DE2744701A1

DE2744701A1 - Verfahren und anordnung zum regeln der geschwindigkeit von tintentroepfchen in einem tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE2744701A1
Application number: DE19772744701
Authority: DE
Inventors: Donald Frederick Jensen; John Carl Tamulis; Thomas Tomasky; Jack Louis Zable
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-11-11
Filing date: 1977-10-05
Publication date: 1978-05-18
Also published as: US4063252A; GB1577155A; IT1114438B; CA1098160A; JPS5361337A; FR2370521B1; FR2370521A1; JPS577911B2

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504 heb-pi

Verfahren und Anordnung zum Regeln der Geschwindigkeit von Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren und eine dazugehörige Anordnung in Tintenstrahldruckern zum Steuern der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen.

Beschreibung des Standes der Technik

In Tintenstrahldruckern bekannter Bauart werden durch ein Feld beeinflußbare Tröpfchen gebildet und fliegen von einer Düse nach einem Aufzeichnungsträger. Die Tinte wird dabei der Düse unter einem so hohen Druck zugeführt, daß die Tinte aus der Düse als ununterbrochener Strahl austritt. Zur Bildung von Tröpfchen ist an der Düse entweder ein piezoelektrischer oder eine magnetostriktiver Wandler, oder es sind sonstige elektromagnetische Mittel in der Nachbarschaft des Tintenstrahls vorgesehen, durch welche Störungen in dem Tintenstrahl eingeführt werden, wodurch der Tintenstrahl in einzelne Tropfehe von im wesentlichen gleichförmiger Größe und gleichem Abstand zerteilt wird. In der Nähe der Tropfchenbahn angeordnete Steueranordnungen werden entsprechend den DatenSignalen angesteuert und bewirken, daß die einzelnen Tröpfchen zur Darstellung von Information oder Daten auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen. Um sicherzustellen, daß die Tröpfchen an der vorgesehenen Stelle auftreffen, ist es besonders wichtig, daß , die Geschwindigkeit der Tröpfchen, während diese längs ihrer Bahn fliegen, so konstant wie möglich gehalten wird.

Es ist allgemein bekannt, daß die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen für eine gute Druckqualität praktisch konstant ge-

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halten werden muß. Eine Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit von Tintentröpfchen ist in der US-Patentschrift 3 600 offenbart. In dieser Regelschaltung wird die Phasendifferenz zwischen den durch einen Tröpfchendetektor in der Nachbarschaft des Tintenstrahls erzeugten Impulsen und den zur Auf- i ladung der Tröpfchen verwendeten elektrischen Impulsen bestimmt. Ein sich daraus ergebender zeitlich veränderlicher Impuls stellt die Tröpfchengeschwindigkeit dar und wird einem Meßinstrument zugeführt, das so geeicht ist, daß es den Grad und die Richtung der Geschwindigkeitsabweichung anzeigt. Durch Beobachtung dieses Meßinstruments kann der Druck der die Tinte fördernden Pumpe für eine entsprechende Regelung der Tröpfchengeschwindigkeit nachgestellt werden. |

Gemäß einer Veröffentlichung von W.T. Pimbley in IBM Technieali Disclosure Bulletin, Band 16, Nr. 3, August 1973 auf Seite { 984 wird eine Geschwindigkeitskorrektur dadurch erreicht, j daß Phasenunterschiede zwischen den zur Erzeugung von Tropf- j chen an den Tintenstrahl angelegten Impulsen und den von einem Tröpfchendetektor abgeleiteten Impulsen, welcher in einem festen Abstand in Richtung der Bahn des Tintenstromes angebracht ist, bestimmt werden.

Gemäß dem Stand der Technik ist die größte Impulsphasenverschiebung, d.h. die größte Geschwindigkeitsabweichung, für die noch eine genaue Geschwindigkeitskorrektur möglich ist, 180°. Eine andere Art der Betrachtung ist, daß das Tröpfchen dann genau für die ideale Geschwindigkeit mit dem Detektor ausgerichtet ist, wenn der Tröpfchengenerator oder die Aufladeelektrode für das Tröpfchen impulsmäßig angesteuert wird. Tritt bei derselben Tröpfchenfrequenz eine Geschwindigkeitsänderung ein, dann ist das Tröpfchen nicht mit dem Detektor ausgerichtet. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit abnimmt, dann wird das zuvor mit dem Detektor ausgerichtete Tropfchen nicht so weit geflogen sein und sich noch vor dem Detektor

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befinden, wenn der Tröpfchengenerator impulsmäßig angesteuert wird. In gleicher Weise wird eine Geschwindigkeitszunahme zur Folge haben, daß bei einer impulsmäßigen Ansteuerung des Tröpfchengenerators sich das Tröpfchen bereits hinter dem Detektor befindet. Wird eine Geschwindigkeitskorrektur durchgeführt, dann wird das den Detektor am nächsten kommende Tröpfchen mit dem Detektor ausgerichtet. D.h., daß beispielsweise ein zu schnell fliegender Tintenstrom verlangsamt wird und das in der Nähe des Detektors fliegende Tröpfchen dann, wenn der Generator impulsmäßig angesteuert wird, sich in Richtung auf den Detektor bewegen und mit ihm ausrichten wird. Eine genaue Geschwindigkeitskorrektur gemäß dem Stande der Technik läßt sich nur dann durchführen, wenn der Abstand zwischen dem der η-ten Wellenlänge zugeordneten Tröpfchen und dem Detektor kleiner ist als die halbe Tröpfchenwellenlänge zu dem Zeitpunkt, wenn der Tröpfchengenerator oder die Aufladeelektrode impulsmäßig angesteuert wird. Die Korrekturanordnungen für die Geschwindigkeitskorrektur gemäß dem Stande der Technik sind nicht in der Lage, größere Geschwindigkeitsabweichungen zu korrigieren, d.h. eine Geschwindigkeitsabweichung, bei der die Verschiebung mehr als die halbe Wellenlänge beim η-ten Tröpfchenort in bezug auf den Detektor beträgt. Mit anderen Worten, wenn eine sehr starke Geschwindigkeitsabweichung existiert, dann kann die Anzahl der zwischen Tröpfchengenerator und Tröpfchendetektor fliegenden Tröpfchen falsch sein. Eine gemäß dem Stande der Technik durchgeführte Geschwindigkeitskorrektur könnte dann eine Korrektur erzielen für die Anzahl der Tröpfchen, die in dem Tröpfchenstrom vorhanden sein sollte. Es ist somit möglich, daß bisher bekannte Korrektureinrichtungen tatsächlich keinen Geschwindigkeitsfehler anzeigen können, wenn in Wirklichkeit die Anzahl der Tröpfchen im Tröpfchenstrom zur Zeit der Geschwindigkeitsfehlerkorrektur zu klein oder zu groß ist.

