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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung liegt im Gebiet der Tintenstrahldrucker, bei denen Tintentropfen
gebildet, elektrisch aufgeladen und danach abgelenkt werden, um auf
ein Drucksubstrat aufzutreffen. Sie betrifft ein Verfahren, das
dafür bestimmt
ist, Zeilenstrukturfehler zu maskieren oder zu reduzieren, und einen
Drucker, der ein solches Verfahren anwendet.
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Stand der
Technik
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Es
ist bekannt, dass ein von einer Druckerdüse unter Druck ausgestoßener Tintenstrahl
in eine Folge von einzelnen Tropfen zerrissen werden kann, wovon
jeder Tropfen individuell gesteuert aufgeladen ist. Auf ihrem Weg
werden diese individuell aufgeladenen Tropfen, je nach der Ladung,
die sie besitzen, mehr oder weniger durch Elektroden mit konstantem Potential
abgelenkt. Wenn ein Tropfen das Drucksubstrat nicht erreichen soll,
wird seine Aufladung so gesteuert, dass er zu einer Tintenwiederverwertungseinrichtung
abgelenkt wird. Das Funktionsprinzip derartiger Tintenstrahldrucker
ist wohlbekannt und beispielsweise in dem Patent US-A-4 160 982
beschrieben. Wie in diesem Patent beschrieben und in 1 dargestellt
ist, umfasst ein solcher Drucker einen Vorratsbehälter 11,
der elektrisch leitende Tinte 10 enthält, die mittels eines Verteilerkanals 13 an
einen Tropfenerzeuger 16 abgegeben wird. Der Tropfenerzeuger 16 hat
zur Aufgabe, aus der unter Druck stehenden Tinte, die in dem Verteilerkanal 13 enthalten ist,
eine Gesamtheit von einzelnen Tropfen zu bilden. Diese einzelnen
Tropfen werden mittels einer Aufladungselektrode 20, die
von einem Spannungsgenerator 21 gespeist ist, elektrisch
aufgeladen. Die aufgeladenen Tropfen durchqueren einen Raum zwischen
zwei Ablenkelektroden 23, 24 und werden je nach
ihrer Ladung mehr oder weniger abgelenkt. Die am wenigsten oder
nicht abgelenkten Tropfen werden zu einer Tintenwiederverwertungseinrichtung 22 dirigiert,
während
die abgelenkten Tropfen zu einem Substrat 27 dirigiert
werden. Die aufeinander folgenden Tropfen einer Salve, die das Substrat 27 erreichen,
können
folglich zu einer extrem niedrigen Position, zu einer extrem hohen
Position und zu aufeinander folgenden Positionen dazwischen abgelenkt
werden, wobei die Gesamtheit der Tropfen der Salve einen vertikalen
Strich der Höhe Δx bildet,
der im Wesentlichen senkrecht zu einer Vorschubrichtung in Bezug
auf den Druckkopf und das Substrat ist. Der Druckkopf ist aus dem
Tropfenerzeuger 16, der Aufladungselektrode 20,
den Ablenkelektroden 23, 24 und der Wiederverwertungseinrichtung 22 gebildet. Die ser
Kopf ist im Allgemeinen in einer nicht gezeigten Kapsel eingeschlossen.
Die den geladenen Tropfen durch die Ablenkelektroden 23, 24 aufgeprägte Ablenkbewegung
wird um eine Bewegung in Richtung einer Achse Y, senkrecht zur Achse
X, zwischen dem Druckkopf und dem Substrat ergänzt. Die Zeit, die zwischen
dem ersten und dem letzten Tropfen einer Salve vergeht, ist sehr
kurz. Daraus folgt, dass trotz einer kontinuierlichen Relativbewegung
zwischen dem Druckkopf und dem Substrat das Substrat während der
Zeit einer Salve als gegenüber
dem Druckkopf nicht bewegt angesehen werden kann. Die Salven werden
in regelmäßigen räumlichen
Intervallen abgegeben. Wenn alle Tropfen jeder Salve zu dem Substrat
gelenkt werden würden,
würde man eine
Folge von Strichen mit der Höhe ΔX drucken.
Im Allgemeinen werden nur bestimmte Tropfen einer Salve zu dem Substrat
gelenkt. Unter diesen Bedingungen ermöglicht die Kombination aus
der Relativbewegung des Kopfes und des Substrats und der Auswahl
von Tropfen jeder Salve, die zu dem Substrat gelenkt werden, ein
beliebiges Motiv zu drucken, wie etwa jenes, das in 1 unter 28 dargestellt
ist. Wenn der Strich, der mit den Tropfen einer Salve gezogen wird,
in einer Richtung X ist, erfolgt die Relativbewegung des Kopfes
und des Substrats in der Ebene des Substrats in einer Richtung Y,
senkrecht zu X. Die nicht abgelenkten Tropfen werden gemäß einer Bahn
Z, senkrecht zur x,y-Ebene des Substrats, zu der Wiederverwertungseinrichtung
geleitet. Die Druck-Tropfen kommen auf dem Substrat an, indem sie
Bahnen folgen, die geringfügig
von der Richtung Z abweichen.
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Wenn
die Relativbewegung des Kopfes und des Substrats kontinuierlich
in Richtung der größten Abmessung
des Substrats erfolgt, wird es im Allgemeinen mehrere Druckköpfe geben,
die Streifen drucken, die parallel zueinander sind. Ein Beispiel
für eine
solche Anwendung ist in
1 und
2 des an
IBM unter der Nummer
FR 2 198
410 erteilten Patents dargestellt.
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Wenn
die Relativbewegung des Druckkopfes und des Substrats in der Richtung
Y gemäß der kleinsten
Abmessung des Substrats erfolgt, wird das Drucken Streifen für Streifen
ausgeführt,
wobei das Substrat nach jedem Abrastern eine ruckweise Vorschubbewegung
in X-Richtung ausführt.
Die Relativbewegung des Druckkopfes und des Substrats wird als Abrastern
bezeichnet. Das Abrastern setzt sich folglich aus einer Hinbewegung
und einer Herbewegung zwischen einem ersten Rand des Substrats und einem
zweiten Rand des Substrats zusammen. Die Bewegung zwischen einem
Rand und dem anderen Rand des Substrats ermöglicht, breitwürfig einen Streifen
der Höhe
L oder recht oft einen Teil des Streifens der Höhe ΔX zu drucken, wobei L meist
ein ganzzahliges Vielfaches von ΔX
ist. Die Gesamtheit nacheinander gedruckter Streifen bildet folglich
das auf das Substrat zu druckende Motiv. Nach jedem Drucken eines
Streifens oder Streifenabschnitts wird das Substrat für das Drucken
des folgenden Streifens oder Streifenabschnitts um den Abstand zwischen zwei
Streifen oder Streifenabschnitten vorwärts bewegt. Das Drucken kann
einfach bei einer Hinbewegung oder aber bei einer Hin- und Herbewegung
des Druckkopfes in Bezug auf das Substrat geschehen.
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Wenn
die zu druckende Graphik farbig ist, ergeben sich vielfältige Farbnuancen
durch die Überlagerung
und Aneinanderlagerung von Treffern von Tinte, die aus Düsen kommt,
die mit Tinten verschiedener Farben gespeist werden. Das System
für die Relativbewegung
des Substrats gegenüber
den Druckköpfen
ist so verwirklicht, dass ein gegebener Punkt des Substrats nacheinander
den Tintenstrahlen jeder Farbe präsentiert wird. Das Drucksystem weist
im Allgemeinen mehrere Strahlen der gleichen Tinte auf, die gleichzeitig
wirksam werden, entweder durch ein Aneinanderreihen mehrerer Köpfe oder durch
die Verwendung von Mehrstrahlköpfen
oder schließlich
durch die Kombination dieser zwei Typen von Köpfen, um hohe Druckgeschwindigkeiten
zu erzielen. In diesem Fall bedruckt jeder Tintenstrahl einen beschränkten Teil
des Substrats. Die Tropfen können
kontinuierlich erzeugt werden, wie weiter oben in Verbindung mit 1 beschrieben
worden ist. Sie können
auch "auf Anforderung" erzeugt werden,
d. h. nur dann, wenn sie für
die Erfordernisse des Drucks gebraucht werden. In diesem Fall ist
ein Tintenwiederverwertungskreis, der nicht genutzt werden würde, nicht
erforderlich. Es werden nun die bekannten Mittel zur Steuerung verschiedener
Strahlen mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Das
zu druckende Motiv ist durch eine numerische Datei definiert. Diese
Datei kann mit Hilfe eines Scanners, eines graphischen Tabletts
zur computergestützten
Konstruktion (CAD) erstellt werden, mit Hilfe eines Computernetzes
für den
Datenaustausch übertragen
werden oder ganz einfach mit einem peripheren Lesegerät von einem
Speichermedium für
numerische Daten (optische Speicherplatte, CD-ROM) gelesen werden.
