DE69109018T2

DE69109018T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Eichen eines Tintenstrahldruckers.

Info

Publication number: DE69109018T2
Application number: DE69109018T
Authority: DE
Inventors: Foster M Fargo; Ted S Geiselman; Alan Harper Jones
Original assignee: Iris Graphics Inc
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-08-06
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: US5160938A; EP0470813A1; EP0470813B1; CA2048351A1; DE69109018D1; JP2588651B2; JPH0691976A

Description

Diese Erfindung betrifft Tintenstrahldrucker. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Eichen eines Tintenstrahldruckers, so daß der Drucker Bilder von hoher Qualität druckt. Die Erfindung umfaßt außerdem einen verbesserten Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker, der ein genaues Ausrichten der Tintenstrahlen des Druckers ermöglicht.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Tintenstrahldrucker zeigen eine weitverbreitete Anwendung, weil sie Farbbilder von hoher Qualität mit vernünftig hohen Geschwindigkeiten drucken können. Ein derartiger Drucker weist meistens auf: eine Rotationstrommel für die Auflage eines Papierblattes oder eines anderen Datenträgers und einen Druckkopf, der im Abstand von der Oberfläche der Trommel angeordnet ist und parallel zur Trommelachse bewegt wird. Die Bewegungen der Trommel und des Kopfes werden so koordiniert, daß der Kopf bei jeder Umdrehung der Trommel ein Raster auf der Oberfläche der Trommel abtastet. Der Druckkopf umfaßt eine oder mehrere Tintendüsen (eine für jede Tintenfarbe), wobei jede dieser einen Strahl aus Tintentröpfchen auf das Papier auf der Trommel richten kann. Die Düseneinrichtungen werden in ausgewählten Positionen bei der Abtastung aktiviert, um ein Bild auf das Papier zu drucken, das aus einer Anordnung von Tintenpunkten besteht.
Die Anlagen für das Tintenstrahldrucken können in Anlagen, die bei Bedarf Tropfen abgeben, und Anlagen mit kontinuierlichem Strahl eingeteilt werden. Bei ersteren wird das Volumen einer Druckkammer, die mit der Tinte gefüllt ist, plötzlich durch Anlegen eines elektrischen Antriebsimpulses verringert, wodurch ein Tintentröpfchen aus einer Düse herausgespritzt wird. die mit jener Kammer in Verbindung steht. Auf diese Weise wird ein einzelner Tintentropfen auf das Papier oder einen anderen Datenträger durch einen einzigen Antriebsimpuls übertragen, worauf die Anlage in ihren Ausgangszustand zurückkehrt. Während des Druckens wird eine Folge von derartigen Tröpfchen als Strahl als Reaktion auf eine Folge von Antriebsimpulsen ausgestoßen, um ein Bild auf dem Papier entsprechend einer vorgegebenen Punktmatrix zu drucken. Bei der Anlage mit kontinuierlichem Strahl wird eine Folge von Tintentropfen aus einer Düseneinrichtung oder einer Düse ausgestoßen. Ausgewählte Tropfen werden elektrostatisch in eine Sammelrinne abgelenkt; die restlichen nicht abgelenkten Tropfen erreichen das Papier auf der Trommel und bilden darauf das Druckbild entsprechend einer genormten Punktmatrix. Während die vorliegende Erfindung für beide Strahldrucker anwendbar ist, werden wir die Erfindung hauptsächlich so beschreiben, wie sie bei einem Drucker mit kontinuierlichem Strahl zur Anwendung kommt.
Die Tintenstrahldrucker sind an sich für eine hohe Geschwindigkeit und ein Farbdrucken mit hoher Auflösung geeignet. Das erfordert jedoch eine genaue Fertigung und Montage der Bauteile des Druckers. Selbst dann wird der Drucker nicht mit allen Farben in der richtigen Übereinstimmung drucken, wenn der Drucker nicht geeicht ist, so daß die verschiedenen Düsen am Druckkopf richtig relativ zur Trommel und relativ zueinander angeordnet sind.
