DE3237797A1

DE3237797A1 - Verfahren und fluessigkeitsstrahlschreiber zur erzeugung mindestens zweier getrennt liegender punkte auf einem aufzeichnungstraeger

Info

Publication number: DE3237797A1
Application number: DE19823237797
Authority: DE
Inventors: Bruno Dr.-Ing. 17560 Järfälla Slettenmark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-04-12
Also published as: US4553147A; JPS5988619A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (f Unser Zeichen
Berlin und München ' VPA 82 P 7317 DE

Verfahren und Flüssigkeitsstrahlschreiber zur Erzeugung mindestens zweier getrennt liegender Punkte auf einem Aufzeichnungsträger

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung mindestens zweier getrennt liegender Punkte auf einem Aufzeichnungsträger eines Flüssigkeitsstrahlschreibers, bei dem aus einer Düse kontinuierlich Schreibflüssigkeit mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit in Richtung auf den Aufzeichnungsträger gespritzt wird und zum Wechsein zwischen den Punkten die Düse mit hoher Geschwindigkeit um einen dem Abstand zwischen den Punkten entsprechenden Winkel ausgelenkt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Flüssigkeitsstrahlschreiber zur Durchführung dieses Verfahrens.

Flüssigkeitsstrahlschreiber sind sowohl für medizinische als auch technische Anwendungsbereiche zur Aufzeichnung von Signalen mit Frequenzanteilen über einem kHz bekannt. Wesentlicher Bestandteil des Schreibers ist dabei eine dünne Glaskapillare, an der ein kleiner Permanentmagnet befestigt ist. Das Ende dieser Kapillare ist um etwa 90° gebogen und zu einer Düse ausgezogen. Ueber ein Pumpensystem wird kontinuierlich Schreibflüssigkeit durch die Düse auf ein in Abstand dazu ange-

30ordnetes Aufzeichnungspapier gespritzt, welches sich im einfachsten Fall mit vorgegebener Geschwindigkeit bewegt. Das aufzuzeichnende Signal wird an eine Ablenkspule gelegt, die den Permanentmagneten und damit die Kapillarspitze auslenkt. Die Torsionskraft der Glaska-

35pillare stellt die Rückstellkraft für das Oszillations-

GdI 1 Een / 5.101982

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system dar. Dieses ist zu Dämpfungszwecken zumindest teilweise in Öl gelagert, um gewünschte dynamische Verhältnisse zu erhalten. Im einfachsten Fall werden mit Hilfe eines derartigen Flüssigkeitsstrahlschreibers kontinuierliche Messkurven wie beispielsweise EKGoder EEG-Signale aufgenommen.

Mit Hilfe der sogenannten Geschwindigkeitsmodulation, deren Prinzip beispielsweise aus der DE-A 243^905 bekannt ist, konnte die Anwendung des Flüssigkeitsstrahlschreibers auch auf die Aufzeichnung von alpha-numeischen Zeichen oder die simultane Aufzeichnung mehrerer Signale mit einem Schreiber ausgedehnt werden. Wesentliches Merkmal dafür ist, dass der Flüssigkeitsstrahl sequenziell zwischen den Positionen, bei denen eine Aufzeichnung vorgenommen werden soll, springt. Sollen beispielsweise zwei in Abstand voneinander angeordnete Punkte aufgezeichnet werden, so verweilt der Strahl eine kurze Zeitspanne (beispielsweise 100 us) in diesen Positionen. Den Zwischenraum zwischen den beiden Punkten überstreicht der Strahl so schnell wie möglich, um den durch den kontinuierlichen Flüssigkeitsausstoss erzeugten Untergrund zu minimieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine wesentliche Steigerung der Aufzeichnungsqualität und zusätzlich eine Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung basiert dabei auf der überraschenden Erkenntnis, dass es trotz der wegen der Trägkeit des mechanischen Systems endlichen Sprunggeschwindigkeit zwischen den aufzuzeichnenden Punkten möglich ist,den unerwünschten,

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durch die Schreibflüssigkeit verursachten Untergrund zu vermeiden. Die Schreibflüssigkeit, die früher auf dem Weg von einem Aufzeichnungsort zum anderen verlorenging und den störenden Unterrgrund bildete, wird nun vorteilhafterweise zu dem Ort gelenkt, an dem eine Aufzeichnung vorgenommen werden soll. Dadurch wird der Kontrast erhöht und die Kantenschärfe verbessert.