Die numerische Datei, die das zu druckende farbige Motiv repräsentiert, wird
zunächst
in mehrere binäre
Motive (oder Bitmaps), für
jede der Tinten, zerlegt. Es ist anzumerken, dass der Fall des binären Motivs
ein nicht beschränkendes
Beispiel ist; bei einigen Druckern ist das zu druckende Motiv vom
ConTone-Typ, d. h. dass jede Position von einer Tropfenzahl bedruckt werden
kann, die zwischen 1 und M variabel ist. Für jeden der Strahlen wird aus
der Datei ein Teil des binären
Motivs extrahiert, welcher der Breite des zu druckenden Streifens
entspricht. In
2 zur Steuerelektronik eines
Strahls ist unter
1 ein Speicher zum Speichern eines in
Streifen zerlegten numerischen Motivs dargestellt, wobei dieser
Speicher Angaben enthält,
die sich auf eine Farbe beziehen. Für den Druck jedes Streifens
empfängt
ein Zwischenspeicher
2 die Daten, die für das Drucken des Streifens mit
der Farbe erforderlich sind. Die Daten, die den zu druckenden Streifen
beschreiben, werden dann einem Rechner
3 für die Aufladungsspannungen
der verschiedenen Tropfen, die den Streifen mit dieser Farbe bilden
sollen, zugeführt.
Diese Daten werden dem Rechner in Form einer Folge von Teilbild-Deskriptoren
zugeführt,
die zusammen den Streifen bilden werden. Der Rechner
3 für die Aufladungsspannungen
der Tropfen liegt oft in Form einer aufgabenspezifischen integrierten
Schaltung vor. Dieser Rechner
3 berechnet in Echtzeit die
Folge der Spannungen, die an die Aufladungselektroden
20 anzulegen ist,
um ein vorgegebenes Teilbild zu drucken, das durch seinen Teilbild-Deskriptor,
wie er aus dem Zwischenspeicher
2 geladen wird, definiert
ist. Eine nachgelagerte elektronische Schaltung
4, Folgesteuerung
der Tropfenaufladung genannt, stellt die Synchronisierung der Aufladungsspannungen
mit einerseits den Zeitpunkten der Tropfenbildung und andererseits
der relativen Vorwärtsbewegung
des Druckkopfes und des Substrats sicher. Der Vorschub des Substrats
in Bezug auf den Kopf wird mittels eines Rahmentaktes
5 verwirklicht,
dessen Signal von dem Signal eines inkrementalen Codierers der Position der
Druckeinheit gegenüber
dem Substrat abgeleitet ist. Die Folgesteuerung
4 für die Aufladung
von Tropfen empfängt
außerdem
ein Signal eines Tropfentaktes
6. Dieser Tropfentakt
6 ist
zu dem Steuersignal des Tropfenerzeugers
16 synchron. Er
ermöglicht, die
Zeitpunkte des Übergangs
zu anderen Aufladungsspannungen, die an die Tropfen angelegt werden,
zu definieren, um die Bahnen der Tropfen zu differenzieren. Die
von der Folgesteuerung
4 für die Tropfenaufladung kommenden
numerischen Daten werden von einem Digital-Analog-Umsetzer
8 in
Analogwerte umgesetzt. Dieser Umsetzer, der einen niedrigen Spannungspegel
abgibt, erfordert im Allgemeinen das Vorhandensein eines Hochspannungsverstärkers
21,
der die Aufladungselektroden
20 speisen wird. Die mit Bezug
auf
1 und
2 gegebenen Veranschaulichungen
des Standes der Technik sollen das Gebiet und den Beitrag der Erfindung
verständlich
machen; es ist jedoch klar, dass der Stand der Technik nicht auf
die Beschreibungen, die mit Bezug auf diese Figuren vorgenommen
wurden, beschränkt
ist. Weitere Anordnungen von Elektroden und Sammelgefäßen für die Wiederverwertung
der Tintentropfen, die nicht gebraucht wurden, sind in einer umfangreichen
Fachliteratur beschrieben. Eine elektromechanische Anordnung von Druckdüsen, Aufladungselektrode
und Ablenkelektroden, wie sie in dem Patent Nr.
FR 2 198 410 , erteilt an International
Business Machine Corporation (IBM), mit Bezug auf
1 bis
3 dieses
Patents beschrieben ist, könnte
durchaus bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ebenso
könnte
die elektronische Schaltung zur Steuerung der Aufladungselektroden
durch die Schaltung veranschaulicht werden, die mit Bezug auf
4 desselben
Patents beschrieben ist. Auch könnten
die Druckdaten nicht in Form von binären Dateien vorliegen, sondern in
Form von Dateien, die Wörter
aus mehreren Bits enthalten, um die Tatsache zum Ausdruck zu bringen,
dass jede Position des Substrats mehrere Tintentropfen der gleichen
Farbe abbekommen kann. Es versteht sich, dass für einen Druck, insbesondere
für einen
Farbdruck, die erforderliche Überlagerung
der Tropfen, die aus verschiedenen Düsen kommen, die die verschiedenen
Tintenfarben abgeben, sehr präzise
sein muss. Die Hauptfehler beim Drucken, die bei allen bekannten
Drucksystemen auftreten, sind die Fehler im Zusammenhang mit Zeilenstrukturen
in Richtung der Relativbewegung des Druckkopfes gegenüber dem
Substrat. Dieser Fehler äußert sich
im Auftreten von hellen oder dunklen Linien beim Drucken mittels
aufeinander folgender Abrasterungen. Diese Fehler können in
dem Zwischenraum zwischen zwei Streifen anzutreffen sein, der theoretisch dem
Intervall zwischen benachbarten Tropfen eines Teilbildes bzw. Rasters
gleich sein müsste,
oder innerhalb ein und desselben Streifens in dem Zwischenraum,
der die mit verschiedenen Strahlen gedruckten Zonen begrenzt, ja
sogar innerhalb des Teilbildes bzw. Rasters, das von einem Strahl
gedruckt wird, auf der Ebene des Zwischenraums zwischen zwei benachbarten
Tropfen des Teilbildes bzw. Rasters. Diese Zeilenstrukturfehler
können
entweder aus Fehlern, die bestimmten Strahlen des Druckkopfes eigen
sind, wobei dies dann Fehler mit einer mechanischen oder elektrischen
Ursache sind, oder aber aus Fehlern bei der Positionierung des Substrats oder
aber einem Positionierungsfehler bei den Druckköpfen oder auch bei den Strahlen
ein und desselben Druckkopfes entstehen. Es sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen
worden, um die Zeilenstrukturprobleme einzuschränken oder zu beseitigen, aber
alle äußern sich
entweder in einer Verringerung der Druckgeschwindigkeit, in einem
Verhältnis,
das gegenüber
der nominalen Druckgeschwindigkeit mitunter sehr groß ist, oder
aber in einer Redundanz von Druckköpfen und folglich hohen Kosten.
Beispiele für bekannte
Lösungen,
von denen üblicherweise
Gebrauch gemacht wird, um die Zeilenstruktur einzuschränken, werden
nachstehend mit wenigen Worten dargelegt: Ein erster Lösungstyp
beruht auf mechanischen Fein steuerungen der Position der Druckköpfe durch
Tische mit Mikrometereinstellung. Diese Lösung ist zugleich aufwändig, aufgrund
der Zahl der Tische mit Mikrometereinstellung, die erforderlich
ist, und häufig
mühselig,
auf Grund der tastenden Versuche, die sie erfordert.
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Ein
weiterer Typ üblicher
Lösungen
besteht darin, einen sehr hohen Grad der Überdeckungen benachbarter Tropfen
zu verwenden, um die weißen Zeilenstrukturen
zu vermeiden. Diese weißen
Zeilenstrukturen entsprechen einem Nichtvorhandensein der Substratabdeckung.
Die dunklen Zeilenstrukturen sind weniger gut sichtbar, und man
bevorzugt einen Zeilenstrukturfehler mit dunklen Linien gegenüber einem
weißen
Zeilenstrukturfehler. Die Lösung, die
darin besteht, den Grad der Überdeckung
benachbarter Tropfen zu erhöhen,
ist wirksam, um die Fehler innerhalb ein und desselben Streifens
und in einem gewissen Maße
die Zeilenstrukturfehler zwischen Streifen zu kompensieren, sie
weist jedoch den Nachteil auf, eine sehr große Menge Tinte pro Flächeneinheit
des Substrats zu benötigen,
und ruft Schwierigkeiten beim Trocknen oder eine Verformung des
Substrats hervor.
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Ein
dritter Lösungstyp,
um die Zeilenstrukturfehler bei Druckern, die abrasternd arbeiten,
nicht sichtbar werden zu lassen, besteht darin, bei jedem Abrastern
das Substrat teilweise zu bedrucken. Durch Vervielfachen der Zahl
der Abrasterungen des Substrats wird das Substrat vollständig abgedeckt. Dieses
Drucken in mehreren Durchläufen
nutzt verschiedene Strategien der verschränkten Anordnung der Positionen
von Tropfen, die von verschiedenen Strahlen kommen. Ein Beispiel
für eine
verschränkte Anordnung
von geradzahligen und ungeradzahligen Zeilen ist in dem Patent US-A-4
604 631, erteilt an die Firma RICOH, beschrieben. Ein Vorteil dieser
Lösung,
der oft mit einem hohen Verschränkungsgrad zusammenhängt, besteht
darin, dass sie Zeit zum Trocknen des Substrats gewährt; sie
führt jedoch
zu einer Verringerung der Druckgeschwindigkeit um einen Faktor,
der im Bereich von 2 bis 16 sein kann.