Mit anderen Worten, auf die Positionen der gedruckten Punkte in der Richtung längs der Trommel (X-Achse) muß man sich als die Ausgangsposition des Druckkopfes beziehen. Außerdem müssen die verschiedenen Düsen am Druckkopf ausgerichtet werden (bei der Drehung um die Z-Achse), und ihre Betätigungen müssen so zeitlich gesteuert werden, daß die Tintenpunkte, die durch alle Düsen in der gleichen Punktposition bei der Abtastung erzeugt werden, in der Ausrichtung der X-Achse zu finden sind.
Die Punktpositionen in der Richtung um die Trommel herum werden nicht durch das Ausrichten der Düsen gesteuert. Eine derartige Steuerung wird eher elektronisch bewirkt, indem die Zeiteinstellung der Steuersignale gesteuert wird, die die Strahlen in Beziehung zur augenblicklichen Position oder dem Phasenwinkel der Trommel auslösen. Wenn der Drucker sowohl mechanisch als auch elektronisch richtig geeicht ist, werden die verschiedenen farbigen Tintenpunkte, die durch die Düsen in einer bestimmten Punktposition in der Rasterabtastung erzeugt werden, überlagert, um einen einzelnen, gut abgegrenzten Tintenpunkt einer ausgewählten, meistens subtraktiven Farbe zu bilden.
Konventionell wurden bei den bisherigen Druckern dieser allgemeinen Ausführung die mechanischen Aspekte des Eichverfahrens von einem Arbeiter durchgeführt, der die Punkte beobachtet, die auf dem Papier oder einem anderen Datenträger gedruckt werden, das um die Trommel herumgewickelt ist, und der die Drehung der Düsen am Druckkopf um die Z-Achse manuell reguliert und die Strahlen so seitlich einstellt, daß sich die Punkte, die von den verschiedenen Düsen gedruckt werden, in jeder Punktposition in der Rasterabtastung überlagern. Eine derartige manuelle Eichung ist ein langwieriges und zeitaufwendiges empirisches Annäherungsverfahren. Es muß nicht nur in der Fabrik durchgeführt werden, wenn die Drucker gefertigt werden, sondern es muß ebenfalls dann vorgenommen werden, wenn eine Wartung am Drucker vorgenommen wird, die die Positionen der Druckpunkte beeinflußt. Beispielsweise muß der Drucker nachgeeicht werden, wann auch immer eine Düse ausgewechselt wird, oder wann auch immer eine relative Bewegung der Düse und ihrer Messerschneide zu verzeichnen ist. Es wäre daher wünschenswert, wenn am Drucker selbst eine Einrichtung für das automatische Durchführen des Eichverfahrens vorhanden wäre, weil das zu beträchtlichen Einsparungen an Geld sowohl hinsichtlich der Arbeitszeit als auch der Stillstandszeit des Druckers führen würde.
Die Vorrichtung mit dem kontinuierlichen Strahl, bei der die Abweichung zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Lokalisierung der Tinte durch Regulierung der Vorladung eines jeden Tintentröpfchens minimiert wird, wird in der WO-A1-89/00108 offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahldrucker bereitzustellen, der eine automatische Eichvorrichtung des Druckers einschließt, so daß seine Düsen Tintenpunkte erzeugen, die eine richtige Überlagerung in jeder Punktposition auf dem zu bedruckenden Datenträger aufwei sen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Druckers dieser Ausführung, der geeicht werden kann, ohne daß irgendwelche manuellen mechanischen Regulierungen der Druckerteile erforderlich sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Tintenstrahldruckers mit einer verbesserten Konstruktion des Druckkopfes, die das richtige Ausrichten der Tintenstrahldüsen des Druckers begünstigt.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Eichvorrichtung für den Tintenstrahldrucker, die eine genaue Steuerung des Ausrichtens der Tintenstrahldüsen des Tintenstrahldruckers bewirkt.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens für die Eichung eines Tintenstrahldruckers.
