-
Die Erfindung betrifft Drucker und insbesondere Steuersysteme für Drucker.
-
Drucker erfahren periodische Schwingungen, welche die Druckqualität schädlich beeinflussen. Beispielsweise hat ein Drucker der Pendelbauart (Shuttle-Bauart) ein Schlittensystem zum Bewegen und Positionieren der Druckelemente (z. B. Druckköpfe, austauschbare Tintenpatronen, usw.) über eine Druckoberfläche. Das Schlittensystem hat einen Schlitten, welcher die Druckelemente trägt, sowie eine Antriebsanordnung, welche den Schlitten längs einer Stange bewegt, um ihn präzise oberhalb der Druckoberfläche zu positionieren. Einige Schlittensysteme haben auch Anti-Rotation-Rollen oder -Gleiter, welche einer Drehung des Schlittens um die Stange vorbeugen.
-
EP 0 754 559 A2 beschreibt einen Tintenstrahldrucker mit einem beweglichen Schlitten, der einen Schreibstift über eine Druckoberfläche führt, und mit einem Schlittenpositioniersystem, das den Schlitten in Schwaden über eine Druckoberfläche bewegt. Das Schlittenpositioniersystem kann eine Startposition des Schlittens für individuelle Schwaden um jeweils mehrere Impulse eines Schrittmotors variieren.
-
Die
JP 8-90860 A beschreibt einen Tintenstrahldrucker mit einem beweglichen Schlitten zum Positionieren eines Schreibstiftes über einer Druckoberfläche und mit einem Schlittenpositioniersystem zum Bewegen des Schlitten, das die Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens für unterschiedliche Druckmodi variieren kann.
-
Moderne Drucker der Pendelbauart, wie Tintenstrahldrucker, arbeiten mit hoher Auflösung und Positionsfehlern im Bereich von 5–10 μm. Bei diesem Präzisionsniveau können Schwingungen die Druckqualität bemerkenswert verschlechtern. Während es erwünscht ist, derartige Defekte zu eliminieren, ist ein gegenläufiges Gestaltungserfordernis, den Durchsatz und die Druckgeschwindigkeit zu erhöhen. Dieses Erfordernis führt zu höheren Schlittengeschwindigkeiten, welche es leider erschweren, die durch Schwingungen verursachten Fehler zu vermindern.
-
Das Schlittensystem ist eine Quelle von zahlreichen periodischen Schwingungen. Das Schlittensystem stellt eine mechanische Anordnung mit einer charakteristischen Masse und Antriebsriemen-Steifigkeit dar. Die Energiequellen erregen eine natürliche Frequenz in der mechanischen Anordnung. Ferner resultieren hohe Beschleunigungen und Anstiegsgeschwindigkeiten im Schlittensystem in Schwingungen des Schlittens, der Stange und/oder des Chassis.
-
Die periodischen Schwingungen können periodische Verlagerungen von auf dem Aufzeichnungsmedium gebildeten gedruckten Punkten (Dots) erzeugen, was zu sichtbaren Defekten in der gedruckten Abbildung führt. Solche Defekte schließen vertikale oder diagonale Bänder unterschiedlicher Tönungen ein. Die Farbtönung ist merklich durch die Überlappungsgröße benachbarter Tintentropfen beeinflußt. Die Größe einer Abweichung, welche erforderlich ist, um Farbton-Defekte zu erzeugen, ist proportional zur Größe des auf dem Blatt erzeugten Punktes. Wenn sehr kleine Tropfen (z. B. 8–10 Pikoliter-Tropfen) auf einem rauhen Gitter (z. B. 600 dpi entsprechend einem Abstand von 42 μm) abgelagert werden, hat das resultierende Gitter einen weißen Abstand zwischen den Punktreihen. Periodische Schwingungen erzeugen eine Verlagerung der Punkte in dem weißen Abstand, welche signifikante und sichtbare Farbton-Schattierungen ergeben.
-
Die Wellenlänge der Farbtonbänder aufgrund von Schwingungsfehlern ist gleich der Schlitten-Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate) geteilt durch die Schwingungsfrequenz. Der Abstand zwischen den Düsenreihen des Druckkopfes und der Abstand zwischen Druckköpfen mit verschiedener Farbe resultiert in Amplitudenspitzen-Fehler für gleiche Farben, welche mit gleichem horizontalem Abstand quer über die Seite auftreten. Die Amplitudenspitzen bei verschiedenen Farben treten in unterschiedlichen Positionen quer über die Seite auf, was zu vertikalen oder nahezu vertikalen Bändern unterschiedlicher Tönungen führt.