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Das
Dokument WO 97/06 009 zeigt einen Drucker auf, bei dem der Betrag
der den Tropfen aufgeprägten
Ladung entsprechend der Geschwindigkeit des Substrats reguliert
wird.
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Die
Leistungen der Farbgraphik-Drucksysteme entwickeln sich selbstverständlich zu
immer höheren
Auflösungen
und Druckgeschwindigkeiten hin, dadurch wird es kritisch, die Zeilenstrukturprobleme wirksam
einzuschränken,
ohne einen Kompromiss zum Nachteil der Druckgeschwindigkeiten einzugehen.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
hat zum Ziel, bestimmte Zeilenstrukturprobleme ohne Folgen für die Druckgeschwindigkeit
zu maskieren.
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Die
vorliegende Erfindung benötigt
keinen hohen Tropfenüberdeckungsgrad.
Sie ermöglicht,
mit einer relativ kleinen Zahl Druckköpfe hohe Druckgeschwindigkeiten
zu erreichen. Wenn die Überdeckung
benachbarter Tropfen auf ein Minimum reduziert ist, kann ein Zeilenstrukturfehler
fortbestehen, im Besonderen ein weißer Zeilenstrukturfehler, der regelmäßig auftritt.
Dieser Fehler ist für
das Auge leicht wahrnehmbar, wenn er regelmäßig ist. Um die Wahrnehmbarkeit
dieses möglichen
Fehlers zu verringern, wird einer Nominalspannung zur Aufladung der
Tropfen eine zusätzliche
Rauschspannung überlagert,
die dafür
bestimmt ist, jedem Tropfen im Vergleich zur Nominalposition eine
tatsächliche
Position zu geben, die den Charakter einer zufälligen Streuung hat. Durch
diese Streuung der tatsächlichen
Position jedes Tropfens um die Nominalposition erscheint der Zeilenstrukturfehler
nicht mehr als eine ununterbrochene Gerade. Er wird folglich für das Auge
schlechter wahrnehmbar.
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Die
Erfindung betrifft folglich ein Verfahren zur Veränderung
der Ankunftsposition von Tintentropfen, die in regelbarer und sequentieller
Weise elektrisch geladen sind, auf einem Substrat, wobei die aus
einem Druckkopf stammenden Tropfen durch Aufladungselektroden aufgeladen
werden, wobei die Bahnen der Tropfen durch Ablenkelektroden zwischen
N Nominalpositionen, einer ersten Position X1, einer
letzten Position XN und N-2 Zwischenpositionen,
wobei N Positionen ein Teilbild bzw. Raster in Form eines Geradenabschnitts
definieren, der parallel zu einer Richtung X des Substrats ist,
modifizierbar sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
dass man einer Nominalspannung, die an die Elektroden zum Aufladen
der Tropfen angelegt wird, eine zusätzliche algebraische Zufallsspannung überlagert,
die folglich einen möglichen
Zeilenstrukturfehler durch Streuen der tatsächlichen Position jedes Tropfens
um die Nominalposition maskiert.
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Die
mittlere Amplitude dieser Rauschspannung wird vom Rang j des Tropfens
in dem Raster bzw. Teilbild abhängen.
Vorzugsweise ist die maximale Amplitude der zusätzlichen Rauschspannung gleich
einem Bruchteil kleiner 1 des geringsten Unterschieds zwischen der
Nominalspannung Vj, die an den Tropfen vom Rang j anzulegen ist,
und der Nominalspannung Vj + 1 oder Vj – 1, die an einen der zwei in
dem Druck-Teilbild bzw. -Raster dem Tropfen vom Rang j unmittelbar
benachbarten Tropfen, d. h. an den Tropfen vom Rang j + 1 und vom
Rang j – 1,
anzulegen ist.
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Da
die Unterschiede der Aufladungsspannungen, die an benachbarte Druck-Tropfen angelegt werden,
Werte aufweisen, die einander sehr ähnlich sind, wird man als Höchstwert
der zusätzlichen
Zufallsspannung einen Bruchteil eines Mittelwertes nehmen können, wobei
dieser Mittelwert der Mittelwert der Nominalspannungsunterschiede
zwischen zwei benachbarten Druck-Tropfen in dem Teilbild bzw. Raster
ist.
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Vorzugsweise
wird die minimale Amplitude der zusätzlichen Rauschspannung gleich
dem Betrag der Spannungsabweichung sein, die man erhalten kann,
indem man den Wert des niedrigstwertigen Bits eines Analog-Digital-Umsetzers
variieren lässt, dessen
Ausgang einen Hochspannungsverstärker speist,
der an die Elektroden zum Aufladen der Tropfen angeschlossen ist.
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Vorzugsweise
wird die Amplitude der zusätzlichen
Rauschspannung einem Zufallszahlenwert entsprechen, der durch einen
Algorithmus zur Erzeugung von Pseudozufallszahlen erzeugt ist. Die
Zuordnung des Zufallszahlenwertes und der zusätzlichen Rauschspannung wird
sich durch Anwenden dieses Zahlenwertes auf den Digital-Analog-Umsetzer
ergeben. Der regelmäßige dunkle
oder weiße Zeilenstrukturfehler
wird nicht mehr oder weniger in Erscheinung treten.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
einen Drucker, der mit Mitteln zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
ausgestattet ist. Es handelt sich dabei um einen Drucker mit kontinuierlichem,
abgelenktem Strahl, der in Salven Tropfen mit Rang 1 bis N in der
Salve ausstößt, wobei
die Tropfen einer Salve als Funktion von Daten, die ein zu druckendes
Motiv definieren, wohl oder nicht auf ein Drucksubstrat gerichtet
werden, wobei der Drucker wenigstens aufweist:
- – einen
Druckkopf, der Mittel zum Fraktionieren wenigstens eines Tintenstrahls
in Tropfen sowie eine zugeordnete Elektrode zum Aufladen der Tropfen
umfasst, sowie Mittel zum Ablenken eines Teils der Tropfen zum Drucksubstrat,
- – Mittel
zur Steuerung/Regelung des Drucks, die über eine Einrichtung zum Festhalten
der Ladung der zum Substrat hinzulenkenden Tropfen als Funktion
ihrer Ränge
in der Salve verfügen,
gekoppelt mit der Elektrode zur Aufladung der Tropfen,
dadurch
gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung/Regelung des Drucks
einen Generator für
eine zusätzliche
Zufallsspannung umfassen, der an die Mittel zum Festhalten der Aufladung
der Tropfen gekoppelt ist, wobei die Einrichtung zum Festhalten
der Aufladung den Wert der Zufallsspannung berücksichtigt, die vom Generator
der zusätzlichen
Zufallsspannung erzeugt wird, um die Aufladungsspannung jedes Tropfens
als Funktion des erzeugten Zufallswerts zu verändern, wodurch die Tropfen
jedes Rangs um eine Zentralposition herum gestreut werden, die ihrer
Position in Abwesenheit der zusätzlichen
Spannung entspricht.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung für
einen abrasternd arbeitenden Drucker umfasst der Drucker außerdem einen
Detektor für
die Position einer Marke, die vor jedem ersten Teilbild bzw. Raster
eines Streifens gedruckt wird, wobei dieser Detektor einen Wert
liefert, der für
einen Abstand zwischen der tatsächlichen
Position und der Nominalposition des Substrats repräsentativ
ist, wobei die Mittel zur Steuerung/Regelung des Drucks ferner einen
Rechner für
eine Spannung zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung umfassen,
wobei dieser Rechner für
jeden Tropfen einer Salve als Funktion seines Rangs eine Spannung
zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung
bestimmt, wobei diese Korrekturspannung einen Substratweiterbewegungsabstandswert
berücksichtigt,
der von den mit dem Detektor gekoppelten Mitteln geliefert wird,
und einen Abstandswert, bezogen auf eine Nominalposition, berechnet,
wobei der Rechner für
die Spannung zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung
mit den Mitteln zum Festhalten der Tropfenladung gekoppelt ist,
wobei die Einrichtung zum Festhalten der Tropfenladung den Wert
der Spannung zur dynamischen Translationskorrektur der Substratweiterbewegung
berücksichtigt,
der vom Rechner für
die Spannung zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung
erzeugt wird, um die Aufladungsspannung jedes Tropfens als Funktion
der Spannung zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung zu
verändern.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es
werden nun ein Drucker, der Mittel zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfasst,
und weitere Einzelheiten des Verfahrens gemäß der Erfindung anhand der
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, worin
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1,
wie schon beschrieben, eine schematische Darstellung der Mittel
ist, die für
die Erzeugung von Tintentropfen und für ihre Ablenkung zu einem Substrat
erforderlich sind;
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2,
wie schon beschrieben, wie 1 im Rahmen
der Beschreibung des Standes der Technik eine Gesamtheit von Rechenmitteln
zeigt, die für
den Betrieb der in 1 gezeigten Mittel erforderlich
ist;
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3 ein
Schema zur Erläuterung
der Modifikationen des Drucks ist, die durch das Verfahren der Erfindung
erhalten werden, wobei die Figur die drei Teile A, B und C umfasst;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Erscheinungsbildes der Position der Tropfen ist, die
- – in
einem Teil A an ihren Nominalpositionen sind,
- – in
einem Teil B an Positionen mit systematischen Fehlern sind,
- – in
einem Teil C an Positionen mit systematischen Fehlern sind, die
gemäß der Erfindung maskiert
sind;
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5 ein
Schema zur Erläuterung
der Art und Weise der Korrektur von Abweichungen bei der Fortbewegung
des Substrats ist;
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6 und 7 Schemata
sind, die die Hardwareelemente eines Druckers veranschaulichen;
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8 die
Teile A, B und C umfasst, wobei jeder Teil einer Phase der Kinematik
des Drucks aufeinander folgender Streifen entspricht;
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9 einen
Fall veranschaulicht, in dem ein Sensor für eine Marke mechanisch mit
einem Drucktisch verbunden ist, der das Substrat gegenüber den Druckköpfen hält;
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10 den
Fall veranschaulicht, in dem zwei Sensoren beiderseits eines Schlittens,
der die Druckköpfe
trägt,
angebracht sind, einer dahinter in Bewegungsrichtung und einer davor
in Bewegungsrichtung;
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11 ein
Schema ist, das die Rechenmittel eines Druckers darstellt, die gemäß dem Verfahren der
Erfindung arbeiten; und
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12 eine
Veranschaulichung der Art und Weise der Bestimmung einer exakten
Position der Marke zur Ermittlung des Vorschubs des Substrats aus
der Berechnung des Schwerpunkts der Abbildung der Marke auf den
Detektor ist.