Da nunmehr auch die ansonsten verlorengegangene Schreib-TO flüssigkeit zur Aufzeichnung beiträgt, wird mit einer kürzeren Verweildauer der Düsen in Richtung auf .den für die jeweilige Aufzeichnung vorgesehenen Ort eine ausreichende Schwärzung erreicht. Das bedeutet, dass auch die Aufzeichnungsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden kann.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Düse beim Wechsel von einem Aufzeichnungsort zum anderen nun nicht mehr mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, sondern gemäss einer Zeitfunktion geschwenkt. Eine einfache Methode, eine derartige Zeitfunktion einzustellen, besteht darin, die Parameter des Flüssigkeitsschreibers wie Länge der Düse, Geschwindigkeitskomponente der Flüssigkeit in Düsenachsenrichtung, Resonanzfrequenz des Schreibsystemes und Dämpfungsfaktor des Systemes entsprechend aufeinander abzustimmen. Ein Vorteil mit einer derartigen Abstimmung besteht darin, dass weiterhin ein einfaches stufenförmiges Ablenksignal zur Auslenkung der Düse verwendet werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich oder alternativ vorgesehen, das Treibsignal zur Auslenkung der Düse zur Erzeugung der gewünschten Zeitfunktion der Auslenkung zu verwenden. Dabei kann dieses Treibsignal in einem Rechenwerk "on line" ermittelt oder

BAD

4/ί 1 ^{VPA 82 p 7317 DE}

aus einem Speicher abgerufen werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft auch möglich, nicht lineare oder nicht klassische Dämpfungsmedien zu verwenden, um die Auslenkung des Schreibsystemes der idealen Zeitfunktion anzupassen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die jeweilige Düsenlage als Rückkoppelsignal einem Regelsystem als Istgrösse zuzuführen, dem als Sollwert die ideale Kurve vorgegeben ist. Mit Hilfe eines derartigen geschlossenen Regelkreises kann die Führung der Düse exakt der gewünschten Zeitkurve angepasst werden, ohne das Rücksicht auf die mechanischen Parameter des Systemes genommen zu werden braucht.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen, die im folgenden anhand von 7 Figuren näher beschrieben und erläutert werden. Dabei zeigt bzw. zeigen

Fig.1 eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitsstrahlschreibers gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine geometrische Darstellung des erfindungs-

gemässen Verfahrens,
25

Fig. 3 die zeitliche Auslenkung der Düse des Flüssigkeitsstrahlschreibers

Fig.4 - 6 unterschiedliche Zeitverläufe des Treibsignales für die Auslenkung der Düse und

Fig.7 ein mögliches Anwendungsbeispiel.

Figur 1 zeigt im wesentlichen einen bekannten Flüssigkeitsstrahlschreiber, bei dem Flüssigkeit aus einem Vor-

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ratsbehälter 1 mittels einer Pumpanordnung 2 über eine Leitung 3> die gegebenenfalls eine Druckregulierstufe 4 enthält, und ein Filter 5 zur Kapillare 6 gelangt. Die Kapillare ist am vorderen Ende um etwa 90° abgewinkelt und endet in einer Düse 7. An der Kapillare, die aus einem dünnen Glasrohr besteht, ist ein Permanentmagnet 8 befestigt. Dieser Teil der Kapillare mit dem Magneten befindet sich in einem Gehäuse 9 mit einem Dämpfungsmedium, beispielsweise öl. Aus der Düse