Weitere Ziele werden teilweise hierin nachfolgend deutlich und zu erkennen sein.
Die Erfindung weist dementsprechend mehrere Schritte auf, und die Beziehung eines oder mehrerer derartiger Schritte mit einem jeden anderen und die Merkmale der Konstruktion, der Kombination der Elemente und der Anordnung der Teile, die in der folgenden detaillierten Beschreibung veranschaulicht werden, sowie der Bereich der Erfindung werden in den Ansprüchen aufgezeigt.
Kurz gesagt, die Eichvorrichtung ist für einen Einsatz in einem Tintenstrahlfarbdrucker der Ausführung gedacht, die umfaßt eine Auflage, wie beispielsweise eine Rotationstrommel, um einen Datenträger aufzunehmen, wie beispielsweise ein Papierblatt; und einen Druckkopf, der verschiedene farbige Tintenstrahlen in Richtung der Trommel schleudert, die in eine Ausgangsposition und parallel zur Trommelachse beweglich ist, so daß die Strahlen ein Raster auf dem Datenträger abtasten werden. Die Vorrichtung ermöglicht, daß der Drucker ein automatisches Eichverfahren durchführt, so daß die verschiedenen Farbpunkte, die von den Strahlen gebildet werden, alle in den richtigen Positionen auf dem Datenträger und in Übereinstimmung in jeder Punktposition sind.
Die Eichvorrichtung umfaßt einen Tintenstrahlmeßfühler, der in einem unveränderlichen Abstand in der axialen Richtung über ein Ende der Trommel hinaus angeordnet ist. Der Meßfühler ist senkrecht zur Trommelachse beweglich und tangential zu einer imaginären Verlängerung der Trommeloberfläche zwischen einer Ausgangsposition, die eine unveränderliche Beziehung zur Trommel aufweist, und einer Position, in der der Meßfühler die Strahlen vom Druckkopf schneiden kann, wenn der Druckkopf entgegengesetzt dem Meßfühler bewegt wird. Vorzugsweise wird der Meßfühler in der gleichen Position relativ zum Druckkopf während des Überschneidens des Tintenstrahles mit dem Datenträger auf der Trommel angeordnet, so daß die Eichung mit Bezugnahme auf die tatsächlichen Punkte erfolgt, die auf den Datenträger gedruckt werden.
Wenn der Meßfühler einen Tintenstrahl schneidet, löst er ein Signal aus, das einen derartigen Kontakt anzeigt. Ebenfalls werden Einrichtungen für das Nachweisen der Ausgangspositionen des Kopfes und des Meßfühlers bereitgestellt die charakteristische Signale aussenden, wenn sich der Kopf und der Meßfühler in ihren entsprechenden Ausgangspositionen befinden. Während der Eichung eines jedes Strahles vom Druckkopf werden der Druckkopf und der Meßfühler aus ihren entsprechenden Ausgangspositionen herausbewegt, so daß der Meßfühler jenen Strahl schneidet. Bei Benutzung der Signale von den Einrichtungen für das Nachweisen der Ausgangspositionen des Kopfes und des Meßfühlers und des Strahlschnittsignals vom Meßfühler ermittelt dann die Vorrichtung die Abstände zum Schnittpunkt des Tintenstrahles und des Meßfühlers von den Ausgangspositionen des Kopfes und bzw. des Meßfühlers und zeichnet diese auf. Sind diese Daten erst einmal für alle Tintenstrahlen aufgezeichnet, kann die Vorrichtung den relativen Abstand zwischen der Anordnung eines jeden gedruckten Punktes, der durch einen Strahl erzeugt wird, der als Bezug benutzt wird, und den Anordnungen der entsprechenden Punkte, die durch die anderen Strahlen gebildet werden, sowohl längs der Trommel (X-Achse) als auch um die Trommel herum (Y-Achse) ermitteln. Mit dieser Information kann der Regler des Druckers die Zeiteinstellung der Tintenstrahlen so steuern, daß die Punkte, die durch die erste oder die Bezugsdüseneinrichtung am Druckkopf aufgebracht werden, an den richtigen Stellen im abgetasteten Raster sind, und so, daß die entsprechenden Punkte, die durch die anderen Düseneinrichtungen des Kopfes gebildet werden, mit den Bezugstintenpunkten in Übereinstimmung sind.