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Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein Verfahren und eine Anordnung für die Korrektur von Geschwindigkeitsabweichungen der Tintentröpfchen in einem Tintenstrahldrucker zu schaffen, bei dem auch sehr starke Geschwindigkeitsfehler korrigiert werden können* Dazu soll insbesondere nur ein einzelner Tinten tropf chendetektor benutzt werden. Vorzugsweise soll die Korrektur dabei als Grobkorrektur und Feinkorrektur durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß grundsätzlich dadurch ge- ! löst, daß die Geschwindigkeit eines Tintenstrahls zunächst in j zwei Stufen überprüft wird. Zunächst wird einmal eine Geschwind

digkeitsfeinkorrektur durchgeführt, um sicherzustellen, daß ein Tröpfchen genau mit dem Tröpfchendetektor ausgerichtet ist und dann wird eine Geschwindigkeitsprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob ein großer Fehler vorhanden ist. Ist dies der Fall, dann wird mindestens eine Grobkorrektur der Geschwindigkeit des Tintentröpfchenstrahls durchgeführt, so daß die richtige Anzahl von Tröpfchen sich innerhalb des Bereiches einer halben Wellenlänge bei der η-ten Tröpfchenposition in zug auf den Detektor befindet. Eine zweite Geseiwindigkelfcsüberprüfung für Feststellung eines geringen Geschwindigkeits-Ifehlers mit Feinkorrektur wird dann zur Vervollständigung der !Geschwindigkeitskorrektur durchgeführt.

;Grundsätzlich wird bei der Grob- und Feinkorrektur so vorgegangen, daß das Vorhandensein eines groben Fehlers dadurch I ermittelt wird, daß Tröpfchen mit einer Prüffrequenz erzeugt werden, die eine Harmonische oder Subharmonische der Druck-■ frequenz ist. Wird durch die Prüffrequenz das Vorhandensein ¹ eines großen Geschwindigkeitsfehlers ermittelt, dann wird die Tröpfchengeschwindigkeit einer Grobkorrektur unterzogen. ' I Das Verfahren wird dann weiterhin so durchgeführt, daß nunmehr ^! I

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die Geschwindigkeit des Tröpfchenstrahls bei der Druckfrequenz überprüft wird, um festzustellen, ob noch eine Feinkorrektur erforderlich ist, die dann durchgeführt wird. Die Anordnung zur Durchführung der zweistufigen Geschwindigkeitskorrektur besteht aus einem einzigen Tröpfchendetektor, der eine feste Anzahl von Tröpfchenwellenlängen (λ) vom Punkt der Tröpfchenbildung des durch einen Tröpfchengenerator erzeugten Tröpfchenstromes angeordnet ist. Durch die Steuerschaltung kann ^!der Tröpfchengenerator entweder bei der Druckfrequenz oder einer Prüffrequenz betrieben werden. Ferner sind Schaltmittel !in der Steuerschaltung vorgesehen, durch die festgestellt 'werden kann, ob bei der Prüf- oder Druckfrequenz ein Geschwindigkeitsfehler vorliegt, so daß eine Grobkorrektur oder eine Feinkorrektur der Geschwindigkeit des Tröpfchenstrahls dadurch erreicht werden kann, daß die Pumpe, die den Druck für den Tintenvorratsbehälter liefert, entsprechend eingestellt wird. Die Steuerschaltung enthält ferner noch Mittel, ■ die verhindern, daß eine Geschwindigkeitskorrektur dann auf

ι das nächstgelegene Tröpfchen anspricht, wenn eine Grobkorrektur angezeigt ist.

Auf diese Viel se erhält man eine neuartige Geschwindigkeits- !korrektur für den Tintenstrahl eines Tintenstrahldruckers mit der Möglichkeit einer Grob- und Feinkorrektur. Dadurch wird i aber ein menschlicher Eingriff zum Erzielen einer Grob- oder Feinkorrektur nicht mehr erforderlich. Ferner wird durch die Erfindung erreicht, daß die Geschwindigkeit der Tröpfchen j korrigiert wird, während gleichzeitig sichergestellt wird, | daß in dem Tintenstrahl die richtige Anzahl Tröpfchen mit dem i richtigen Abstand vorhanden sind, wie dies für einen quali- ί tatlv hochwertigen Tintenstrahldrucker erforderlich ist. i

ι Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausfuhrungsbeispielen !

in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen ' beschrieben.