TO 7 wird ständig Schreibflüssigkeit 10 in Richtung auf einen Aufzeichnungsträger 11 gespritzt. Dieser besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer über Rollen geführten und mit vorgehbarer Geschwindigkeit bewegten endlosen Papierbahn 12. Als Beispiel ist in der Figur 1 angenommen, dass ein elektrisches Signal an einem Menschen 20 abgegriffen und aufgezeichnet werden soll. Das Signal wird über einen Vorverstärker 21 und einen Endverstärker' 22 an eine Spule 23 gelegt. Ein Eisenkern 24, in dessen Spalt sich die Kapillare 6 mit dem Permanentmagneten 8 befindet, verstärkt das durch die Spule erzeugte Magnetfeld und lenkt die Düse entsprechend dem angelegten Signal aus. Die Rückstellkraft ist durch die Torsionssteifigkeit der Glaskapillare festgelegt.

Im vorliegenden Fall sei nun angenommen, dass vom Menschen 20 gleichzeitig zwei unterschiedliche Signale abgegriffen werden, deren Verläufe aufgezeichnet aufgezeichnet werden sollen. Das geschieht mit Hilfe einer Treiberstufe 25, z.B. einem Chopper, mit deren Hilfe der Flüssigkeitsstrahl mit einer genügend hohen Frequenz, beispielsweise 500 Hz, zwischen den beiden aufzuzeichnenden Signalverläufen hin- und herspringt. Auf dem Aufzeichnungsträger 11 ist dieser Verlauf schematisch angedeutet. Wie dabei err'eicht wird, dass die

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Schreibflüssigkeit nur im Bereich der aufzuzeichnenden Kurven auf den Aufzeichnungsträger gelangt und beim Springen zwischen diesen keine störende Untergrundschwärzung hervorruft, wird anhand der nachfolgenden Figuren ausführlich erläutert.

Anhand der Figur 2 soll das Prinzip näher erläutert werden. Zur Erleichterung des Verständnis und um eine Berechnung der Verhältnisse übersichtlich zu gestalten, ist angenommen, dass das Aufzeichnungspapier 12 zylindrisch gebogen und konzentrisch zur Drehachse 17 der Düse 7 angeordnet ist. Die Papierbewegung liegt senkrecht zur Zeichenebene. Aufgezeichnet werden sollen nun zwei Punkte I bzw. II. Die Düse 7 ist dabei zunächst, wie gestrichelt angedeutet, in Richtung auf den Punkt I gerichtet und hat dabei eine Winkelstellung ψ τ· Di^e Düse 7 soll nun schnell aus dieser Position um einen Winkel ψ gedreht werden, der dem Abstand zwischen den beiden aufzuzeichnenden Punkten I und II entspricht. Die Länge der Düse ist mit a bezeichnet. Der Flüssigkeitsstrahl, der die Düse verlässt, besitzt in Richtung der Düsenachse aufgrund des ausgeübten Druckes eine Geschwindigkeitskomponente ν Verursacht durch Instabilitäten und Oberflächenspannung in der freien Flüssigkeitssäule bricht der Flüssigkeitsstrahl automatisch und kurz nach dem Austritt aus der Düse 7 in eine Kette einzelner Tropfen ähnlich einer Perlenkette auf. Es sei nun angenommen, dass zu einer Zeit t die Düse 7 eine Auslenkgeschwindigkeit von ψ (t) besitzt und damit eine transversale Geschwindigkeit .{"v". j = a-ti?(t) . Diese transversale Geschwindigkeit muss vektoriell zu der Geschwindigkeit in Düsenrichtung ν addiert werden. Damit ergibt sich z.Zt. t eine resultierende Geschwindigkeit T_r für den zum Zeitpunkt t die Düsenöffnung verlassenden Tropfen. Dieser Tropfen trifft im Punkt II

~>- _ΛΓ, VPA 82 P 7317 DE
- /τ - ΛΌ.