Die Eichvorrichtung kann ebenfalls eine Einrichtung für das Verhindern des Aufbaus von Tinte auf dem Meßfühler, was die Messungen der Strahlposition nachteilig beeinflussen könnte, und für das Begrenzen und Aufnehmen der Tinte umfassen, die aus dem Druckkopf während der Eichung austritt, so daß die Tinte nicht jenen Vorgang oder das anschließende Drucken mittels des Druckers stört.
Vorzugsweise setzt die Eichvorrichtung eine leitfähige Nadel als Meßfühler ein und führt ein spezielles Programm durch, das später beschrieben wird, um die Messungen der Strahlposition in einer Weise vorzunehmen, die die Eichergebnisse optimiert.
Der Drucker selbst kann ebenfalls mit einem verbesserten Druckkopf versehen werden, der die Eichung dadurch erleichtert, daß die Geschwindigkeit der Tintentröpfchen und das automatische Ausrichten der Tintenstrahldüseneinrichtungen überwacht werden. Der Drucker bringt ebenfalls zweitrangige Vorteile mit sich, die eine leichte Installation und Auswechselung der Düseneinrichtungen und insgesamt relativ niedrige Fertigungs- und Montagekosten umfassen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein umfassenderes Verständnis des Wesens und der Ziele der Erfindung muß man sich auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beziehen, die zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung mit herausgebrochenen Teilen, die einen Tintenstrahldrucker zeigt, der die Eichvorrichtung einschließt die in Übereinstimmung mit dieser Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung mit Teilen im Aufriß, die die Eichvorrichtung des Druckers aus Fig. 1 detaillierter zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht des Druckkopfes des Druckers aus Fig. 1;
Fig. 4 eine Ansicht der rechten Seite des Druckkopfes aus Fig 3, teilweise in auseinandergezogener Darstellung und mit herausgebrochenen Teilen;
Fig. 5 eine Ansicht der linken Seite eines Abschnittes- des Druckkopfes aus Fig. 3 mit herausgebrochenen Teilen; und
Fig. 6A bis 6C und 7 Programmablaufpläne, die das Eichverfahren beschreiben.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

In den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen umfaßt ein Tintenstrahldrucker, der im allgemeinen mit 10 bezeichnet wird, eine Trommel 12, die drehbar vom Hauptrahmen 13 (Fig. 2) des Druckers getragen wird, so daß die Trommel um die Achse A in der Richtung gedreht werden kann, die durch den Pfeil in Fig. 1 gezeigt wird. Um die Trommel 12 herum ist ein Datenträger gewickelt, der beim veranschaulichten Beispiel ein Papierblatt S ist.
Der Drucker 10 umfaßt ebenfalls einen Wagen, der im allgemeinen mit 14 bezeichnet wird, und der einen Druckstock 16 aufweist, der den Druckkopf 18 trägt. Der Druckstock 16 besitzt einen seitlichen mit Gewinde versehenen Durchgang 16a für das Aufnehmen einer Leitspindel 20 und einen seitlichen glatten Wanddurchgang 16b für das Aufnehmen einer oder mehrerer Führungsstangen 22, wobei beide Durchgänge parallel zur Trommelachse A orientiert sind und sich über die entgegengesetzten Enden der Trommel hinaus erstrecken. Der Druckkopf 18 umfaßt vier Abschnitte 18a bis 18d, die auf einer gemeinsamen Grundplatte 18e montiert sind, die wiederum oben am Druckstock 16 mittels der Verbindungselemente 23 gesichert ist.