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In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Tintenstrahldruckers

mit einer Geschwindigkeitssteuerung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Grob/Feinregelung

für die Tintenpumpo zur Durchführung einer Grob/reinkorrektur der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen in den Tintenstrahldrucker gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein logisches Blockschaltbild einer zweiten

Ausführungsform einer Grob/Feineinstellregelung für die Tintenpumpe des in Fig. 1 dargestellten Tintenstrahldruckers und

Fig. 4 eine Tabelle zur Darstellung einer Gruppe von

Parametern, die dem besseren Verständnis der Arbeitsweise der Erfindung in Verbindung mit den Ausführungsformen gemiiß Fign. 1 bis 3 dient.

Einzelbeschreibung der Erfindung

In Fig. 1 ist rein schematisch als Blockschaltbild ein mit , magnetischer Tinte arbeitender Tintenstrahldrucker mit einer ^! Düse 10 dargestellt, aus der ein durch ein Magnetfeld beeinflußbarer Tintenstrahl aus ferromagnetischer Tinte unter Druck ; austritt, den eine Pumpe 13 in einem Tintenbehälter 12 erzeugtj Tröpfchen 14 des Tintenstrahls werden durch eine elek- j

tromagnetische Erregung 15 erzeugt, die mit einem vorbestimmten Abstand vor der Düse an einem Punkt angeordnet ist, bevor der Tintenstrahl sich in einzelne Tröpfchen auflöst. Die magnetische Erregung 15 verursacht dabei Störungen in dem

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Tintenstrahl mit einer vorbestimmten Frequenz, so daß sich Tintentröpfchen einer gewünschten Tröpfchengröße und Wellenlänge (d.h. Abstand) bilden. Die Tröpfchenfrequenz und damit die Regelung der Tröpfchenv/ellenlänge wird durch einen Taktimpulsgenerator 16 gesteuert, dessen Impulse die magnetische Erregung 15 ansteuern. Die magnetische Erregung 15 kann in verschiedener Form erfolgen, soll jedoch vorzugsv/eise ein magnetischer Wandler sein, wie er beispielsweise in der US-Patentschrift 3 959 797 vom 25. Hai 1976 beschrieben ist.

Nicht zum Drucken benutzte Tröpfchen werden durch eine magnetische Auswahleinheit 17 nach einem vor dem Aufzeichnungsträger 19 angeordneten Ablauf 18 ausgelenkt. Dabei v/erden an der magnetischen Auswahleinheit 17 elektrische Impulse in zeitlicher Abstimmung mit dem Flug der einzelnen Tröpfchen nach dem Aufzeichnungsträger 19 angelegt. Ein Rasterabtastgenerator 2O liefert ein rasterartiges Abtastsignal an die magnetische Ablenkeinheit 21, so daß die Tröpfchen in einer Richtung senkrecht zur ursprünglichen Flugbahn abgelenkt werden und in einem entsprechenden Datenmuster auf dem Aufzeichnungsträger 19 auftreffen. Der Tintenstrahldrucker entspricht insoweit dem Stande der Technik. Weitere Einzelheiten von Aufbau und Arbeitsweise lassen sich der obengenannten Veröffentlichung im Bedarfsfall entnehmen.

Wie bereits erläutert, ist es absolut notwenig, daß die Anzahl und auch die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen 14 so konstant als möglich gehalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung dient der genauen überwachung der Geschwindigkeit der Tröpfchen zunächst ein Tintentröpfchendetektor 22, der vorzugsweise vor der magnetischen Auswahleinheit 17 und mit einem einer vorgegebenen Anzahl von Wellenlängen entsprechenden Abstand von dem Punkt des Tintenstrahls angeordnet ist, bei dem die Störung der magnetischen Erregung 15,

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gesteuert durch den Taktgenerator 16 nit der Druckfrequenz, angelegt wird. Der Tröpfchendetektor 22, der an sich von beliebiger Ausführungsform sein kann, erzeugt für jedes in Richtung auf den Aufzeichnungsträger 19 an dem Tröpfchendetektor 22 vorbeifliegendes Tintentröpfchen 14 einen elektri- : sehen Impuls. Die bevorzugte Art eines Trüpfchendetektors, wie sie beispielsweise in IBII Technical Disclosure Bulletin Band 16, Nr. 3, August 1973, auf Seite 880 beschrieben ist, verwendet einen optischen Lichtleiter, durch den ein dünner Lichtstrahl über die Bahn des Tintenstrahls nach einem foto- , empfindlichen Halbleiterelement gerichtet wird. Jedes Tröpfchen 14 unterbricht den Lichtstrahl, wodurch in dem Halbleiterelement ein elektrischer Inpuls erzeugt wird. Weitere Einzelheiten über den Aufbau des Tröpfchendetektors lassen sich der obengenannten Veröffentlichung aus IBM Technical Disclosure Bulletin entnehmen.

Die vom dem Tröpfchendetektor 22 gelieferten Impulse werden nach Durchlaufen eines Verstärkers 23, eines Impulskantendetektors 24 und einer monostabilen Kippschaltung 25 einem ersten Eingang einer bistabilen Kippschaltung 26 zugeleitet. Der zweite Eingang der Kippschaltung 26 ist an einer monostabilen Kippschaltung 27 angeschlossen, so daß die bistabile Kippschaltung 26 durch die einzelnen zum Ansteuern der magnetit sehen Erregung 15 benutzen Taktimpulse des Taktgenerators 26 zurückgestellt wird. Die bistabile Kippschaltung 26 erzeugt damit ein zeitlich veränderliches Signal, dessen Dauer j von der Phasenbeziehung zwischen den vom Tröpfchendetektor gelieferten Impulsen und den die Tröpfchen erzeugenden Impulsen abhängt. Dieses in seiner zeitlichen Dauer veränder- j liehe Signal wird einem Filter 28 zugeführt, das das Aus- i gangssignal der Kippschaltung in eine Analogspannung umsetzt, ! deren Amplitude entsprechend der Dauer oder Breite des Ausgangssignals der Kippschaltung schwankt. Die vom Filter 28

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kommende Analogspannung wird mit Bezugsspannungen +V _f verglichen und liefert ein Grob- und ein Feinregelsignal in der gewünschten Richtung zur Nachregelung des über die Purine 13 an den Tintenbehälter 12 abgegebenen Druckes.