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Ausführliche
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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3 soll
zur Erläuterung
der Abweichungen dienen, die durch die algebraisch addierte Rauschspannung
hervorgerufen werden. Deswegen sind in verschiedenen Konfigurationen
auf der Ebene des Substrats, gekennzeichnet durch die Achsen X, Y,
neun verschiedene Nominalpositionen von Tropfen eines Teilbildes
bzw. Rasters, das durch eine Tropfensalve aufgetragen wird, gezeigt.
Bei dem dargestellten Beispiel hat man zur Vereinfachung der Erläuterung
neun Tropfen genommen, die übertrieben weit
auseinander liegend dargestellt sind.
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Im
Teil A von 3 sind drei Teilbilder bzw. Raster
aus neun Tropfen, die von 1 bis 9 nummeriert sind, durch Punkte,
die ihren Nominalpositionen entsprechen, dargestellt. Diese drei
Teilbilder bzw. Raster sind Bestandteil ein und desselben Streifens
A. Es wird angenommen, dass die tatsächliche Position des Tropfens
Nummer 4 systematisch in Richtung des Tropfens Nummer 5 verschoben
ist. Diese tatsächliche
Position ist durch ein Kreuz dargestellt. Die Abweichung d der tatsächlichen
Positionen von den Nominalpositionen der Tropfen vom Rang 4 verursacht
einen weißen
Zeilenstrukturfehler, der im Teil A der 3 durch
den Abstand zwischen zwei Geraden, wovon eine die Nominalpositionen
der Tropfen verbindet und die andere die tatsächlichen Positionen verbindet,
kenntlich gemacht ist. Dieser weiße Zeilenstrukturfehler geht
im Allgemeinen mit einem weniger in Erscheinung tretenden schwarzen
Zeilenstrukturfehler infolge einer stärker ausgeprägten Überdeckung,
in dem hier dargestellten Beispiel der Tropfen vom Rang 4 und 5,
verglichen mit der Überdeckung
der anderen Tropfen, einher.
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Selbstverständlich ist
der tatsächliche
Fehler, der aus einer Abweichung bei der Positionierung zweier Tropfen
in Bezug aufeinander resultiert, nicht so groß, wie jener, der in 3 durch
die Abweichung d dargestellt ist. Ein realistischeres Bild des Fehlers
der systematischen Abweichung ist in 4 dargestellt.
Diese Figur umfasst die Teile A, B und C. Im Teil A sind zwei Folgen
von fünf
Teilbildern bzw. Rastern dargestellt, die jeweils neun Tropfen umfassen,
die von 1 bis 9 nummeriert sind. Die Tropfen sind als Kreise dargestellt,
deren Flächen
bei Teilbildern bzw. Rastern und bei Tropfen ein und desselben Teilbildes
bzw. Rasters teilweise überlappen.
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Eine
der Folgen von fünf
Teilbildern bzw. Rastern, die im Teil A dargestellt sind, wird im
Laufe eines ersten Abrasterns erhalten, die andere im Laufe eines
zweiten Abrasterns, beispielsweise eines Abrasterns in Vorwärtsrichtung
und eines Abrasterns in Rückwärtsrichtung,
wie durch die Pfeile in den drei Teilen von 4 kenntlich
gemacht ist. Im Teil A sind die Positionen der neun Tropfen mit
ihren Nominalpositionen übereinstimmend,
wie anhand der fünf
aufeinander folgenden Teilbilder bzw. Raster und eines fiktiven
Teilbildes bzw. Rasters, bei dem die Nummern der Tropfen eingetragen
sind, deutlich wird.
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Im
Teil B ist ein einziger Streifen dargestellt, der ebenfalls über fünf aufeinander
folgende Teilbilder bzw. Raster und ein fiktives Teilbild bzw. Raster, das
die Nummern der Tropfenpositionen trägt, reicht. Im Teil B hat man
vorausgesetzt, dass der Tropfen vom Rang 5 verglichen mit
seiner Nominalposition systematisch in Richtung des Tropfens vom
Rang 4 verschoben ist. Genauso hat man vorausgesetzt, dass
der Tropfen vom Rang 6 verglichen mit seiner Nominalposition
systematisch in Richtung des Tropfens vom Rang 7 verschoben
ist. Jede der tatsächlichen
Positionen und Nominalpositionen jedes dieser zwei Tropfen 5 und 6 ist
im Teil B durch einen Rhombus dargestellt.
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In
dem dargestellten Beispiel sind die Abweichungen d derart, dass
die Tropfen vom Rang 5 und 6 nicht mehr überlappen,
sondern einander tangieren. Es liegt hier das erste Teilstück eines
sichtbaren Fehlers vor, der wie in Fig. B gezeigt in einer Folge weißer Punkte
zum Ausdruck kommt.
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Im
Teil C von 4 ist eine Folge von fünf Teilbildern
bzw. Rastern dargestellt, bei denen die Tropfen 5 und 6 den
Fehler aufweisen, der jenem gleich ist, der in Verbindung mit dem
Teil B kommentiert worden ist. Im Teil C ist die Position der Tropfen jedes
Teilbildes bzw. Rasters gemäß der Erfindung durch
eine zufällige
Spannung, die zusätzlich
an die Aufladungselektroden angelegt wird, modifiziert. Daraus ergibt
sich ein Positionsrauschen. Dieses Rauschen hebt die Regelmäßigkeit
der Folge weißer Punkte
auf, so dass der Fehler weniger gut sichtbar ist.
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Im
Teil B von 3 sind zwei Teilbilder bzw. Raster
gezeigt. Diese zwei Teilbilder bzw. Raster ordnen sich in die Gesamtheit
der Teilbilder bzw. Raster ein, die einen Streifen bilden, der unmittelbar
auf den im Teil A dargestellten Streifen der Teilbilder bzw. Raster
folgt. Normalerweise sind die Streifen A und B in einem Abstand
voneinander angeordnet, derart, dass der Zwischenraum gleich dem
Abstand zwischen zwei benachbarten Tropfen einer Salve ist.
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Wenn
der Abstand zwischen dem Tropfen 1 eines Teilbildes bzw. Rahmens
des Streifens B und dem Tropfen 9 eines Teilbildes bzw.
Rahmens des Streifens A infolge eines systematischen Positionierungsfehlers
des Tropfens 1 oder des Tropfens 9 zu groß oder zu
klein ist, wie durch Kreuze auf den beiden Teilbildern bzw. Rastern
im Teil B dargestellt ist, liegt ebenfalls ein weißer bzw.
schwarzer Zeilenstrukturfehler vor. Es ist folglich ersichtlich,
dass der Zeilenstrukturfehler zwischen aufeinander folgenden Streifen
oder innerhalb ein und desselben Streifens die gleiche Ursache haben
kann, die in einer systematischen Verlagerung eines Tropfens, verglichen mit
seiner Nominalposition, besteht, ob nun dieser Tropfen ein erster
oder letzter Tropfen einer Salve oder ein Tropfen dazwischen ist.