Während des Betriebes des Druckers 10 wird die Trommel 12 in der Richtung des Pfeiles in Fig. 1 mittels einer geeigneten Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) gedreht, und die Leitspindel 20 wird mittels eines umsteuerbaren Schrittmotors (nicht gezeigt) gedreht, so daß der Wagen 14 vorwärts und rückwärts längs der Trommel und in eine Ausgangsposition PH, die sich beim Drucker 10 links der Trommel befindet, und in eine Position über das entgegengesetzte Ende der Trommel hinaus bewegt werden kann. Ein Meßfühler 24 für die Ausgangsposition, der am Maschinenrahmen befestigt ist, weist nach, wenn sich der Druckkopf in seiner Ausgangsposition PH befindet.
Während sich die Trommel und der Wagen so bewegen, wie es vorangehend erwähnt wird, können die Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes so betätigt werden, daß sie Strahlen oder Ströme von Tintentröpfchen D zum Blatt S auf der Trommel 12 so aussenden, daß die Strahlen die Oberfläche des Blattes S Zeile um Zeile in einem Rasterformat abtasten. Bei den Walzendruckern können die Zeilen des Rasters im allgemeinen entweder längs der Trommel oder um die Trommel herum verlaufen. Der veranschaulichte Drucker 10 überstreicht die letztere Art des Rasters, wie durch die Umfangslinien L in Fig. 1 gezeigt wird. Daher kann der Drucker 10 durch Betätigen der Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes zu geeigneten Zeitpunkten bei der Abtastung die Zeichen, die aus den Punkten bestehen, oder ein vollständiges Punktbild auf dem Blatt S auf der Trommel 12 drucken. Meistens wird das Drucken so gesteuert, daß es in einem Bild- oder Druckbereich zwischen einem linken Rand, der in Fig. 1 mit M angegeben wird, und einem rechten Rand (nicht gezeigt) am entgegengesetzten Ende der Trommel 12 erfolgt.
Wie es bei Druckern dieser Ausführung üblich ist, können die Tintenstrahlen von den Abschnitten 18a bis 18d drei primäre subtraktive Farben aufweisen, d.h. cyan, magentarot und gelb, ebenso wie schwarz. Daher können die farbigen Tinten durch selektives Betätigen der Abschnitte des Druckkopfes eine über der anderen so aufgebracht werden, daß ein Punktbild in voller Farbe auf das Papierblatt S aufgedruckt wird.
Wie vorangehend bemerkt wird, ist der Drucker 10, der speziell hierin veranschaulicht wird, ein Drucker der letzteren Ausführung, obgleich die vorliegende Erfindung für das Drucken bei einer bedarfsgerechten Tropfenabgabe und das Drucken mit kontinuierlichem Strahl anwendbar ist. Die Funktionsweise derartiger Drucker ist gut bekannt und wird beispielsweise im U.S. Patent 4639736 beschrieben, das im Besitz des Erwerbers der vorliegenden Anmeldung ist. Der Inhalt jenes Patentes wird hierin durch Bezugnahme eingeschlossen. Die Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes sind im wesentlichen identisch und funktionieren in mehr oder weniger der gleichen Weise wie die entsprechenden Anlagen, die in dem Patent beschrieben werden. Daher werden wir weiterhin nur die spezifischen Merkmale der Abschnitte 18a bis 18d beschreiben, die die vorliegende Erfindung betreffen.
