DE4340169A1

DE4340169A1 - Print control impulse optimum phase determining method

Info

Publication number: DE4340169A1
Application number: DE19934340169
Authority: DE
Inventors: Horst Dauer; Bernhard Feller; Andreas Dr Ing Berchtold
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland AG
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-01

Abstract

In the method of defining an optimum phase of electrical control impulses for generating image points with regard to a drop forming process synchronized with an excitation frequency of a continuous liquid jet printing method the waveform of the jet current is attenuated for adjusting the phase position. The zero passing point of the alternating current portion is evaluated. The optimum phase of the measurement impulse, with regard to the excitation frequency is calculated from the value of the phase angle for the zero passing point and an added constant angle value, which corresponds to a predefined current value for which an adequate phase position of the test signal to the drop break-down time point is accepted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer optimalen Phase von elektrischen Steuerimpulsen bezüglich eines mit einer Anregungsfrequenz synchronisierten Tropfenbildungsprozesses eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahldruckverfahrens, insbesondere zur Herstellung einer Druckform, bei dem der elektrische Strom, welcher zusammen mit dem Flüssigkeitsstrahl fließt, überwacht wird, indem elektrische Test-Steuerimpulse verwendet werden, deren Phase zur Anregungsfrequenz zyklisch verschoben wird, der phasenabhängige Strahlstrom fortschreitend gemessen wird und so die optimale Phasenlage der Steuerimpulse bezogen auf die Phasenlage des Strahlstroms feststellbar ist.The invention relates to a method for determining an optimal Phase of electrical control pulses related to one with one Excitation frequency synchronized drop formation process of a continuous liquid jet printing process, in particular for the production of a printing form in which the electric current, which flows together with the liquid jet is monitored, by using electrical test control pulses whose phase is shifted cyclically to the excitation frequency, the phase-dependent Beam current is measured progressively and thus the optimal Phase position of the control pulses related to the phase position of the Beam current can be determined.

Ein mit einer Erregerfrequenz synchronisierter Tropfenbildungsprozeß ist z. B. bereits aus der EP 0 210 251 bekannt geworden. Es wird ein kontinuierlicher leitfähiger Flüssigkeitsstrahl unter gleichförmigem Druck aus einer Düse ausgestoßen, der sich in einer vorgebbaren Richtung auf das Aufzeichnungsmedium zu bis zu einem Tropfenbildungspunkt fortpflanzt, an dem der Strahl in einen Zug von Tropfen zerfällt.A drop formation process synchronized with an excitation frequency is z. B. has already become known from EP 0 210 251. It will be a continuous conductive liquid jet under uniform Pressure ejected from a nozzle, which is in a predetermined Towards the recording medium up to one Reproduces drop formation point at which the beam travels falling apart from drops.

Eine periodische elektro-mechanische Anregung sorgt dabei dafür, daß der austretende Strahl mit definierter Frequenz in einzelne Tropfen zerfällt. A periodic electro-mechanical excitation ensures that the emerging beam with a defined frequency into individual Drop disintegrates.

Ein Tropfenabrißzeitpunkt ist im allgemeinen gegenüber dieser Anregungsfrequenz phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung hängt von verschiedenen Parametern, wie der Anregungsfrequenz selbst, Form, Amplitude, Strahlquerschnitt und -geschwindigkeit, sowie temperaturabhängige Stoffwerte ab. Werden alle Parameter konstant gehalten, so besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen der Anregungsfrequenz und dem Tropfenabriß.A drop-off time is generally opposite to this Excitation frequency out of phase. This phase shift depends of various parameters, such as the excitation frequency itself, Shape, amplitude, beam cross-section and speed, as well temperature-dependent material values. All parameters become constant held, there is a fixed phase relationship between the Excitation frequency and the tear-off.

Am Tropfenbildungspunkt werden die Tropfen durch Steuerimpulse, die den Bildinformationen entsprechen, selektiv aufgeladen, indem mittels eines elektrischen Feldes zwischen Strahlspitze und einer Ladeelektrode eine definierte Ladung in den abreißenden Tropfen verschoben wird.At the drop formation point, the drops are triggered by control impulses correspond to the image information, selectively charged by by means of an electric field between the beam tip and a Charging electrode a defined charge in the tearing drops is moved.