-
Ideal würde die Größe der Schwingungsfehler in einem solchen Maße reduziert, dass Tönungsverlagerungen aufgrund von Schwingungen für das menschliche Auge unsichtbar bleiben. Da jedoch die Punktgröße und -auflösung vermindert ist, muß auch die Größe der Fehler reduziert werden. Der Aufwand und die Schwierigkeit für das Verringern der Schwingungsamplituden steigt wesentlich bei Größenordnungen unterhalb von 10 μm an. Mechanische Lösungen, wie starrere Konstruktion, Dämpfung und Minimieren oder Isolieren der Eingangsenergie sind zwar wirksam hinsichtlich der Verringerung der Schwingungsamplitude, gehen oft jedoch einher mit prohibitiv hohen Kosten und/oder stehen einer hohen Beschleunigung oder Anstiegsgeschwindigkeit entgegen.
-
Demgemäß ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Lösung zum Reduzieren der Druckfehler zu finden, die durch periodische Schwingungen im Drucker erzeugt werden.
-
Diese Aufgabe wird durch Patentanspruch 1 gelöst. Die Erfindung umfaßt Mittel zum Korrigieren der Auswirkungen von periodischen Schwingungen in Druckern. Dabei werden die Schwingungen nicht selbst eliminiert oder vermindert, sondern es werden ihre Auswirkungen in den Druckergebnissen maskiert bzw. korrigiert, um das Sichtbarwerden der durch Schwingungen erzeugten Fehler zu vermindern.
-
In einer Ausführung hat ein Drucker der Pendelbauart einen beweglichen Schlitten, der mindestens einen Schreibstift über einer Druckoberfläche mitnimmt und positioniert. Der Drucker hat ferner ein Schlittenpositioniersystem, welches zum Bewegen des Schlittens mit einer Anstiegsgeschwindigkeit in Streifen oder Schwaden über die Druckoberfläche geschaltet ist. Das Schlittenpositioniersystem weist eine vorbestimmte Startposition für individuelle Streifen oder Schwaden auf.
-
Gemäß einer Ausführung der Erfindung variiert das Schlittenpositioniersystem die Startposition für die individuellen Streifen oder Schwaden. Gemäß einer alternativen Ausführung macht das Schlittenpositioniersystem mehrere Durchgänge vor dem Weitertransportieren des Aufzeichnungsmediums und variiert die Anstiegsgeschwindigkeit für individuelle Durchgänge. In jedem Fall werden dadurch visuelle Artefakte in den Druckergebnissen vermindert, welche durch periodische Schwingungen im Drucker erzeugt sind. Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Druckers der Pendelbauart;
-
2 ein Flußdiagramm mit den Schritten eines Druckverfahrens, welches durch periodische Schwingungen erzeugte Fehler maskiert bzw. korrigiert;
-
3 ein Flußdiagramm, welches für ein anderes Druckverfahren Fehler maskiert oder korrigiert, welche durch periodische Schwingungen erzeugt sind.
-
Die Erfindung betrifft Drucker und Verfahren zum Maskieren bzw. Korrigieren der Effekte von periodischen Schwingungen, die in den Druckergebnissen auftreten. Periodische Schwingungen stellen ein Problem für viele unterschiedliche Bauarten von Druckern dar. Folglich ist diese Erfindung sinnvoll anwendbar bei verschiedenen Druckerbauarten. Die Erfindung ist jedoch zur beispielhaften Erläuterung nachfolgend im Kontext mit einem Drucker der Pendelbauart beschrieben, der einen beweglichen Schlitten aufweist.
-
1 zeigt einen Drucker 10 der Pendelbauart (shuttle type) und insbesondere den Abschnitt mit dem Druckmechanismus des Druckers. In dieser Darstellung ist der Drucker 10 als Tintenstrahldrucker konfiguriert, obgleich auch andere Konfigurationen möglich sind, wie ein Nadeldrucker, Typenrad-Drucker, Thermodrucker, usw.
-
Der Drucker 10 der Pendelbauart hat eine Platte 12, eine Pendelanordnung 14 und ein Steuersystem 16. Die Platte 12 ist ein stationäres oder drehbares Element, das ein Aufzeichnungsmedium beim Drucken unterstützt. Die Pendelanordnung 14 weist einen gleitbar auf einer feststehenden, langgestreckten Stange 22 angeordneten Schlitten 20 auf, um diesen in zwei entgegengesetzten Richtungen quer über die Platte 12 hin- und herzubewegen. Die Pendelanordnung 14 hat auch eine Antriebs-Anordnung (nicht gezeigt), wie einen Schritt- oder Gleichstrommotor, der mechanisch mit dem Schlitten gekoppelt ist, um den Schritten 20 längs der Stange 22 hin- und herzubewegen.