auf das Aufzeichnungspapier 12 und nicht im Punkt II', auf den die Düse gerichtet ist. Das Wesentliche des erfindungsgemässen Verfahrens ist nun, die Winkelgeschwindigkeit ψ (t) beim Uebergang von I zu II stets so zu wählen, das zu jedem Zeitpunkt t die resultierende Geschwindigkeit der entsprechenden Flüssigkeitströpfchen in Richtung auf den Punkt II gerichtet ist. Durch die hier vorgenommene besondere Anordnung des Aufzeichnungspapieres 12 ist die im folgenden andeutungsweise abgeleitete Zeitfunktion ψ von t exakt für alle Abstände zwischen zwei aufzuzeichnenden Punkten und für alle Startpositionen der Düse. Auch wenn im praktischen Betrieb die Aufzeichnungsebene plan ist und die Ableitung dahingehend korrigiert werden muss, sind diese Korrektionen so geringfügig, dass sie üblicherweise vernachlässigt werden können.

c/?(t) ergibt sich zu ψ (t) = {ψ(ί')άί'

,,\ /λ /μ ι Q- φ(ν

O ρ

für t = eO wirdCP=y= γ _iLy τ ί_* y ι ν - T¹V' ~*' ~ ~J V

daraus ergibt sich zum Anfangszeitpunkt t = 0

9,"^lrci3^Jt

woraus folgt

iXs-I- a te i

y(t) berechnet sich schliesslich daraus zu

φ(ί) =

In Figur 3 ist der zeitliche Verlauf Ψ(ί) über der Zeit

BAD ORIGINAL

^{νρΑ 82 ρ 7317 DE}

t dargestellt. Gestrichelt ist dabei annähernd der ideale Verlauf angegeben. Diese Funktion hat zum Zeitpunkt t = 0 eine diskontiunierliohe Ableitung, d.h. in diesem Punkt wäre eine unendliche Beschleunigung der Düse erforderlich, um den idealen Aufzeichnungsfall zu erreichen, dass die Flüssigkeitströpfchen von diesem Zeitpunkt an alle direkt in dem Punkt II auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen würden. Die praktisch erreichbare Kurve wird zumindestens im Anfangsbereich etwas von der idealen Kurve abweichen, so dass noch ein unerwünschter kurzer "Schwanz" des springenden Flüssigkeitsstrahles übrigbleibt. Für kleine und mittlere Sprungweiten wird dieser Schwanz aber praktisch innerhalb des voran aufgezeichneten Punktes liegen und daher nicht sichtbar stören. Auch für grössere Sprungweiten ist diese geringfügige Randstörung für blosses Auge nicht erkennbar.

In Figur 3 ist weiterhin eingezeichnet, dass bis zu einem Zeitpunkt t = 0 die Tröpfchen alle in Richtung auf den Punkt I gerichtet sind und das bereits wenige jus nachdem die Düse aus dieser Richtung überschwenkt in die Richtung auf den Punkt II die Tropfen bereits in diesem Punkt ankommen. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, dass der Schwenkvorgang der Düse nach etwa 200 yus abgeschlossen ist.

Wie bereits erwähnt, kann die Zeitfunkt ion ψ (t) bereits auf einfache Weise durch Anpassen der Parameter des Flüssigkeitsstrahlschreibers eingestellt werden. Wie aus der Figur 3 zu ersehen ist, entspricht die Kurve in etwa der eines überkritisch gedämpften Schwingers. Durch Wahl der das Schwingverhalten beeinflussenden Parameter kann damit das richtige Verhalten simuliert werden. Zum Uebergang von einem Punkt zu einem anderen

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reicht daher bereits ein einfaches stufenförmiges Treibsignal,wie es in Figur 4 über der Zeit dargestellt ist. Die Figuren 5 bzw. 6 zeigen ebenfalls über der Zeit dargestellt modifizierte Treibsignale, mit deren Hilfe die Anpassung der realen Zeitfunktion an die ideale noch verbessert werden kann.