Zur Aufzeichnung eines eine Information enthaltenden Musters lenkt man nun die Tropfen mittels eines weiteren elektrischen Feldes, das durch zwei beidseits des Strahlweges angeordnete Elektroden erzeugt wird und senkrecht zur Strahlrichtung verläuft, entsprechend ihrer Ladung ab. Auf diese Weise können Tropfen, die das Aufzeichnungsmedium nicht erreichen sollen, in eine Abfangvorrichtung gelenkt werden, während die übrigen Tropfen das Aufzeichnungsmedium erreichen.Steers to record a pattern containing information you now drop the drops using another electric field, by two electrodes arranged on both sides of the beam path is generated and runs perpendicular to the beam direction, accordingly of their cargo. This way, drops that are Recording medium should not reach into a Interceptor are directed, while the remaining drops the Reach recording medium.

Wesentlich für den Erhalt einer befriedigenden Druckqualität ist, die Tropfen mit einer konstanten oder fest bestimmbaren Ladung zu beaufschlagen. Deshalb werden die sogenannten Steuerimpulse in Form von Spannungsimpulsen zur selektiven Aufladung der Tropfen synchron zur periodischen Anregung zur Tropfenbildung gegeben. Das heißt, daß die Steuerimpulse idealerweise mit der Anregungsfrequenz synchronisiert sind und in fester Phasenbeziehung zu dieser stehen. Ihre Dauer entspricht in der Regel einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer der Tropfenabrißfrequenz, entsprechend der gewünschten Anzahl der anzusteuernden Tropfen. It is essential for maintaining a satisfactory print quality the drops with a constant or fixed charge act upon. That is why the so-called control impulses take shape of voltage pulses for selective charging of the drops synchronously given for periodic stimulation to form drops. This means, that the control pulses ideally with the excitation frequency are synchronized and have a fixed phase relationship to it. Their duration usually corresponds to an integer multiple the period of the tear drop frequency, corresponding to the desired number of drops to be controlled.

Der Betrag der elektrischen Ladung, mit der der jeweilige Tropfen beaufschlagt wird, ist eine Funktion des Phasenwinkels zwischen der Anregungsfrequenz und der Flanke des Steuerimpulses. Genauer gesagt, es muß das Umschalten der Steuerspannung je nach Zeitcharakteristik des Tropfenladevorganges eine bestimmte Zeit (Phasenlage) vor dem Tropfenabriß erfolgen, ansonsten läßt sich das gewünschte Ladungsniveau für den angesteuerten Tropfen nicht erreichen. Die Flanken des Steuersignals müssen daher in einem zulässigen Lade- Zeitfenster, in dem der elektrische Widerstand des anzusteuernden Tropfens noch ausreichend klein ist, liegen, wobei die Phasenlage des Lade-Zeitfensters sich am Tropfenabrißzeitpunkt orientiert.The amount of electrical charge with which each drop is a function of the phase angle between the Excitation frequency and the edge of the control pulse. More specifically, it must switch the control voltage depending on the time characteristic the drop loading a certain time (phase position) before Drop tear off, otherwise the desired Do not reach the charge level for the selected drop. The Flanks of the control signal must therefore be Time window in which the electrical resistance of the to be controlled Drop is still sufficiently small, the phase position of the loading time window is based on the drop-off time.

Jedoch läßt sich ein Driften der Phasenlage des Tropfenabrißzeitpunktes gegenüber der Anregungsfrequenz kaum vermeiden. Um die Synchronisation mit dem Steuervorgang aufrecht zu erhalten, erfolgt die zeitliche Steuerung der Ladeimpulse bisher auf folgende Weise:
Die Bestimmung der Phasenlage des Tropfenabrisses kann durch direkte stroboskopische Beobachtung der Tropfenbildung oder durch gezielte Phasenverschiebung der Steuerimpulse und Auswertung der Druckergebnisse bzw. stroboskopischer Beobachtung des Ladungszustandes der Tropfen im Ablenkfeld erfolgen. Bei einem scharfen Tropfenbild ist Geschwindigkeit, Ablösefrequenz und Phasenlage des Abrisses der einzelnen Tropfen zur Anregungsfrequenz bestimmbar, so daß die Phasenlage der Steuerimpulse nachgeführt werden kann.However, it is almost impossible to avoid a drift in the phase position of the drop-off time at the excitation frequency. In order to maintain synchronization with the control process, the timing of the charging pulses has so far been carried out in the following way:
The phase position of the drop tear-off can be determined by direct stroboscopic observation of the drop formation or by targeted phase shifting of the control pulses and evaluation of the pressure results or stroboscopic observation of the charge state of the drops in the deflection field. In the case of a sharp drop image, the speed, detachment frequency and phase position of the tearing off of the individual drops at the excitation frequency can be determined, so that the phase position of the control pulses can be tracked.