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Im
Fall eines Zeilenstrukturfehlers zwischen aufeinander folgenden
Streifen kann der Zeilenstrukturfehler eine andere Ursache haben.
Wenn der Vorschub des Substrats in Bezug auf den Druckkopf vom Nominalvorschub
abweicht, kann ein Zeilenstrukturfehler sichtbar werden oder um
die Abweichung der tatsächlichen
Position von der Nominalposition des Substrats verstärkt werden.
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Eine
mögliche
Ergänzung
der vorliegenden Erfindung, die dieser möglichen Ursache eines Zeilenstrukturfehlers
Rechnung trägt,
wird nun mit Bezug auf 5 erläutert.
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Diese
Ergänzung
der Erfindung steht mit einer Positionsabweichung eines Streifens
infolge einer Abweichung bei der Vorschubbewegung des Substrats
im Zusammenhang. Diese Korrektur betrifft die Drucker, bei denen
das Substrat nach dem Drucken jedes Streifens Schritt für Schritt
vorwärts
bewegt wird. Gemäß diesem
Aspekt der Erfindung wird beim Drucken eines laufenden Streifens
eine erste Marke gedruckt, die in 5 unter
A dargestellt ist. Diese Marke wird ein einfacher Strich sein können, der
mittels eines Tropfens oder mehrerer Tropfen aufeinander folgender
Ränge gedruckt
wird.
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Nach
einem Vorschub des Substrats ist die Marke A verlagert und nimmt
die Position ein, die in 5 unter B gezeigt ist. Um den
Abweichungsfehler εχ des
Vorschubs des Substrats kenntlich zu machen, ist außerdem unter
C die Position einer fiktiven Marke gezeigt, welche die Nominalposition
repräsentiert, die
die Marke A bei Nichtvorhandensein einer Abweichung zwischen der
Nominalposition und der tatsächlichen
Position haben müsste.
Die Marke C ist nicht wirklich auf dem Substrat vorhanden. Der Abstand
zwischen der fiktiven Marke C und der Marke an der Position B ermöglicht,
die Abweichung εχ der mit
B markierten tatsächlichen
Position von der mit C markierten Nominalposition zu bestimmen.
Diese Abweichung beim Vorschub des Substrats wird gemäß diesem
Aspekt der Erfindung durch eine Modifikation der Ladung der Druck-Tropfen
während
des folgenden Streifens kompensiert.
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Das
Drucken des folgenden Streifens wird, wie das Drucken des laufenden
Streifens, das Drucken einer Marke des folgenden Druck-Streifens
umfassen, wobei dem tatsächlichen
Vorschub des Substrats Rechnung getragen wird. Daraus ergibt sich, dass
die Marken und die Streifen alle den Nominalabstand zueinander aufweisen
werden.
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Die
Erfassung des Abstands εχ zwischen
der Marke B und der Nominalposition C des Streifens, der gedruckt
werden soll, wird mittels eines Sensors 12 bewerkstelligt,
beispielsweise mittels eines CCD-Sensors, der ermöglicht,
diese Entfernung zu messen, beispielsweise indem der Abstand zwischen der
Nummer eines Sensorelements 12a, das die Marke empfängt, wenn
sie in Nominalposition ist, und der Nummer eines Sensorelements 12b,
das sie tatsächlich
empfängt,
ermittelt wird. Dieser Sensor wird vorzugsweise gegenüber dem
Substrat platziert und derart angeordnet, dass sein Messbereich
ermöglicht,
die Marke mit recht großen
Toleranzen zu erfassen. Dieser Sensor ist vorzugsweise ein Sensor
für eine
bestimmte Lichtwellenlänge,
der um einen Strahler, der diese bestimmte Wellenlänge in Richtung
des Substrats abstrahlt, ergänzt
sein wird.
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6 und 7 sind
Wirkbilder von Farbmotiv-Tintenstrahldruckern, die einige Merkmale,
die für
die Einordnung der Erfindung erforderlich sind, deutlich werden
lassen.
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Das
in 6 und 7 gezeigte System entspricht
einem Aufbau zum Bedrucken von Großformaten, die lediglich als
nicht einschränkende
Beispiele gewählt
sind. Das Drucken wird durch Nacheinanderabrastern in Y-Richtung
ausgeführt.
Das System macht in bekannter Weise von einem Substrat 27 von
einer Spule 28 Gebrauch, deren Ablauf vor einer Druckeinheit 29 durch
ein Paar 36 Führungswalzen 37, 38 sichergestellt
ist.
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Eine
erste Walze 37 ist motorisiert, eine zweite Walze 38 stellt
einen Gegendruck am Berührungspunkt
sicher. Die beiden Walzen 37, 38 klemmen das Substrat
und nehmen es mit, ohne dass es verrutscht. Der Vorschub des Substrats 27 wird
durch einen Winkelpositionscodierer, der auf der Achse einer der
Walzen angebracht ist, gesteuert, wobei der Winkelpositionscodierer
nicht dargestellt ist, da er an sich bekannt ist. Nach jedem ruckweisen
Vorschub des Substrats wird die zu bedruckende Zone dieses Letzteren
glatt liegend auf einem Drucktisch 30 gehalten, der sich
unterhalb der Abrasterungsbahn der Druckeinheit 29 befindet.
Dieses Glatthalten wird durch ein zweites Antriebssystem 39 sichergestellt, das
der Druckeinheit nachgeordnet ist.
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Dieses
zweite Antriebssystem 39 hält eine konstante Spannung
des Substrats 27 aufrecht. Mitunter wird intermittierend
ein Unterdruck am Drucktisch realisiert, um die Ebenheit des Substrats 27 in der
Druckzone zu verbessern.
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Die
Tintenstrahl-Druckeinheit 29 ist aus mehreren Druckköpfen 25 gebildet,
wie etwa jenen, die in 1 dargestellt sind, wobei jeder
Kopf mit einer der Tinten in den Grundfarben aus Vorratsbehältern 11 mittels
eines Verteilerkanals 13 gespeist wird.
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Die
verschiedenen Druckköpfe 25 drucken gleichzeitig
auf das Substrat, während
es bewegungslos ist. Das Drucken eines Streifens ist durch ein Abrastern
in der Y-Richtung
der Druckeinheit sichergestellt. Die Abrasterungsbewegung der Druckeinheit
gegenüber
dem Substrat ist durch ein Zugkraftorgan 40 sichergestellt,
das fest mit der Druckeinheit verbunden ist und von einer Antriebsrolle 41 angetrieben
wird. Die Führung
der Druckeinheit ist auf bekannte Weise durch eine nicht gezeigte
mechanische Achse sichergestellt.
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Jeder
Druckkopf druckt einen Streifen mit gleich bleibender Breite L.
Die Druckköpfe
können
in der X-Richtung des Vorschubs des Substrats versetzt angeordnet
sein, so dass ein Kopf zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht notwendig
den gleichen Streifen wie ein anderer Druckkopf, der einer anderen
Tintenfarbe entspricht, druckt. Nach jedem Abrastern wird das Substrat
ein räumliches
Inkre ment ΔX vorwärts bewegt,
das der Breite des Streifens L höchstens
gleich ist, jedoch allgemeiner bei einem Drucken in mehreren Durchläufen in
L aufgehend ist.
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Der
Abstand der Druckköpfe
in Y-Richtung und eventuell in X-Richtung ermöglicht einerseits eine ausreichende
Trocknungszeit zwischen der Ablagerung verschiedenfarbiger Tinte
und ermöglicht andererseits,
eine völlig
gleiche Art der Überlagerung der
Farben sicherzustellen, selbst wenn der Druck während einer Hin- und Zurückbewegung
des Druckkopfes ausgeführt
wird.
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Im
Vergleich zu dem bekannten Drucksystem wie in 6 und 7 gezeigt
weist die Erfindung gemäß dieser
Ausführungsform
die Besonderheit auf, dass sie mit einem Detektor 12 zur
Erfassung des tatsächlichen
Vorschubs des Substrats ausgestattet ist. Die Position dieses Detektors 12 in Bezug
auf das Substrat und die Druckköpfe
wird nachstehend in Verbindung mit 8 bis 10 kommentiert.
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8 umfasst
die Teile A, B und C, die jeweils einer Phase der Kinematik des
Drucks einer Gesamtheit von Streifen entsprechen.
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Bei
der in Verbindung mit 8 beschriebenen Art und Weise
der Positionierung ist der Detektor 12 ortsfest und beispielsweise
an einer Haltevorrichtung für
die Translationsachse der Druckköpfe 16 befestigt.
In 8 bis 10 sind vier Druckköpfe 25 dargestellt,
für jede
der Farben einer, wobei Cyan mit C gekennzeichnet ist, Magenta mit
M, Gelb mit Y und Schwarz mit K gekennzeichnet ist. Die Haltevorrichtung
für die
Translationsachse ist nicht dargestellt, da ihre Geometrie für jeden
Drucker spezifisch ist. Im Übrigen
handelt es sich um ein Beispiel. Der Fachmann wird eine Halterung
zur Befestigung des Detektors finden oder schaffen, wohl wissend,
dass dieser Detektor die Funktionen erfüllen muss, die im Folgenden
beschrieben werden.