Wie bereits erläutert, macht das bevorzugte Verfahren zur Durchführung der Erfindung davon Gebrauch, daß der Tröpfchengenerator, d.h. die magnetische Erregung 15, mit mindestens einer Prüffrequenz betrieben wird, um zu bestimmen, ob die richtige Anzahl von Tröpfchen erzeugt wird, wenn die Tröpfchen mit dem Tröpfchendetektor 22 genau ausgerichtet sind. Die Prüffrequenz ist dabei eine Harmonische oder eine Subharmonische uer Betriebsfrequenz. Sind die Tintentröpfchen sowohl bei der Prüffrequenz als aucli bei der Betriebs- oder Druckfrequenz in Phase mit den Tropf chondete!: tor, dann enthält der Tintenstrahl die richtige Anzahl von Tintentropfeben, so daß keine Grob- oder Feineinstellung erforderlich int. Wenn jedoch nach Durchführung einer Feingeschv.'indj gkeitskorrektur (mit Druckfrequenz) bei der Prüffrequenz eine Phasenverschiebung angezeigt wird, dann stiiint die Anzahl der zwischen magnetischer Erregung 15 und Trörfchendetektor 22 befindliche /inzahl der Tintentröpfchen nicht, und en ist eine größere Geschv/indigkeitsabv/eichung vorhanden. Wenn daher die Geschwindigkeitssteuerung an Ausgang den Filters 28 eine Spannung liefert, die bei einer Prüffrequenz eine Phasenverschiebung anzeigt, dann wird eine Grobkorrektur durch die Pumpenantriebssteuerung 29 an die Pumpe 13 angelegt, da ein Fehler von mehr als einer Wellenlänge vorhanden ist. Nach der Grobregelung wird die Impulsfrequenz des Taktgenerators 16 wiederum auf die Betriebs- oder Druckfrequenz umgeschaltet, da die Grobregelung der Pumpe 13 den Druck soweit eingeregelt hat, daß die Anzahl der Tröpfchen der Anzahl von Wellenlängen zwischen der magnetischen Erregung 15 und den Tröpfchendetektor 22 bei der Prüffrequenz äquivalent ist.

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Nunmehr sollte auch die Anzahl der Tröpfchen bei der Druckoder Betriebsfrequenz gleich der Anzahl von Wellenlängen zwischen magnetischer Erregung 15 und Tröpfchendetektor 22 bei der Betriebsfrequenz sein. Wenn nunmehr das Ausgangssignal des Filters 28 eine Phasenverschiebung anzeigt, dann wird Pumpenantriebssteuerung 29 erneut betätigt und liefert eine Feinregelung an die Pumpe 13, um demgemäß den Pumpendruck zu erhöhen oder zu erniedrigen und damit die Position des η-ten Tröpfchens um einen Betrag von weniger als 180° in der Phase zu verschieben. Die Größe der Grob- und Feinregelung ist mehr oder weniger willkürlich und hängt von den Prüf- und Druckfrequenzen, den gewünschten Betriebseigenschaften einer bestimmten Pumpe und dem Tintenstrahlsystem ab. In dem hier verwendeten Beispiel hatten Grob- und Feinregelung ein Verhältnis von 4 : 1 und die Prüffrequenz war gleich 1,2 mal Druckfrequenz.

Während in vielen Fällen eine vollständige Geschwindigkeitskorrektur mit einer einzigen Folge aus Grob- und Feinregelung erreicht werden kann, können doch Betriebsbedingungen auftreten, bei der eine einzige solche Folge nicht ausreicht. Das kann dann auftreten, wenn die Grobeinstellung in bezug auf die Feineinstellung begrenzt ist und/oder wenn sehr große Fehler auftreten. Ein solcher Fall kann beispielsweise auftreten, wo der Fehler in der Anzahl der Tröpfchen größer als 1 ist. Es können beispielsweise bei einem Abstand zwischen magnetischer Erregung 15 und Tröpfchendetektor von 10 Wellenlängen, wenn der Taktgenerator 16 Impulse mit der Druckfrequenz erzeugt, 8 oder 12 Tröpfchen vorhanden

sein. In diesem Fall kann es erwünscht sein, eine Prüffrequenz anzulegen und mindestens eine Grobkorrektur (mit mindestens einer Feinkorrektur) mehr als einmal zu erzeugen, bis sowohl bei der Prüffrequenz als auch bei der Druckfre-'quenz oder Betriebsfrequenz eine Phasengleichheit festgestellt wird.

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Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt werden kann, daß der erste Schritt die Erzeugung einer Prüffrequenz zur Bestimmung eines groben Geschwindigkeitsfehlers sein kann, so soll doch bevorzugterweise die Prüfung auf einen Geschwindigkeitsfehler mit der Druckfrequenz begonnen und dabei eine oder mehrere Feinregelungen vorgenommen werden, um einen phasengleichen Betriebszustand (ein Tröpfchen ist dem Tröpfchendetektor ausgerichtet) zu erzeugen, wobei nicht notwendigerweise die richtige Anzahl von Tröpfchen vorhanden ist, um anschließend mit einer Prüffrequenz, d.h. einer Harmonischen der Druckfrequenz, zu prüfen, ob noch ein grober Fehler vorhanden ist.