In Figur 7 ist schematisch noch einmal ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren zur Ge- schwindigkeitsmodulation bei einem Flüssigkeitsstrahlschreiber dargestellt. Mit 7 ist wiederum die Düse bezeichnet, die um einen Winkel ψ geschwenkt werden kann. Daneben ist über der Zeit t die erzielte Aufzeichnung dargestellt. Durch Pfeile ist angedeutet, in welcher Richtung der Uebergang zwischen den aufgezeichneten Punkten erfolgt. Diese Punkte sollen in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend einer Matrix angeordnet sein, so dass man in bekannter Weise mit ihnen alphanumerische Zeichen bilden kann.

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Claims

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Patentansprüche

(TT) Verfahren zur Erzeugung mindestens zweier getrennt liegender Punkte auf einem Aufzeichnungsträger eines Flüssigkeitsstrahlschreibers, bei dem aus einer Düse kontinuierlich Schreibflüssigkeit mi einer vorgebbaren Geschwindigkeit in Richtung auf den Aufzeichnungsträger gespritzt wird und zum Wechseln zwischen den Punkten die Düse mit hoher Geschwindigkeit um einen dem Abstand zwischen den Punkten entsprechenden Winkel ausgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Uebergang von dem einen Punkt (I) zum anderen (II) die Auslenkung gemäss einer derartigen Zeitfunktion (t) erfolgt, dass sich die Schreibflüssigkeit (10) nach Verlassen der Düse (7) stets in Richtung auf den anderen Punkt (II) hin bewegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitfunktion 0?(t) durch Wahl der Schreiber-Parameter eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibsignal zur Auslenkung der Düse (7) zur Erzeugung der gewünschten Zeitfunktion 0(t) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h ge kennzeichnet, dass das Treibsignal in einem Rechenwerk "on line" erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch ge kennzeichnet, dass das Treibsignal in einen Speicher gegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da

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durch gekennzeichnet, dass ein spezielles, nichtliniares oder nichtklassisches Dämpfungsmedium verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge
kennzeichnet , dass die Zeitfunktion ψ (t) über ein Regelsystem erzeugt wird, dem als Istwert die jeweilige Position der Düse (7) zugeführt wird.
8. Flüssigkeitsstrahlschreiber zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Kapillarsystem zur Erzeugung eines Schreibstrahles konstanter Stärke, der auf einen Aufzeichnungsträger gerichtet ist, mit Mitteln zur Erzeugung einer Relativbe-

15wegung zwischen" Kapillarsystem und Aufzeichnungsträger in zwei etwa senkrecht zueinander liegenden Richtungen, wobei eine Richtung durch Auslenkung des Kapillarsystems um eine Drehachse hervorgerufen wird, von der die Düse des Kapillarsystems in Richtung auf den Aufzeichnungsträger einen endlichen Abstand hat, und mit einer Modulationseinrichtung zum Verändern der Auslenkge schwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass zum sprunghaften Uebergang des Schreibstrahles (10) von einem Punkt (I) zu einem mit Abstand dazu liegenden Punkt (II) die Auslenkgeschwindigkeit der Düse (7) nach einer derartigen Zeitfunktion ψ (t) erfolgt, dass die Flüssigkeit nach Verlassen der Düse (7) während der gesamten Auslenkung zwischen den beiden Punkten (1,11) stets in etwa auf den anderen Punkt II gerichtet ist.
9. Flüssigkeitsstrahlschreiber nach Anspruch 8, d a
durch gekennzeichnet, dass das Kapillarsystem (6,7,8,9) überkritisch gedämpft ist.

BAD ORSGINAL

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10. Flüssigkeitsstrahlschreiber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibsignal, der Abstand der Düse (7) von der Drehachse (17), die Resonanzfrequenz des Systems, die Geschwindigkeitskomponente ν in Düsenrichtung und der Dämpfungskoeffizient derart aufeinander abgestimmt sind,
dass die Ablenkgeschwindigkeit der gewählten
Zeitfunktion ψ(t) entspricht.