Aus der EP 0 323 991 B1 ist es weiterhin bekannt, daß eine gewünschte Phasenbeziehung zwischen dem Tropfenabrißzeitpunkt und den Flanken der Steuerimpulse dadurch einstellbar ist, indem elektrische Testsignale, die sich in Form, Dauer und Amplitude von den eigentlichen Steuerimpulsen unterscheiden, verwendet werden. Es wird eine zyklische Phasenverschiebung dieser Testsignale relativ zur Anregungsfrequenz, dem sogenannten Synchronisationsignal vorgenommen und dabei der Strom durch den Flüssigkeitsstrahl während des Aufladevorganges in Abhängigkeit von der Phasenlage des jeweiligen Testsignals gemessen. Wird der maximale Wert dieses Ladestroms erreicht, hat man die optimale Phasenlage des Testsignals zum Tropfenabrißzeitpunkt gefunden. Nun kann die Phasenlage der Steuerimpulse eben der optimalen Lage der Testsignale nachgeführt werden.From EP 0 323 991 B1 it is also known that a desired phase relationship between the drop-off time and the edges of the control pulses can be adjusted by electrical test signals that differ in shape, duration and amplitude distinguish the actual control impulses are used. There will be a cyclic phase shift of these test signals relative to the excitation frequency, the so-called synchronization signal made and the flow through the liquid jet during the charging process depending on the phase position of the respective test signal measured. Will the maximum value of this Charging current reached, you have the optimal phase position of the Test signal found at the time of the tear-off. Now that can Phase position of the control impulses just the optimal position of the test signals be tracked.

In einer derartigen Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens hat ein Flüssigkeitsstrahl üblicherweise einen Durchmesser von 10 Mikrometer und eine Geschwindigkeit von circa 40 Meter/Sekunde, wobei der Strahl bei einer Anregungsfrequenz von circa 1 Megahertz in etwa 10⁶ Tropfen pro Sekunde zerfällt.In such an application the method described above has a liquid jet usually has a diameter of 10 microns and a speed of about 40 meters / second, the beam at an excitation frequency of approx 1 megahertz decays into about 10 etwa drops per second.

Jedoch hat die Praxis gezeigt, daß der Maximalwert des Ladestroms nur mit einer Unsicherheit, die durch die Breite der oberen Halbwelle des Frequenzganges bedingt ist, feststellbar ist. Die Feststellung eines vorgegebenen Stromwertes, bei dem eine ausreichend günstige Phasenlage des Testsignals zum Tropfenabrißzeitpunkt angenommen wird, ist ebenfalls ungenau. Diese Ungenauigkeiten halten die Qualität des Druckbildes in Grenzen. Mit anderen Worten: Wegen der geringen Amplitudenänderung im Bereich von Minimal- bzw. Maximalwerten ist die Lage dieser Extrema nicht genau bestimmbar.However, practice has shown that the maximum value of the charging current only with an uncertainty caused by the width of the top Half wave of the frequency response is determined, can be determined. The Determination of a predetermined current value at which a sufficiently favorable phase position of the test signal for Drop stopping time is also assumed to be inaccurate. These inaccuracies keep the quality of the printed image Limits. In other words: Because of the small change in amplitude the position of these is in the range of minimum and maximum values Extremes cannot be determined exactly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein gattungsbildendes Verfahren derart zu verbessern, daß die optimale Phase der elektrischen Steuerimpulse bezüglich des Tropfenabrißzeitpunktes genauer als bisher bestimmt werden kann. The object of the present invention is therefore a to improve the generic method in such a way that the optimal Phase of the electrical control pulses with respect to the Drop tear-off time can be determined more precisely than previously.

Erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf des Strahlstroms zur Bestimmung der optimalen Phasenlage herangezogen. Dabei wird der Nulldurchgang oder Wendepunkt des Wechselstromanteils ausgewertet und die optimale Phase der Meßimpulse bezüglich der Anregungsfrequenz wird aus dem Wert des Phasenwinkels für diesen Nulldurchgang oder Wendepunkt und einen dazu addierten konstanten Winkelwert, der einem vorgegebenen Stromwert, vorzugsweise um vom Wendepunkt zum Maximum zu kommen, bei dem zumindest eine ausreichend günstige Phasenlage des Testsignals zum Tropfenabrißzeitpunkt angenommen wird, entspricht, errechnet.According to the invention, the time course of the jet current becomes Determination of the optimal phase position used. The Zero crossing or turning point of the AC component evaluated and the optimal phase of the measuring pulses with respect to the Excitation frequency is the value of the phase angle for this Zero crossing or inflection point and an added constant Angular value that corresponds to a predetermined current value, preferably around Turning point to get to the maximum at which at least one is sufficient Favorable phase position of the test signal at the time the drop breaks off is assumed, corresponds, calculated.

Da die Ladeströme sehr klein sind, wird die Auswertung durch einen Tief- bzw. Bandpaß erleichtert, der eine Vielzahl von Tropfenbildungsvorgängen aufintegriert. Das heißt, die Amplitudenmodulation des auszuwertenden Ladestroms ist aufgrund der Bandpaßfilterung umso größer, je gleichförmiger die Tropfen in Frequenz, Phase und Geschwindigkeit sind. Die Amplitudenmodulation stellt also ein Maß für die Qualität des Strahlzerfalls dar.Since the charging currents are very small, the evaluation is carried out by a Low-pass or bandpass that eases a variety of Drop formation processes integrated. That is, the Amplitude modulation of the charging current to be evaluated is due to the Bandpass filtering the greater, the more uniform the drops in Frequency, phase and speed are. The amplitude modulation therefore represents a measure of the quality of the beam decay.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird zudem an einem Punkt, eben am Wendepunkt oder Nulldurchgang des Wechselstromanteils, mit großen Änderungen des Ladestroms ausgewertet.The method according to the invention also, at one point, just at the turning point or zero crossing of the AC component, evaluated with large changes in the charging current.

Selbstverständlich setzt das Verfahren in bekannter Weise eine Anordnung voraus, die eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Impulsen und zum Anlegen dieser Impulse, eine Einrichtung zur zeitlichen Modulation der Meßimpulse, eine Einrichtung zum Feststellen der Größe eines elektrischen Stromes, der während der Ansteuerung der Tropfen in den Strahl fließt, eine Auswerteeinheit des Frequenzganges des Ladestroms, eine Einrichtung, die auf die Werte des Frequenzganges des Ladestroms anspricht, um Folgeoperationen zu erzeugen, umfaßt, in der Art wie sie in der EP 0 323 991 B1 gezeigt ist. Of course, the method is used in a known manner Arrangement ahead, which is a device for generating electrical impulses and for applying these impulses, a Device for the temporal modulation of the measuring pulses, a Device for determining the size of an electric current, which flows into the jet during the control of the drops, an evaluation unit of the frequency response of the charging current, a Device based on the values of the frequency response of the charging current responds to generate follow-up operations, includes, in Art as shown in EP 0 323 991 B1.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß die optimale Phase der elektrischen Steuerimpulse bezüglich des Tropfenabrißzeitpunktes sehr viel genauer als bisher bestimmt werden kann. Außerdem ist eine solche Ladestromauswertung einfach automatisierbar, so daß die optische Kontrolle der Qualität der Tropfenbildung entfallen kann.The advantages of the method according to the invention are that the optimal phase of the electrical control pulses with respect to the The drop-off time was determined much more precisely than previously can be. Such a charging current evaluation is also simple automatable, so that the optical control of the quality of the Drop formation can be omitted.

Fig. 1 zeigt ein Zeitdiagramm, welches die Beziehung zwischen einem Anregungssignal zur Tropfenbildung, dem sogenannten Synchronisationssignal und dem darunter verlaufenden, zyklisch phasenverschobenen Meßsignal, dem sogenannten Teststeuersignal zeigt, was sich in der graphischen Darstellung der Fig. 1 als zeitlicher Verlauf des Strahlstroms ausdrückt. Fig. 1 shows a timing diagram showing the relationship between an excitation signal to form droplets, the so-called synchronization signal and including extending cyclically phase-shifted measuring signal, called the test control signal, which is reflected in the graph of Fig. 1 as the time profile of the beam current.