Anhand von Fig. 2 wird die Durchführung der Erfindung für den Fall beschrieben, daß nur eine einzige Grobkorrektur für die Tröpfchengeschwindigkeit durchgeführt wird, so daß jeder noch vorhandene Geschwindigkeitsfehler durch eine nachfolgende Feinkorrektur der Geschwindigkeit beseitigt werden kann, wenn die richtige Anzahl von Tröpfchen vorhanden ist. Wie man aus Fig. 2 erkennt, enthält der Taktgenerator 16 einen Hochfrequenzoszillator 30, der über einen 12-stufigen Zähler 31 und einen 10-stufigen Zähler 32 mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 33 verbunden ist, das ausgangsseitig an der magnetischen Erregung 15 und der monostabilen Kippschaltung 27 angeschlossen ist. Die Zähler 31 und 32 werden durch Regelsignale "Fein" bzw. "Grob" betätigt oder aufgetastet, die von einer äußeren logischen Schaltung, beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage abgeleitet werden können. Wenn eine Grobkorrektur erwünscht ist, wird der Zähler 32 durch ein Grobßignal betätigt, während der Zähler 31 abgeschaltet wird. (Andererseits wird der Zähler 32 eingeschaltet und Zähler 31 für eine Feinkorrektur gesperrt.) Der Zähler 31 wird zum Anlegen von Impulsen mit der Druckfrequenz an die magnetische Erregung 15 und an die bistabile Kippschaltung 26 ausgewählt,

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während der Zähler 32 zum Anlegen einer Prüffrequenz, die höher ist als die Druckfrequenz, ausgewählt wird. In der hier gezeigten Anordnung, bei der der Abstand zwischen magnetischer Erregung 15 und dem Tröpfchendetektor 22 insgesamt 10 Wellenlängen bei der Druckfrequenz entspricht, ist die ausgewählte Prüffrequenz um 20% höher als die Druckfrequenz. Bei der richtigen Tröpfchengeschwindigkeit mit der durch den Taktgenerator 16 erzeugten Druckfrequenz fliegen somit 10 Tröpfchen mit gleichmäßigem Abstand zwischen magnetischer Erregung 15 und Tröpfchendetektor 22. Angenommen, es seien tatsächlich 10,3 Tröpfchen. Dann zeigen die vom Tröpfchendetektor 22 abgeleiteten Impulse und die über den Taktgenerator 16 an den Zähler 32 abgegebenen Impulse über die bistabile Kippschaltung 26 und das Filter 23 einen Phasenfehler von 108°, d.h. 0,3 χ 360° an. Da der Phasenfehler weniger als 180° ist, ist nur eine Feinregelung des von der Pumpe 13 gelieferten Druckes notwen- j ig, damit die Geschwindigkeitskorrektur vorgenommen werden kann. !

Wie man weiterhin aus Fig. 2 erkennt, enthält "die Pumpenan- I triebssteuerung 22 einen Pumpenantrieb 34, der aus der Aus- j gangsspannung des Filters 28 eine Feinregelung macht, wenn , nicht von dem Analog/Digital-Wandler 35 eine weitere Vorspannung V_n zugeführt wird. Bei der Feinregelung wird V_n auf > ein Bezugspotential eingestellt, das der Ausgangsspannung j des Filters 28 keine weitere Spannung hinzufügt. Bei der ' Grobeinstellung wird die Amplitude von V in Richtung und Größe abhängig von den aus der Verstärkung der Ausgangsspannung durch den Verstärker 37 mit Verstärkungsfaktor 5 gewonnenen Eingangssignalen geändert, die dem Analog/Digital-Wandler 36 zugeführt und nach einem Digital/Analog-Wandler 35 durchgeschaltet werden, wenn ein vom ODER-Glied 38 kommendes Kurzzeitsignal auftritt. Die Grobregelung wird weiter dadurch

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erreicht, daß die Ausgangsspannung des Filters 28 den Vergleichsstufen 39 und 40 zugeleitet v/ird. Eine Vergleichsspannung + Vf liegt an der Vergleichsstufe 29, und eine Vergleichsspannung - V _f liegt an der Vergleichsstufe 40. Die Vergleichsspannung + V _f ist dabei gerade unterhalb der kleinsten Fehlerspannung für eine einzige Wellenlänge eingestellt, so daß das überschreiten einer jeden Bezugsspannung durch die vom Filter 28 gelieferte Spannung eine Anzeige für die Richtung und Größe der Abweichung liefert. Um sicherzustellen, daß eine grobe Fehlerkorrektur erfolgt und daß die Korrektur nicht durch die nächstmögliche Feinkorrektur eingefangen wird, ist die monostabile Kippschaltung 41 für die Grobregelung so ausgelegt, daß die Analog/Digital- und Digital/Analog-VJandler 36 und 35 lange genug eingeschaltet bleiben und ihre Vorspannung V_n solange für eine Änderung des Druckes der Pumpe 13 anlegen, bis die Änderung jenseits einer möglichen Feinkorrektur liegt, bevor das ganze abgeschaltet wird.