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Der
Detektor muss fähig
sein, eine Marke 51 zu erfassen, die von einem der Druckköpfe 25 zwischen
dem linken Rand 52 oder dem rechten Rand 53 des
Substrats 27 und dem Beginn bzw. dem Ende des gedruckten
Motivs gedruckt worden ist.
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Im
Teil A von 8 ist ein erster, mit 1 gekennzeichneter
Streifen dargestellt, der gedruckt wird, während sich die Druckköpfe 25 zwischen
einem ersten Rand 52, in der Figur dem linken Rand, und
einem zweiten Rand 53, in der Figur dem rechten Rand, des
Substrats bewegen, wie durch einen Pfeil parallel zur Y-Richtung
des Abrasterns und senkrecht zur X-Richtung des Vorschubs des Substrats 27 angegeben
ist.
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Wie
in den Teilen A, B und C von 8 dargestellt,
ist der Detektor 12 am Rand des Substrats 27, in der Nähe des Druckkopfes 25,
der sich an zweiter Position der Gesamtheit der Köpfe befindet, platziert.
Als zweite Position ist jene zu verstehen, die sich beim Abzählen der
Köpfe in
der Vorschubrichtung Y des Substrats 27 ergibt. Der erste
Kopf ist jener, der sich in Bezug auf die Laufrichtung des Substrats
am weitesten stromaufwärts
befindet.
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In
einer Richtung Z senkrecht zur Ebene des Substrats ist der Detektor 12 auf
einer Höhe
in Bezug auf das Substrat, die niedriger als die Höhe der unteren
Teile des Druckkopfes ist, um sie durchzulassen. Die Nähe des Substrats
ermöglicht
eine bessere Lesegenauigkeit.
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Es
wird nun der Gebrauch der Marken 51 und des Detektors 12 in
Verbindung mit der Druckkinematik verdeutlicht.
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Vor
dem Drucken eines ersten Streifens, der mit 1 gekennzeichnet
ist, wird von dem Kopf 25 für Cyan die Marke 51-1 gedruckt.
Derselbe Kopf für Cyan
druckt dann den Streifen 1 in der Abrasterungsrichtung,
die durch einen Pfeil in Y-Richtung
angegeben ist. Vor dem Abrastern befinden sich die Köpfe 25 an
der Position, die gestrichelt dargestellt ist, auf der linken Seite
des Teils A von B. Am Ende des Abrasterns
befinden sich die Köpfe 25 an
der Position, die in Volllinien rechts vom Substrat 27 dargestellt ist.
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Anschließend, chronologisch,
wird das Substrat 27 einen Schritt vorwärts bewegt. Die Marke 51-1 befindet
sich im Bereich des Detektors 12. Der Detektor 12 erfasst
eine eventuelle Abweichung des Vorschubs des Substrats verglichen
mit dem Nominalvorschub, und die Rechenmittel 34, 35 berechnen Korrekturen,
die an den Spannungen zum Aufladen der Tropfen des Kopfes für Cyan und
des Kopfes für Magenta
vorzunehmen sind, damit die Modifikation der Bahn der Tropfen die
Abweichung des Vorschubs des Substrats kompensiert.
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Bei
der Rücklaufbewegung
der Köpfe
druckt der Kopf 25 für
Magenta die zweite Farbe auf den Streifen 1, und der Kopf 25 für Cyan druckt
den zweiten Streifen und dann die Marke 51-2. Am Ende des Rücklaufs
befinden sich die Köpfe 16 auf
Seiten des ersten Rands, wie im Teil B dargestellt ist.
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Das
Substrat wird erneut vorwärts
bewegt, so dass die Marke 51-2 in den Bereich des Detektors 12 gelangt,
wie im Teil C von 8 dargestellt ist.
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Der
Detektor erfasst eine eventuelle Abweichung der Marke 51-2 von
ihrer Nominalposition.
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Schließlich werden
während
eines Abrasterns vom ersten Rand 52 zum zweiten Rand 53 die Marke 51-3 und
der dritte Streifen von dem stromaufwärtigen Kopf für Cyan gedruckt.
Der Kopf für
Magenta 25 druckt den zweiten Streifen mit Korrekturen für die Aufladespannung
für die
Tropfen, um dem Wert der letzten Abweichung εχ Rechnung
zu tragen, und der Kopf Y für
Gelb druckt den ersten Streifen.
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Am
Ende des dritten Abrasterns befinden sich die Köpfe 25 auf der Seite
des zweiten Rands 53. Der Zyklus geht weiter. Das Substrat
wird vorwärts
bewegt. Der Detektor erfasst eine eventuelle Abweichung der Marke 51-3 von
ihrer Nominalposition. Eine Korrektur, die dieser Abweichung Rechnung trägt, wird
angewendet, um die Tropfen des Kopfes für Schwarz zu laden, der in Überlagerung
des ersten Streifens drucken wird, auf den Kopf Y für Gelb,
der den zweiten Streifen drucken wird, und auf die Köpfe für Magenta
und Cyan, die den dritten Streifen bzw. die Marke 51-4 gefolgt
von dem vierten Streifen drucken werden.
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Der
Zyklus geht auf diese Art modulo der Zahl der nebeneinander liegenden
Druckköpfe,
beispielsweise vier, wie in dem in Verbindung mit 8 dargestellten
Fall, weiter.
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Die
soeben beschriebene Kinematik bezieht sich auf ein Drucken, bei
dem die Druckköpfe
bei der Vorlaufbewegung und bei der Rücklaufbewegung drucken.
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In
dem Fall, in dem nur durch Abrastern während der Vorlaufbewegung gedruckt
werden würde, wäre die Kinematik
gleich, wobei der Vorschub des Substrats zur gleichen Zeit wie die
Rücklaufbewegung
der Köpfe
zu dem ersten Rand 52 erfolgt.
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Es
wird angemerkt, dass der soeben beschriebene Betrieb implizit voraussetzt, dass
die kumulierte algebraische Summe der Abweichungen des Vorschubs
des Substrats klein bleibt.
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Um
weite Abdriften des Substratvorschubs auszugleichen, könnte die
Motorsteuerung für
den Vorschub des Substrats eine Regelung umfassen, die den Abweichungen
beim Vorschub des Substrats Rechnung trägt. Diese Regelung, die dem
Fachmann bekannt ist, wird vom Typ "Proportional-Integral-Differential" sein können, d.
h. dass sie tatsächliche
Abweichungen, ihre laufende Summe und ihre zeitliche Änderung
berücksichtigt,
um die Abdriften zu vermeiden.
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Das
Lesen der Marken, das Bestimmen der Vorschubabweichung des Substrats
und die Korrektur der Teilbilder bzw. Raster ermöglicht, jederzeit die korrekte Übereinanderlagerung
der Streifen sicherzustellen.
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Gemäß einer
Verbesserung der Software versucht man, sich gegen eine außerdem erfasste unerwartete
Blockierung des Vorschubs des Substrats zu wappnen, die nicht auf
eine Funktionsstörung der
Substratabwicklungs- und Substrattraktionssysteme zurückzuführen ist.
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Im
Fall der Blockierung des Substrats gelangt die Marke, die während des
Drucks eines laufenden Streifens gedruckt wird und als Positionsreferenz
für das
Drucken des nachfolgenden Streifens dient, nicht in den Bereich
des Detektors 12. Der Detektor 12 wird folglich
die Marke, die zum Drucken des laufenden Streifens gedient hat,
mit den gleichen Korrekturen weiterverwenden, so dass, wenn die Blockierung
oder die Quasi-Blockierung des Substrats nicht entdeckt wird, der
folgende Streifen in Überdeckung
auf den vorhergehenden Streifen gedruckt wird.
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Um
diese eventuelle Überdeckung
zu vermeiden ist das gedruckte Motiv der Marken vom geradzahligen
Rang von jenem der Marken vom ungeradzahligen Rang verschieden.
Ein weiterer Fall, in dem die Erkenntlichkeit der laufenden Marke
im Vergleich zur folgenden Marke von Interesse ist, ist jener, in
dem beide Marken gleichzeitig auf dem Detektor 12 erscheinen,
beispielsweise eine auf einem Teil am stromaufwärtigen Ende des Detektors und
die andere auf einem Teil am stromabwärtigen Ende, bezogen auf die
Bewegungsrichtung des Substrats. Diese Situation kann in dem Fall
eintreten, in dem die laufende Summe der Vorschubabweichungen einen
positiven oder negativen Wert erreicht, der gleich dem halben Nominalvorschub
ist. In diesem Fall wird das Programm zulassen, die Referenzmarke
für den Druck
des folgenden Streifens zu wählen.