-
Die Pendelanordnung 14 hat einen oder mehrere Tintendruckköpfe, welche auf dem Schlitten 20 montiert sind. Zu Erläuterungszwecken sind zwei Druckköpfe 30 und 32 dargestellt. In am Schlitten 20 montiertem Zustand liegen die beiden Druckköpfe 30 und 32 einander benachbart mit kleinem Abstand von der Platte 12. Ein Druckmedium-Fördermechanismus (nicht gezeigt), wie Reibrollen oder eine Zuführ-Unteranordnung, transportiert das Aufzeichnungsmedium durch den Drucker nach vorn zwischen der Platte 12 und den Druckköpfen 30, 32. Der Schlitten 20 trägt die Druckköpfe 30, 32 in einer reziprokierenden Bewegung über eine Druckoberfläche. Jeder Druck-Durchgang ist als „Schwaden” (Swath) bezeichnet.
-
Bei einer bekannten Konstruktion sind die Druckköpfe 30, 32 als austauschbare, wegwerfbare Schreibstifte ausgebildet, die entfernbar am Schlitten 20 montiert sind. Solche Schreibstifte umfassen eine unabhängige Tintenspeisung, ein Düsenmuster an der Schreibstiftspitze und eine integrierte Schreib-Schaltung (IC) mit Heizelementen (d. h. Widerständen), und eine Auswahl-Logik für diese Elemente. Bei dieser Konfiguration bildet jeder austauschbare Schreibstift im wesentlichen einen gesamten Druckkopf. Die Ausdrücke „Schreibstift” und „Druckkopf” sind in dieser Beschreibung im wesentlichen als austauschbar zu verstehen.
-
Bei der dargestellten Ausführung umfaßt das Steuersystem 16 eine stationäre gedruckte Schaltungsanordnung (PCA) 40, die an einem stationären Bauteil des Druckers 10, wie einem Rahmen oder Gehäuse, befestigt ist. Der stationäre PCA 40 arbeitet als Primär-Logik oder Muttersteuerteil und steuert alle nicht-schreibstiftbezogenen Aspekte. Das Steuersystem 16 umfaßt ferner eine gedruckte Schlitten-Schaltung (PCA) 42, die am Schlitten 20 montiert ist, sowie einen Leiter 44, welcher den stationären PCA 40 mit dem Schlitten-PCA 42 verbindet. Der Schlitten-PCA 42 steuert alle schreibstiftbezogenen Aspekte.
-
Allgemein hat der Schlitten-PCA 42 einen Eingangs-Anschluß, welcher das Leiterkabel 44 zur Übernahme von Daten, Energie und Grundsignalen des stationären PCA 40 anschließt.
-
Der Schlitten-PCA 42 hat auch ein Paar Schreibstift-Anschlüsse in Form leitender Kontakte, welche elektrisch die Kontaktplatten an den Schreibstiften 30 und 32 anschließt. Die Kontaktplatten an den entfernbaren Schreibstiften berühren die Kontakte des Schlitten-PCA 42, wenn die Schreibstifte am Schlitten 20 installiert sind.
-
Der stationäre PCA 40 leitet Druckdaten, Energie und Grundsignale zum Schlitten-PCA 42. Der stationäre PCA 40 umfaßt eine I/O-Schaltung zum Handhaben von I/O-Aufgaben bezüglich externer Vorrichtungen, wie einem Host-Computer, und eine Daten-/Steuerformat-Schaltung zum Formatieren der von dem Host-Computer über die I/O-Schaltung erhaltenen Daten in einen seriellen Bit-Strom, der zum Schlitten-PCA 42 über den Leiter 44 transportiert wird. Der stationäre PCA 40 weist ferner eine Aufzeichnungsmedium-Steuerschaltung auf, um den Druckertransportmechanismus und die Pendel-I/O-Schaltung anzusteuern und somit Benutzer-Interface-Funktionen für die Betätigungstastatur und das Display des Druckers bereitzustellen.