Die Einzelheiten der Grob /Feinkorrektur gemSß Fig. 2 lassen sich wohl besser anhand des nachfolgenden Beispiels verstehen. Es sei angenommen, daß für die ideale Geschwindigkeit und Druckfrequenz der Abstand zwischen magnetischer Erregung '15 und Tröpfchendetektor 22 auf 10 Wellenlängen eingestellt ; ist. Für eine Feinregelung betätigt ein Signal "Fein" den iTaktgenerator 16, der Taktimpulse über Zähler 31 und ODER- ! Glied 33 an die magnetische Erregung 15 abgibt, so daß die i Tröpfchen mit der Druckfrequenz erzeugt werden. Die vom Takt- | generator 16 kommenden Impulse schalten außerdem die bistabile Kippschaltung 26 ein, die wiederum durch die vom Tröpfchendetektor 22 kommenden Impulse zurückgestellt wird. Das Aus- ; gangssignal der Kippschaltung 26 wird durch das Filter 28 in ; eine Spannung umgesetzt, deren Amplitude die Größe des Pha- j senfehlers in den Tröpfchen darstellt. Es sei beispielsweise J angenommen, daß über den Abstand von 10 Wellenlängen 10,3 |

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Tröpfchen auftreten. Das System arbeitet nach Art einer pha- :senstarren Schleife und kompensiert einen Phasenfehler von 1OG in Abhängigkeit von einer vom Filter 28 kommenden Steuer- ;spannung, die solange als Feinregelung dem Pumpenantrieb 34 zugeleitet wird, bis 10,0 Tröpfchen in diesem Zwischenraum liegen. Während das Grobsignal abgeschaltet ist, tritt am ;Pumpenantrieb 34 keine vom Digital/Analog-Wandler 35 stammende Vorspannung V auf.

Wenn jedoch die Geschwindigkeit sich um 10% verringerte, dann wären über dem Abstand von 10 Wellenlängen tatsächlich 11 ,Tröpfchen vorhanden, was den gleichen Phasenfehler ergeben

;würde wie 10 Tröpfchen. Um nun zu bestimmen, ob auch die I richtige Anzahl von Tröpfchen vorhanden ist, wird die Frequenz des Taktgenerators 16 dadurch erhöht, daß dem Zähler 32 des ι Taktgenerators 16 ein Grobkorrektursignal zugeleitet wird, während gleichzeitig das dem Zähler 31 zugeleitete Feinkorrektursignal abgeschaltet wird. Die Prüffrequenz ist um 20% höher als die Druckfrequenz, so daß nunmehr in dem Zwischenraum zwischen magnetischer Erregung 15 und Tröpfchendetektor 22 13,2 Tröpfchen erzeugt werden. Wie man aus der Tabelle in Fig. 4 erkennt, ergibt dies einen kleinsten Phasenfehler von 72°. Der kleinste Phasenfehler für Grobkorrektur entspricht einem Fehler von einem Tröpfchen während der Feinkorrektur. (Derselbe kleinste Phasenfehler wird für eine Tröpfchenzählung von 10,8 erreicht (9 Tröpfchen in der Feinkorrektur), nur daß hier die Korrektur negativ ist, -72°.)) Ist das Filter so eingestellt, daß eine Verschiebung um 72 etwa 0,2 V entspricht, dann entspricht eine Phasenverschiebung von -72° -0,2 V. Die Schwellwertamplituden von + V- an den Vergleichs stufen 39 und 40 werden gerade unterhalb +0,2 Volt eingestellt, so daß dann, wenn dieser Schwellwert durch die Ausgangsspannung des Filters 28 überschritten wird, die Notwendigkeit einer Grobkorrektur in der Richtung derjenigen Span-

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nung angezeigt wird, die überschritten wurde. Für eine Tröpfchenanzahl von 13,2 wird die Bezugsspannung +V _f überschritten, wodurch die Vergleichsstufe 39 angeschaltet wird. Das von der monostabilen Kippschaltung 41 und von der Verzögerungsschaltung 42 kommende Signal ist lang genug eingestellt, damit der Digitalwert aus den Analog/Digital-Nandler 36 zu dem Zeitpunkt ausgelesen werden kann, zu dem ein Fehler von + 0,2 V vorhanden ist. Es sei darauf verwiesen, daß der im Analog/Digital-Wandler 36 enthaltene Wert das Produkt der aus dem Verstärker 37 kommenden Spannung mit der vom Filter 28 abgeleiteten Phasenfehlerspannung ist, nämlich 5 χ 0,2 = 1,0 Volt. Diese Spannung zusammen mit der vom Filter 28 kommenden Spannung (insgesamt also 1,2 V) ist die Größe der Korrektur, die dann 12 Tröpfchen erzeugt. Die vom Digital/Analog-Wandler 35 kommende Korrekturvorspannung V_D liefert zusammen

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mit der vom Filter 28 kommenden Spannung eine Grobkorrekturspannung an den Pumpenantrieb 34, der die Pumpe 13 in der Weise antreibt, daß sich der Druck dahingehend verändert, daß die Geschwindigkeit des Tintenstrahls grob solange verändert wird, bis die Tröpfchenzahl auf 12 abgenommen hat. Nach einer von der Ansprechzeit der Pumpe 13 und der Dauer des an der monostabilen Kippschaltung 41 anliegenden Grobkorrektursignals abhängigen Zeit wird das Grobkorroktursignal abgeschaltet und das Feinkorrektursignal eingeschaltet, um die Feingeschwindigkeitskorrektur des Zyklus einzuleiten.

,Bei der Grobkorrektur arbeiten der Analog/Digital- und der ,Digital/Analog-Wandler 36 und 35 als Haltestufen. Das ist !notwenig, um ein Abfallen der Tröpfchenzahl unter 13,0 zu erzwingen. Bei einer Tröpfchenzahl von 13,0 ist der durch die vom Detektor 22 und vom Taktgenerator 16 kommenden Impulse, die über die Kippschaltung 26 und das Filter 28 weitergeleitet werden, dargestellte Phasenfehler Null und liefert im Ergebnis Null am Analog/Digital-Wandler 36. Ohne Verwendung der ' 'monostabilen Kippschaltung 41 zum Abschalten des Analog/Digi-

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Ital-Uandlers 36 würde die Grobkorrekturschleife bei 13_fO