Fig. 2 zeigt Bilder dreier verschiedener zeitlicher Verläufe A, B, C des Ladestroms, die verschiedene Bewertungen desselben zulassen. Der mittlere Verlauf B zeigt eine vergleichsweise geringe Stromänderung (Amplitude des Wechselstromanteils), also ist eine nicht sehr stabile Tropfenbildung gegeben. Der Verlauf A zeigt eine vergleichsweise große Stromänderung, weil die Tropfen gleichförmig in Frequenz, Phase und Geschwindigkeit gebildet werden. FIG. 2 shows images of three different time profiles A, B, C of the charging current, which allow different evaluations of the same. The middle curve B shows a comparatively small change in current (amplitude of the alternating current component), so drop formation is not very stable. The course A shows a comparatively large change in current because the drops are formed uniformly in frequency, phase and speed.

Die Bildung von Satellitentropfen ist im periodischen Verlauf des Ladestromes als kurzwellige Oberlagerung erkennbar (Fig. 2c), wobei die Amplitude dieser Oberlagerung wiederum ein Maß für die Gleichförmigkeit und die Größe der Satelliten darstellt. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Phasenlage der Überlagerung läßt sich die relative Lage der Satelliten bezüglich der Haupttropfen ableiten. Die Auswertung dieser überlagerten Modulation des Ladestroms kann dazu dienen, durch Veränderung des Synchronisationssignals Satelliten zu vermeiden oder gezielt mit entsprechenden Eigenschaften (Gleichförmigkeit, Größe, relative Lage) zu erzeugen.The formation of satellite drops can be seen in the periodic course of the charging current as a short-wave overlay ( FIG. 2c), the amplitude of this overlay in turn representing a measure of the uniformity and size of the satellites. When using the method according to the invention for determining the phase position of the superimposition, the relative position of the satellites with respect to the main drops can be derived. The evaluation of this superimposed modulation of the charging current can serve to avoid satellites by changing the synchronization signal or to generate them in a targeted manner with appropriate properties (uniformity, size, relative position).

Gute Meßergebnisse liefert z. B. eine typische Anregungsfrequenz, also das Synchronisationssignal von 1 Megahertz, bei der Flüssigkeitsstrahl in 10⁶ Tropfen/Sekunde zerfällt, ein 200 Nanosekunden dauernder Testimpuls mit einer Amplitude von circa 50 Volt, dessen Phase mit einer Frequenz von 1 Kilohertz zyklisch über die gesamte Schwingungsdauer des Synchronisationssignals verschoben wird.Good measurement results are provided by e.g. B. a typical excitation frequency, So the synchronization signal of 1 megahertz, at Liquid jet disintegrates in 10⁶ drops / second 200 nanosecond test pulse with an amplitude of about 50 volts, the phase of which is at a frequency of 1 kilohertz cyclically over the entire oscillation period of the Synchronization signal is shifted.

Als Flüssigkeit wird elektrisch leitfähiges, wasserbasiertes oder lösemittelbasiertes Material verwendet.The liquid is electrically conductive, water-based or solvent-based material used.

Claims

1. Method for determining an optimal phase of electrical control pulses for generating pixels with respect to a drop formation process synchronized with an excitation frequency of a continuous liquid jet printing method, in particular for producing a printing form in which the current which flows together with the liquid flow is monitored by electrical measuring pulses are used, the phase of which is shifted cyclically to the excitation frequency, the phase-dependent beam current being measured progressively and the optimum phase being set depending on the course of the beam current, characterized in that the course of the beam current is used to set the phase position ( FIG. 2) by evaluating the zero crossing or turning point of the AC component and that the optimal phase of the measuring pulses with respect to the excitation frequency from the value of the phase angle for this zero crossing or turning point un d a constant angle value added thereto, which corresponds to a predetermined current value at which at least a sufficiently favorable phase position of the test signal is assumed at the time of the tear-off, is calculated.

2. The method according to claim 1, characterized by the Application, about the evaluation of the amplitude of the AC component a more effective excitation frequency Stop the formation of uniform liquid drops.

3. The method according to claim 1, characterized by the Application, about the evaluation of the course of the beam current an excitation frequency at which satellite liquid drops purposefully arise or be avoided.