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Das
Programm könnte
im Fall einer Erfassung einer Blockierung oder Quasi-Blockierung ein Auslösen eines
weiteren Substratvorschubs, anschließend das Auslösen eines
Alarms, wenn erneut eine Blockierung erfasst wird, oder im Gegenteil
das unverzügliche
Auslösen
eines Alarms umfassen.
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Das
Motiv der Streifenmarken vom geradzahligen und ungeradzahligen Rang
wird vom Detektor abhängen.
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Wenn
beispielsweise der Detektor nur eine Zeile Detektorelemente umfasst,
werden sich die geradzahligen und ungeradzahligen Motive durch die Zahl
der Linien des einen im Vergleich zur Zahl der Linien des anderen
unterscheiden, wobei der Zwischenlinienabstand derart ist, dass
jede Linie von einem anderen Sensorelement erfasst wird. Es wird sich
auch um die gleiche Zahl Linien handeln können, jedoch mit unterschiedlichen
Abständen
zwischen den Linien, unterschiedlichen Nummern der Sensorelemente,
die diese Linien erfassen, entsprechend. Wenn der Sensor 12 Sensorelemente
umfasst, die matrixartig angeordnet sind, oder wenn der Sensor 12 in
der X-Richtung des Abrasterns beweglich ist, wie noch näher beschrieben
wird, werden sich die geradzahligen oder ungeradzahligen Motive
außerdem
durch Variationen in der Richtung, in der das Abrastern erfolgt,
unterscheiden, beispielsweise durch Punkte bei dem einen und Striche
bei dem anderen, oder bei dem gleichen Motiv werden die Abstände verschieden
sein.
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8 ist
verwendet worden, um das Prinzip der Messung und der Steuerung des
Vorschubs des Substrats ausführlich
zu beschreiben. In der Praxis muss der Detektor für die Marken
des Substrats dem Druckkopf, der die Marken druckt, nachgelagert
angeordnet sein, jedoch an einem Ort, der mit seinem Raumbedarf
vereinbar ist. Folglich würde
das Positionieren des Sensors in einer Zone, die wie in 8 von
den Druckköpfen
abgerastert wird, eine mechanische Edelanpassung erfordern, derart,
dass der Druckkopf beim Abrastern oberhalb des Sensors vorbeilaufen
kann, ohne dass die Gefahr besteht, an ihn zu stoßen. Außerdem kann
diese Positionierung Schwierigkeiten hinsichtlich der Wiederholbarkeit
der Beleuchtungsbedingungen der Marke in Höhe des Sensors bereiten, je
nachdem, ob sich der Kopf bei der Erfassung/Messung der Marke in
Höhe des
rechten Rands oder des linken Rands des Substrats befindet. In der
Praxis weist der Drucker unter dem Substrat in Höhe der von den Druckköpfen überstrichenen
Zone einen Drucktisch auf, der eine gute Lagestabilität des Substrats
sicherstellt. Der Sensor wird folglich dem letzten Druckkopf nachgeordnet,
aber an einem Ort, an dem das Substrat durch den Drucktisch festgehalten
wird, fest angebracht werden können.
Dies ermöglicht
ein adäquates
Funktionieren ohne jede Zwangsbedingung bezüglich des Raumbedarfs des Sensors
und seiner Beleuchtung.
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Diese
Position ist in 9 gezeigt. Der Detektor 12 ist
unmittelbar nach den Druckköpfen 25 mechanisch
an den Drucktisch 30 gekoppelt.
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In
dem gezeigten Beispiel wird die Marke statt durch den stromaufwärtigen Druckkopf
durch den stromabwärtigen
Kopf K für
Schwarz gedruckt.
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Bis
auf diesen Unterschied ist die Kinematik des Druckens die gleiche,
die mit Bezug auf 8 beschrieben worden ist.
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Wenn
der Vorschub des Substrats heikel ist oder wenn die Größe des Drucktischs
unzureichend ist, wird ein Interesse daran bestehen, zwei Sensoren zu
verwenden, die beiderseits des Druckkopfes angebracht sind. Jeder
Sensor, mit "links" bzw. "rechts" vermerkt, wird die
Marke, die auf den linken (bzw. rechten) Rand des Substrats gedruckt
ist, beim Drucken der Marke für
das Abrastern mit geradzahligem Index, das vom rechten Rand zum
linken Rand ausgeführt
wird, (bzw. ungeradzahligem Index für das Abrastern vom linken
Rand zum rechten Rand) erfassen.
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Dieser
Fall ist in 10 dargestellt. Der Detektor 12 wird
von der beweglichen Mechanik-Baueinheit getragen, welche die Druckköpfe umfasst;
sie wird in der Folge Schlitten genannt.
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In
dieser Figur ist der Fall eines Druckers dargestellt, der abrasternd
bei der Vorlaufbewegung und der Rücklaufbewegung druckt. Der
Schlitten umfasst in diesem Fall zwei Detektoren, einen Detektor 12-1,
der sich bei einem Abrastern in Vorwärtsrichtung stromaufwärts der
Druckköpfe
befindet, und einen Detektor 12-2, der sich bei einem Abrastern
in Rückwärtsrichtung
stromaufwärts
der Druckköpfen befindet.
Zu diesem Zweck sind die Detektoren 12-1, 12-2 beiderseits
der Druckköpfe 25 angeordnet.
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Verglichen
mit einem ortsfesten Detektor, der sich in der Nähe eines der Ränder des
Substrats befindet, ist die Funktionsweise ein wenig anders.
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Die
Marke 51-1 wird immer am Ende des Abrasterns gedruckt.
Daraus ergibt sich, dass die Marken vom ungeradzahligen Rang alle
auf der Seite des zweiten Rands 53 sind und die Marken
des geradzahligen Rangs alle auf der Seite des ersten Rangs 52 sind.
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So
wird beispielsweise die Marke 51-1, die am Ende des ersten
Abrasterns auf den zweiten Rand 53 des Substrats 27 gedruckt
wird, von dem Detektor 12-2 erfasst, der beim Abrastern
in Rückwärtsrichtung
stromaufwärts
der Druckköpfe 25 ist. Die
Ladungskorrekturen der Tropfen werden ausgeführt, und es wird der Streifen
Nummer 2 gedruckt, dann die Marke 51-2 in der
Nähe des
ersten Rands. Nach einem Vorschub des Substrats 27 wird
diese Marke 51-2 vom Detektor 12-1 erfasst. Die
festgestellte Abweichung wird für
die Korrektur des Drucks des Streifens 3 und der Marke 51-3,
die am Ende des Abrasterns gedruckt wird, verwendet. Diese Lösung weist
den Vorteil einer einfacheren Positionierung der Detektoren, einer
Unterscheidung der Positionen von geradzahligen und ungeradzahligen
Marken auf. Der Nachteil ist, dass ein zusätzlicher Detektor 12 benötigt wird.
Die Umschaltung, um den Eingang der Mittel 34, 35 auf
den Detektor 12-1 oder 12-2 umzuschalten, ist
erforderlich und kann softwaremäßig durch
einen Wechsel der Adresse zum Auslesen der Informationen über die
Substratabweichung εχ ausgeführt werden.
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Ein
weiterer wichtiger Unterschied zwischen einem Drucker gemäß der Erfindung
und einem bekannten Drucker ergibt sich durch die Mittel zum Steuern
der Spannung der Tropfen-Aufladungselektrode. Eine Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik ist zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben
worden.
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11 zeigt
Steuermittel 31 gemäß der Erfindung.
Bei diesen Mitteln 31 zum Steuern des Druckens tragen die
Elemente, die die gleiche Funktion wie jene aufweisen, die in 2 dargestellt
sind, das gleiche Bezugszeichen. Verglichen mit den Mitteln 26 zum
Steuern des Druckens, die in 2 dargestellt sind,
umfasst die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen
Generator 32 von Zufallsrauschen, dessen Ausgangssignal
an den Rechner 3' zur
Festlegung der Aufladungsspannungen der Tropfen in Abhängigkeit
von ihrem Rang angelegt wird, um die Ladung jedes Tropfens auf zufällige Weise
zu modifizieren. Dieser Generator gibt gemäß einem Algorithmus zur Abgabe
einer Pseudozufallszahl einen zufälligen Zahlenwert ab. Der Fachmann
kann derartige Algorithmen erzeugen. Vorzugsweise wird der Algorithmus
dafür ausgelegt
sein, dass er im Mittel für
wenigstens drei Viertel der Werte, die für die Tropfen einer Zahl von
Teilbildern bzw. Rastern größer als
eine vorbestimmte Größe erzeugt
werden, einen Wert abgibt, der kleiner als ein Drittel der Differenz
zwischen der Nominalspannung, die an die Aufladungselektroden für den Tropfen
anzulegen ist, und der Nominalspannung ist, die an die Aufladungselektroden
für einen
der zwei unmittelbar benachbarten Tropfen des Teilbildes bzw. Rasters
anzulegen ist. Auch wird vorzugsweise die Häufigkeit, mit der das Vorzeichen
der algebraisch addierten Spannung positiv ist, bezogen auf die
Gesamtzahl der zusätzlichen
Spannungen, im Mittel eine großen
Zahl Zusatzwerte, gleich ½ sein.