:Tröpfchen einrasten. Die für das Grobkorrektursignal festge-I legte Zeit T_n ist lang genug, um sicherzustellen, daß die ^!Pumpe 13 die Grobkorrektur durchführen konnte. Die Verzögeirungsschaltung 42 verhindert eine falsche Unterscheidung durch die Vergleichsstufen 39 und 40. Der Phasenfehler muß auch des- :wegen gehalten werden, damit die für eine Grobkorrektur der Pumpe zugeleitete Vorspannung V_R gehalten wird, da der Bereich 'der Ausgangsspannung des Filters 28 für die Feinkorrektur relativ schmal ist.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein grober Phasen-'fehler durch eine Reihe von Grob- und Feinkorrekturen korri-■ giert. Für eine bequemere Beschreibung soll dieses Verfahren als 3/4-Tröpfchen-Verfahren bezeichnet werden, da eine Grob-I korrektur eine Geschwindigkeitsänderung erreicht, die einer

!Tröpfchenphasenverschiebung um 3/4 einer Tröpfchenwellenlänge entspricht. Man könnte auch andere Verfahren mit anderen Grobkorrekturen von mehr oder weniger als 3/4 einer Tröpfchenwellenlänge vorsehen, vorausgesetzt, daß die Grobkorrektur eine Tröpfchenphasenverschiebung von mehr als 1/2 Wellenlänge der Tröpfchen erreicht.

Wie man aus Fig. 3 erkennt, sind in der Grobkorrekturschleife die Klemmen der Verriegelungsschaltungen 43 und 44 an den Ausgängen der die Richtung der Geschwindigkeitsabweichung anzeigenden Vergleichsstufen 39 und 40 angeschlossen. Die Ausgänge der Verriegelungsschaltungen 43 bzw. 44 sind über monostabile Kippschaltungen 45 bzw. 46 und Verzögerungsschaltungen 47 bzw. 48 an UND-Gliedern 49 bzw. 50 angeschlossen. Die zweiten Eingänge der UND-Glieder 49 und 50 sind miteinander verbunden und dienen der Aufnahme eines von außen kommenden Feinkorrektursignals. Der Digital/Analog-Wandler 52 decodiert den Zählerstand eines Aufwärts/AbwärtsZählers 51 und liefert eine Grobkorrekturspannung V_n an den Pumpenantrieb

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34. Bei jeder Veränderung des Zählerstandes im Zähler 51 verändert sich die Vorspannung V auf einen Pegel, der einer Veränderung der Tröpfchenposition um eine 3/4 Tröpfchenwellenläng* entspricht. Die Spannung V ändert zusammen mit der vom Filter 28 kommenden Spannung die Tröpfchenposition um_+1/4 Wellenlänge.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäß aufgebauten Schaltung gemäß Fig. 3 ist unter der Annahme eines Abstandes zwischen magnetischer Erregung 15 und Tröpfchendetektor 22 von 10 Wellenlängen wie folgt. Es sei angenommen, daß mit einem Tröpfchenzählerstand von 12 gearbeitet wird. Die Feinkorrektur würde ergeben, daß kein Phasenfehler vorhanden ist (vergleiche Fig. 4). Die Einleitung einer Grobüberprüfung ergibt wiederum eine Impulsfrequenz des Taktgenerators 16, durch die die magnetische Erregung 15 14,4 Impulse erzeugt, wie dies die Tabelle in Fig. 4 zeigt. Nach einer durch die Verzögerungsschaltung 42 bewirkten Verzögerung wird der Schwellwert + V- überschritten, so daß die Verriegelungsschaltung 43 die monostabile Kippschcltung 45 einschaltet, die einen Impuls erzeugt, der in der Verzögerungsschaltung 47 verzögert wird. Während der durch die Verzögerungsschaltung 47 bewirkten Verzögerung wird ein Feinkorrektursignal den UND-Gliedern 49, 50 und 54 zugeleitet. Wenn dieses Feinkorrektursignal anliegt, dann wird der von der Verzögerungsschaltung 47 kommende Impuls nach dem Zähler 51 durchgelassen, der um eine Position rückwärts zählt. Dadurch wird im Digital/Analog-Wandler 52 die Auegangsspannung um eine Stufe verringert, wodurch die Grobkorrekturspannung V um einen festen Betrag verringert wird, der 3/4 Tröpfchenwellenlänge entspricht. Gleichzeitig wird durch ein von der Verzögerungsschaltung 47 über das ODER-Glied 53 und das UND-Glied 54 ankommendes Signal die Verriegelungsschaltung 55 zurückgestellt. Wegen der durch die Verzögerungsschaltung 57 verursachten Verzögerung kommt

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das Feinkorrektursignal an dem UND-Glied 56 an, wenn die Ver-■ riegelur.gsschaltung 55 negativ ist, so daß die UND-Bedingung für das UND-Glied 56 nicht erfüllt ist, und eine v/eitere Grobkorrektur durchgeführt werden muß. Damit wird zunächst ;das System von einer Tröpfchenzahl von 12,5 auf 10,85 korrigiert (d.h. 12 - 0,75 - 0,4). Das Feinkorrektursignal beiwirkt, daß die Pumpe die Tröpfchengeschwindigkeit auf 1t Tröpfchen für die Strecke zwischen magnetischer Erregung va\& [Tropfchendetektor verringert, da jedoch die Verriegelungsschaltung 55 negativ ist, kann von dem UIJD-Glied 56 kein Signal an die Außensteuerung abgegeben werden, daß mit dem !Drucken fortgefahren werden kann, so daß die Grobkorrektur dadurch wiederholt wird, daß ein weiteres Grobkorrektursignal an den Taktgenerator 16 und das ODER-Glied 57 abgegeben wird.