-
Der stationäre PCA 40 weist ferner eine Schlitten-Positionierschaltung 50 zum Organisieren der Bewegung und der Positionierung des Schlittens 20 über dem Aufzeichnungsmedium auf. Die Schlittenpositionierschaltung 50 bewegt die Pendelanordnung 14 mit einer wählbaren Geschwindigkeit, welche als „Anstiegsgeschwindigkeit” bekannt ist, während des Schwadendruckens auf dem Aufzeichnungsmedium. Die Schlittenpositionierschaltung 50 umfaßt eine Versatzkomponente 52, welche Versatz-Werte zur Anwendung beim Variieren ausgewählter Steuerparameter erzeugt, wie dies im folgenden detaillierter beschrieben ist.
-
Wie eingangs festgestellt, werden perdiodische Schwingungen des Druckers manifest als visuell sichtbare Defekte in den Druckergebnissen, die über einen Druckschwaden etwa in gleichen horizontalen Stellen auftreten. Ein solcher Defekt erscheint als vertikal ausgerichtete Bänder unterschiedlicher Farbtönungen. Die Schlittenpositionierschaltung 50 ist so ausgebildet, daß sie die Effekte von periodischen Schwingungen maskiert bzw. korrigiert. Sie tut dies auf zwei Weisen: (1) durch Variieren der Startposition des Schlittens bei individuellen Schwaden oder (2) durch Variieren der Anstiegsgeschwindigkeit. Diese Maskiertechniken können auch gemeinsam verwendet werden. Beide Techniken, gemeinsam oder getrennt angewendet, helfen zum Verringern visueller Artefakte, die in Druckergebnissen manifest werden, welche durch periodische Schwingungen des Druckers der Pendelbauart erzeugt werden.
-
2 zeigt die Schritte eines ersten Druckverfahrens zum Vermindern von durch periodische Schwingungen erzeugten Fehlern. Die Schritte 60 und 62 sind vorausgehende Schritte, die typisch vor dem Drucken durchgeführt werden. Im Schritt 60 wird eine Startposition für den Schlitten zum Beginnen eines Schwadendruckens definiert. Zum Beispiel startet und stoppt die Schlittenpositionierschaltung 50 bei Tintenstrahldruckern der HP 2000C-Reihe den Schlitten bei etwa 17 mm vom letzten Tintenpunkt entfernt.
-
Im Schritt 62 wird ein Versatzbereich definiert, innerhalb welchem die Startposition variiert werden kann. Vorzugsweise ist der Versatzbereich gleich einer Weglänge, die einem Bruchteil der kritischen Wellenlänge der periodischen Schwingungen entspricht. Bei Tintenstrahldruckern der HP 2000C-Reihe liegen die Schwingungen bei etwa 70 Hz, und die kritische Wellenlänge beträgt etwa 7,2 mm. Demgemäß liegt ein geeigneter Versatz bei etwa 1,8 bis 5,4 mm. Versätze von bis zu 10 mm können mit Erfolg eingesetzt werden.
-
Im Schritt 64 berechnet die Versatzkomponente 52 einen Versatzwert, der innerhalb des definierten Versatzbereiches liegt. Die Versatzkomponente 52 kann zum Versatzwert systematisch oder willkürlich gelangen. Die Schlittenpositionierschaltung 50 bewegt dann den Schlitten in die Startposition plus dem Versatzwert (Schritt 66). Aus dieser modifizierten Startposition bewegt die Schlittenpositionierschaltung 50 den Schlitten über eine Druckschwadenbreite (Schritt 68).
-
Nach Vollenden des Druckschwaden-Durchgangs berechnet die Versatzkomponente 52 erneut einen Versatzwert innerhalb des definierten Versatzbereiches (Schritt 64), und die Schlittenpositionierschaltung 50 bewegt den Schlitten in die definierte Startposition plus den neuen Versatzwert (Schritt 66). Auf diese Weise verändert die Schlittenpositionier-Schaltung systematisch oder willkürlich die Startposition für individuelle Schwaden oder für Schwadensätze. Es sei bemerkt, daß ein Versatz zwischen jedem Druckschwaden oder zwischen Sätzen von Druckschwaden berechnet werden kann.
-
Das Variieren der Startposition verringert dramatisch die Fehlersichtbarkeit von Druckdefekten, welche durch periodische Schwingungen erzeugt sind, weil dadurch die horizontalen Positionen der vertikal ausgerichteten Tönungsbänder unterbrochen werden. Das Bewegen des Schlittens um zusätzliche Versatz-Weglängen hat einen Leistungsnachteil insoweit, als dies geringfügig den Druckerdurchsatz verringert, weil die zusätzliche Bewegung Zeit braucht. Das Vorsehen von Versatz-Weglängen kann auch geringfügig die Produktgröße erhöhen, so daß sich der Schlitten über eine geringfügig größere Strecke bewegen muß. Jedoch gleicht der Vorteil der verbesserten Druckqualität diese Leistungsbegrenzungen aus.
