, d. h. bei ca. 130 mm. Im weiteren Verlauf der Messkurve beginnt ein Abfall der Messwerte früher als erwartet, weist dann aber in etwa den erwartungsgemäßen Verlauf auf.
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Die Messkurve weist einige Ausreißer 22 auf, welche auf eine fehlerhafte Graustufenauswertung wegen eines zeitweisen Ausfalls der Beleuchtungseinrichtung 17 zurückzuführen sind. Die Ausreißer 22 sind somit für das Ergebnis unbeachtlich.
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Erkennbar bleibt der hier geprüfte Druckkopf somit hinter den Erwartungen zurück. Insbesondere tritt ein nachhaltiger Verschleiß ab etwa 500 Zyklen und damit deutlich schneller auf, als erwartet. Ein derartiges Ergebnis kann erfindungsgemäß vollautomatisch generiert und mit konkreten Messwerten quantifiziert werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckkopf
- 2
- Flüssigkeit
- 3
- Tintenstrahldüsen
- 4
- Sensor
- 5
- Recheneinrichtung
- 6
- Düsenplatte
- 7
- Reservoir
- 8
- Fluidleitung
- 9
- Flüssigkeitsniveau
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Druckkopfaufnahmeeinrichtung
- 12
- Druckbeaufschlagungseinrichtung
- 13
- Überwachungseinrichtung
- 14
- Purge-Wanne
- 15
- Reinigungskopf
- 16
- Wischer
- 17
- Beleuchtungseinrichtung
- 18
- Antriebseinrichtung
- 19
- X-Achse
- 20
- Z-Achse
- 21
- Erwarteter Verlauf
- 22
- Messausreißer
- 23
- Flüssigkeitsvorrat
- S1 - S4
- Schritte