ι Wiederum zählt der Zähler 51 um eins nach unten und bewirkt I damit eine weitere Korrektur um 3/4 Wellenlänge mit einer

Tröpfchenanzahl von 10,05 (0,2 V vom Filter 28), so daß dann i
beim Auftreten eines Feinkorrektursignals die Tröpfchenanzahl auf 10 korrigiert wird. Das UND-Glied 56 sperrt nach wie vor die Abgabe eines Drucksignals an die Außensteuerung, da die Verriegelungsschaltung 55 am Eingang des UND-Gliedes 56 zurückgestellt bleibt, so daß eine weitere Grobsignalkorrektur angezeigt i3t. In diesem Fall bleibt die Verriegelungsschaltung 55 eingestellt und das nächste dem UND-Glied 54 zugeführte Feinkorrektursignal stellt die Verriegelungsschaltung 55 zurück, wodurch ein Signal mit einem hohen Potential an das UND-Glied 56 abgegeben wird, das nunmehr nach der Außensteuerung ein Drucksignal abgibt.

Obgleich hier die Prüffrequenz zu 12O% der Druckfrequenz gewühlt worden ist, können auch andere Frequenzen zum Feststellen grober Geschwindigkeits- oder Frequenzabweichungen, abhängig von den Systemparametern und dem gewünschten Betriebsbereich, gewählt werden. Eine Prüffrequenz von 120% der

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Betriebsfrequenz oder Druckfrequenz liefert für die hier beschriebenen Systemparameter eine Grobfehlerkorrektur über den Bereich von + 2 Tropfchenv/ellenlängen, vie dies aus der Tabelle in Fig. 4 hervorgeht. Eine Fehlerkorrektur für + 4 Tropf chenv/ellenlängen könnte dadurch erreicht vzerden/ daß man die Prüf frequenz zu 110% der Druckfrequenz wählt.

Somit erkennt man, daß durch die Erfindung ein neues Verfahren und eine jaeue Anordnung für die Korrektur grober Abweichungen in der Geschwindigkeit der Tröpfchen eines Tintenstrahldruckers geschaffen wurde.

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L e e r s e i f e

Claims

P A T Σ N T A W SPF.ÜC Π E

Verfahren zum überwachen und Einregeln der Geschwindigkeit eines Tintenstrahls in einen Tintenstrahldrucker innerhalb eines vorgegebenen Gesclwindigkeitsbereichc, bei welchem ein kontinuierlicher Strahl von Tintentröpfchen dadurch längs einer Bahn auf einen Aufzeichnungsträger gerichtet wird, daß Tinte unter Druck einer Düse zugeführt und der Tintenstron durch Einführen von Störungen in Tintentrüpfchen mit gleichförmiger Frequenz aufgelöst wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

Abfühlen der einzelnen Tintentröpfchen hinter der Düne und Ableiten eines der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen entsprechenden Signals;

Bestürmen, ob eine Grobabweichung von der Sollgeschv indigkeit der Tintentröpfchen in dem Strahl vorliegt und Korrektur der abgefühlten Abweichungen der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen durch eine Grobkorrektur rrdt anschließender Feinkorrektur des Druckes bei der Zu- I fuhr von Tinte an die Düse, falls eine größere Geschwin-; digkeitßabweichung festgestellt wurde.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Feststellung einer größeren Geschwindigkeitsab- j weichung in der Ueise durchgeführt wird, daß zunächst j Tintentröpfchen mit einer von der Betriebs- oder Druck- I frequenz abweichenden Frequenz erzeugt werden und daß dann zumindest eine Grobkorrektur des Druckes der Pumpe durchgeführt wird, wenn bei der ersten Frequenz eine Geschwindigkeitsabweichung vorhanden ist.

3. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und 2 mit einer Servoschaltung zum Über-

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ORIGINAL INSPECTED

wachen und Aufrechterhalten einer in wesentlichen konstanten Geschwindigkeit des als kontinuierlicher Strom von Tintentröpfchen unter dem Druck einer Pumpe aus einer Düse austretenden, nach einem Aufzeichnungsträger gerichteten Tintenstrahls, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nachbarschaft des Tintentröpfchenstrahls (14) ein Tröpfchendetektor (22, 23, 24, 25, 26, 20) zur Ableitung eines der Richtung und Größe einer /_;hv^Teichung der Geschwindigkeit des Tröpfchenstrahls von einer vorgegebenen Geschwindigkeit entsprechenden Pignals durch Abfühlen der einzelnen Tintentröpfchen vorhanden ist, und daß eine Pumpenantriebssteuerung (29; Fig. 3) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von dem Richtungssignal j selektiv aufeinanderfolgende Grob- und FeinkorreJituren j des durch die Pumpe (13) der Tinte (12) zugeführten Druk-f

kes bewirkt, wenn eine größere Geschwindigkeitsabv:eichung vorhanden ist, so daß dadurch die Geschwindigkeit des Tintenstrahls im wesentlichen konstant gehalten wird

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung einer größeren Geschwindigkeitsabweichung eine Pumpenantriebssteuerung (29; Fig. 3) mit zwei die Richtung der Abweichung anzeigenden Vergleichsstufen (39, 40) vorgesehen sind, die bei einer größeren Abweichung eine Grobkorrektur des durch die Pumpe (13) erzeugten Druckes bewirken, daß ferner Schaltmittel (30, 32, 33) zur Erzeugung einer von der Betriebsfrequenz abweichenden Prüffrequenz für eine überprüfung vorgesehen sind, ob auch bei der Prüffrequenz eine Abweichung der Geschwindigkeit vorliegt, und daß dabei mindestens eine Grobkorrektur im Druck der Pumpe durchführbar ist, wenn die Geschwindigkeitsabweichung auch bei der Prüffrequenz vorhanden ist.

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