Dies spiegelt die Tatsache wider, dass im Mittel ein Tropfen vom
Rang j von seiner Zentralposition, die einer zusätzlichen Zufallsspannung von
null entspricht, mit der gleichen Wahrscheinlichkeit in Richtung
des Tropfes höheren
Rangs oder in Richtung des Tropfens niedrigeren Rangs entfernt wird.
Bei Endtropfen wird es sich um ein Entfernen nach außen oder
zu dem allernächsten
Tropfen des Teilbildes bzw. Rasters handeln.
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Auf
diese Weise wird die Position der Tropfen leicht verrauscht. Die
drei Viertel der Tropfen werden in einem Abstand zu ihrer Nominalposition
ohne zufällige Änderung
der Spannung sein, der kleiner als 1/3 des Nominalabstands ist,
der zwei Tropfen mit gleicher Wahrscheinlichkeit trennt, ob nun
dieser Abstand entweder in Richtung des Tropfens höheren Rangs
oder niedrigeren Rangs ist; die vorbestimmte Menge Rahmen bzw. Teilbilder, über die
das Mittel der Abstände
der Tropfen in Bezug auf die tatsächliche Position, die sie einnehmen,
wenn an sie die Nominalspannung angelegt wird, die ihrem Rang entspricht,
berechnet wird, könnte
beispielsweise gleich der Zahl der Rahmen bzw. Teilbilder sein,
die in drei Streifen enthalten sind. Selbstverständlich ist es möglich, Algorithmen
für eine
Erzeugung auf andere Weise zu wählen
oder auch mehrere Algorithmen zur Auswahl vorzusehen, beispielsweise
in Abhängigkeit von
einer örtlichen
Dichte der von der Düse
gedruckten Punkte.
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Auf
Grund der Streuung der Tropfen um die tatsächliche Position, die sie einnehmen,
wenn an sie die Nominalaufladungsspannung angelegt wird, die ihrem
Rang entspricht, tritt ein eventueller Zeilenstrukturfehler, wie
jener, der in 3 durch zwei Geraden im Abstand
d kenntlich gemacht ist, nicht mehr oder weniger in Erscheinung,
da sich Tropfen in dem Zwischenraum zwischen diesen beiden Ge raden
befinden werden, wodurch die Linearität des Fehlers aufgehoben und
folglich seine Wahrnehmung erschwert wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Drucker den Detektor 12 für die Abweichung des tatsächlichen
Vorschubs des Substrats vom Nominalvorschub. Die Mittel 31 zum
Steuern des Druckens umfassen folglich zusätzlich einen Substratpositionsabweichungsrechner 34.
Die Elemente, die Detektoren 12, der Positionsabweichungsrechner 34 sind
in Reihe geschaltet und an einen Rechner 35 für die Spannung
zur dynamischen Translationskorrektur φ der Substratweiterbewegung
gekoppelt. Die von dem Rechner 35 in Abhängigkeit
vom Wert des Fehlers der Abweichung εχ der
tatsächlichen
Position des Substrats von der Nominalposition und in Abhängigkeit
vom Rang j des Tropfens bestimmten dynamischen Translationskorrekturen φ werden
auf den Rechner 3' für die Aufladungsspannungen
der Tropfen angewendet. Das Berechnen der zusätzlichen Aufladungsspannung,
die an jeden Tropfen der Salve in Abhängigkeit von seinem Rang anzulegen
ist, kann für
die zusätzliche
Spannung, die anzulegen ist, um die Abweichungen εχ zu
korrigieren, gespeicherte Werfe verwenden, die in eine Abweichungstabelle eingetragen
sind. Diese Werte werden entsprechend der tatsächlichen Abweichung interpoliert.
Die Berechnung kann auch einen Algorithmus verwenden, der neben
der Abweichung εχ Daten,
die dem Konstrukteur des Druckers bekannt sind, wie etwa die spezifische
Masse der Tropfen, die Stärke
des elektrischen Feldes, das durch die Spannung der Ablenkelektroden
erzeugt wird, die Gesetzmäßigkeiten
der Änderung
der Position der Tropfen in Abhängigkeit von
der Spannung, die an den Ladungselektroden 20 anliegt,
berücksichtigt.
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Die
Funktionsweise ist folgende:
Der Detektor 12 erfasst
die Abweichung einer Marke, die sich auf den laufenden Streifen,
der gedruckt werden soll, bezieht, von der Nominalposition dieses Streifens.
Diese Abweichung wird dem Rechner 34 für die Abweichungsberechnung
zugeführt.
Dieser Rechner berechnet in Abhängigkeit
von dem vom Sensor 12 übermittelten
Signal den Wert εχ der
Vorschubabweichung des Substrats 27. Diese Abweichung wird
in den Rechner 35 für
die dynamische Translation eingegeben, der Korrekturen berechnen wird,
die dem Rechner 3' für die Ladungsspannungen
der Tropfen zuzuführen
sind, um diese dynamische Translation zu korrigieren. Der Rechner 3' für die Aufladungsspannung
der Tropfen wird die algebraische Summe der Spannungen, die an die
Tropfen-Aufladungselektrode anzu legen sind, berechnen, indem er
zu der Nominalspannung, die aus dem Deskriptor des aus dem Speicher 2 kommenden
Teilbildes bzw. Rasters resultiert, den von dem Generator 32 für Zufallsrauschen
ausgegebenen Wert und schließlich
den Korrekturwert, der aus der Abweichungskorrektur resultiert,
die von dem Rechner 35 für die dynamische Translationskorrektur φ ausgeführt wird,
addiert.
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Eine
weitere Funktion des Rechners 34 betrifft die Erkennung
der Marke und die Verarbeitung von Informationen, die von dem Sensor 12 übertragen
werden, um daraus eine Abweichung der Marke von ihrer Nominalposition
zu errechnen. Weiter oben ist im Schnellgang darauf aufmerksam gemacht
worden, dass eine einfache Verarbeitung, um den Wert der Vorschubabweichung
des Substrats zu bestimmen, darin bestehen könnte, die Zahl der Sensorelemente
zwischen dem Sensorelement, das der Nominalposition entspricht,
die mit 0 nummeriert ist, und dem Sensorelement, das die Marke empfängt, zu
ermitteln. Diese Vorgehensweise setzt implizit voraus, dass die
Dicke der Marke von gleicher Größenordnung
wie die Auflösung
des Sensors ist. Unter diesen Bedingungen ist die Abweichung durch
die Nummer des Sensorelements bestimmt, das die Marke erfasst, falls
dieses Element eindeutig ist. Wenn die Erfassung der Marke sich
mit zwei Sensorelementen überschneidet,
wird die Abweichung entsprechend der Nummer des nächstgelegenen
Sensorelements, das die Marke erkennt, zuzüglich eines Inkrements, das
den Abstand zwischen zwei Sensorelementen und die Proportionen beispielsweise
des Stroms, der von jedem der zwei betroffenen Sensorelemente kommt,
berücksichtigt,
berechnet.
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In 12 sind
für ein
Ausführungsbeispiel verschiedene
Fälle dargestellt,
die auftreten können, sowie
die Art und Weise ihrer Verarbeitung, wenn die Auflösung des
Sensors größer als
der Durchmesser der Tropfen ist. In dem in 12 gezeigten
Beispiel ist die Marke aus mehreren Strichen gebildet, in dem kommentierten
Beispiel aus drei Strichen, die mittels verschiedener Tropfen einer
Salve gezogen werden, beispielsweise mittels der Tropfen, die den
Positionen 2, 4 und 6 einer Salve von neun Tropfen entsprechen.
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In
den verschiedenen Fällen
wird die Abweichung von der Nominalposition durch den Rechner 34 aus
der Berechnung der Position der Projektion des Schwerpunkts der
Marke 51 auf eine Achse X parallel zum Vorschub des Substrats
berechnet.
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Dieser
Schwerpunkt wird entsprechend den Sensorelementen bestimmt, die
die Marke sehen. Wenn, wie im Teil A von 12 dargestellt
ist, die Tropfen normal positioniert sind, wird die Messung genau
sein. Wenn, wie im Teil B gezeigt ist, die Tropfen vom Rang 5 und 6 gegenüber ihrer
Nominalposition verlagert sind, wird der Fehler vermindert. Das Gleiche
gilt, wenn der Zufallsspannungsgenerator 32 zum Zeitpunkt
des Drucks der Marke nicht gesperrt ist, wie im Teil C dargestellt
ist. Selbstverständlich
ist es vorzuziehen, diesen Generator 32 zu sperren, um den
Fehler auf ein Minimum zu reduzieren.
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Im
Fall von beweglichen Positionsdetektoren, wie in Verbindung mit 10 kommentiert, könnten die
Positionsmesswerte der Marken aus Abtastungen resultieren, die während der
Abrasterungsbewegung des Druckkopfes ausgeführt werden, wodurch die Präzision der
Messung höher
sein wird und der Einfluss von Rauschen auf ein Minimum reduziert
sein wird.