-
3 zeigt die Schritte eines anderen Druckverfahrens zum Verringern der durch periodische Schwingungen erzeugten Fehler. Dieses Verfahren ist insbesondere für Vielfach- oder Mehrdurchgangs-Drucken geeignet, bei welchem der Schlitten mehrere Durchgänge für jeden Druckschwaden macht. Die Schritte 70 und 72 sind vorausgehende Schritte, die typischerweise vor dem Drucken durchgeführt werden. Im Schritt 70 wird eine Anstiegsgeschwindigkeit des Schlittens definiert. Beispielhafte Anstiegsgeschwindigkeiten ermöglichen ein Drucken von 300 dpi (dots per inch) oder 600 dpi.
-
Im Schritt 72 wird ein Versatzbereich definiert, innerhalb dessen die Anstiegsgeschwindigkeit variiert werden kann. Zum Beispiel kann der Versatzbereich 16–20 ips bei einer nominellen Druckgeschwindigkeit von 20 ips betragen. Im Schritt 74 berechnet die Versatzkomponente 52 einen Versatzwert, der innerhalb des definierten Versatzbereiches liegt. Der Versatzwert kann unter Anwendung von systematischen oder willkürlichen Rechenverfahren erreicht werden. Die Schlittenpositionierschaltung 50 bewegt dann den Schlitten mit der definierten Anstiegsgeschwindigkeit plus dem Versatzwert für einen Durchgang des Mehrfachdurchgangs-Schwadens (Schritt 76).
-
Nach Vollenden eines Durchgangs und Vorbereiten auf einen neuen Durchgang des Mehrdurchgangs-Schwadens (Schritt 78) berechnet die Versatzkomponente 52 erneut einen Versatzwert innerhalb des definierten Versatzbereiches (Schritt 74). Die Schlittenpositionierschaltung 50 bewegt den Schlitten mit der definierten Anstiegsgeschwindigkeit plus den Versatzwert für den nächsten Durchgang (Schritt 76). Auf diese Weise variiert die Schlittenpositionierschaltung die Anstiegsgeschwindigkeit systematisch oder willkürlich für jeden Durchgang des Mehrdurchgangs-Schwadens.
-
Die Druckgeschwindigkeiten der verschiedenen Durchgänge sind so gewählt, daß ein maximaler positiver Fehler an einer Stelle eines Durchganges durch einen negativen Fehler an derselben Stelle bei einem anderen Durchgang ausgelöscht wird. Die Wirksamkeit erhöht sich bei einer großen Anzahl von Durchgängen und mit einer entsprechend größeren Variation der Anstiegsgeschwindigkeit von Durchgang zu Durchgang. Die Geschwindigkeitsvariationen sind durch das Ziel etwas begrenzt, den Gesamtdurchsatz des Druckers zu maximieren.
-
Es sei bemerkt, daß ein Versatz zwischen jedem Durchgang oder zwischen Sätzen von Durchgängen bei einem Mehrdurchgangs-Schwaden berechnet werden können.
-
Das Verändern der Anstiegsgeschwindigkeit reduziert dramatisch die Fehlersichtbarkeit von Druckdefekten, welche durch periodische Schwingungen erzeugt sind. Insbesondere führt das Variieren der Anstiegsgeschwindigkeit zu Druckpunkt-Plazierfehlern auf dem Aufzeichnungsmedium, die von Durchgang zu Durchgang hinsichtlich der Frequenz variieren. Die sich ergebenden Tönungsverlagerungen bei jedem Durchgang sind nicht mehr vertikal ausgerichtet und daher schlechter sichtbar.
-
Die Maskier-Techniken können auf verschiedene Weise realisiert werden. Beispielsweise können die in 2 und 3 beschriebenen Schritte als ausführbarer Code im Druckerbetriebssystem untergebracht oder in einem Speichermedium eingespeichert sein (z. B. ASIC, ROM, PROM, EPROM und FPGA). Alternativ können diese Verfahren in der Druckerschaltung verdrahtet angelegt sein.
-
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination wesentlich für die Realsierung der Erfindung sein. Dabei dient die obige Offenbarung lediglich zur beispielhaften Erläuterung und beschränkt nicht den Bereich der Erfindung, welche durch die Ansprüche definiert ist.