In Fig. 3 bis 5 werden wir nur den Strahlabschnitt 18a im Detail beschreiben, da die Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes im wesentlichen identisch sind, wie vorangehend erwähnt wird. Er weist eine längliche Unterlageplatte 26 auf, die in der Vertiefung 28 sitzt, die in der oberen Fläche der Grundplatte 18e des Druckkopfes gebildet wird. Die Unterlageplatte 26 besitzt einen Flansch 26a an ihrem vorderen Ende, das zur Trommel 12 hin liegt, die über der Grundplatte 18e liegt. Jener Flansch ist an der Grundplatte mittels eines Gewindeverbindungselementes 32 gesichert. Das entgegengesetzte oder hintere Endsegment 26b der Unterlageplatte 26 besitzt eine nach oben schrägliegende untere Fläche und einen vertikalen Durchgang 34 für das Aufnehmen einer Maschinenschraube oder eines Bolzens 36, die aus der Grundplatte 18e nach oben zu herausragt. Jenes Segment 26b der Unterlageplatte wird durch eine Schraubenfeder 38 nach oben gedrückt, die um den Bolzen 36 herum zwischen der Grundplatte 18e und dem Segment 26b der Unterlageplatte in Eingriff kommt. Ein Ring 36a, der sich um das obere Ende des Bolzens 36 herum erstreckt, begrenzt die Aufwärtsbewegung des Segmentes 26a der Unterlageplatte.
Das Segment 26b der Unterlageplatte weist einen zweiten Durchgang 42 hinter dem Durchgang 34 für das Aufnehmen eines Gewindeverbindungselementes 44 auf, das aus der Grundplatte 18e nach oben zu herausragt. Ein Flügelrad 46 ist auf dem Verbindungselement 44 so mittels Gewinde angeordnet , daß es mit der Oberseite des Segmentes 26b der Unterlageplatte in Eingriff kommt. Indem das Flügelrad 46 am Verbindungselement 44 weiter nach unten gedreht wird, kann daher das Segment 26b der Unterlageplatte entgegen der Vorspannung der Feder 28 nach unten zu gedrückt werden, wodurch die Unterlageplatte um ein quer gerichtetes elastisches bewegliches Gelenk 48 im vorderen Flansch 26a der Unterlageplatte herum schwingt.
Weiter mit Bezugnahme auf Fig. 3 bis 5, und wie man am besten in Fig. 5 sieht, ist die darüberliegende Unterlageplatte 26 eine längliche Düsenschaltplatte 52, die aus einem ferromagnetischen Material besteht. Eine Welle 54, die in der Platte 52 befestigt ist, erstreckt sich nach unten zu durch einen vertikalen Durchgang 56 in der Unterlageplatte 26 und ist drehbar an der Unterlageplatte mittels der oberen und unteren Lager 58 montiert, so daß sich die Platte 52 in einem begrenzten Ausmaß auf der Unterlageplatte 26 ungehindert drehen kann.
Die Drehung der Welle 54 und daher der Schaltplatte 52 wird mittels eines Wagens 62 bewirkt, der auf der Welle 54 zwischen den Lagern 58 montiert ist. Wie am besten in Fig. 3 gesehen wird, besitzt der Wagen 62 ein Paar Arme 62a und 62b, die sich von der Welle 54 aus fast diametral erstrecken. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, wird der Wagenarm 62a durch ein Ende einer Druckfeder 64 ergriffen, die in dem Längsdurchgang 66 angeordnet ist, der sich vom vorderen Ende der Unterlageplatte 26 aus darin erstreckt. Die Druckfeder 64 wird durch eine Stellschraube 68 zusammengedrückt, die im vorderen Endsegment des Durchganges 66 eingeschraubt ist. Auf diese Weise neigt die Feder 64 dazu, die Welle 54 und die Platte 52 im Uhrzeigersinn zu drehen, wie in Fig. 3 zu sehen ist.
Der andere Wagenarm 62b wird durch ein Ende eines stabartigen piezoelektrischen (PZT) Betätigungselementes 70 erfaßt, das in einem Längsdurchgang 72 in der Unterlageplatte 26 am entgegengesetzten Ende der Unterlageplatte angeordnet ist. Das Betätigungselement 70 wird innerhalb des Durchganges mittels einer Stellschraube 74, die in das vordere Endsegment des Durchganges 72 eingeschraubt ist, an Ort und Stelle gehalten. Die Elektroden 70a sind auf den gegenüberliegenden Flächen des Betätigungselementes 70 vorhanden. Wenn eine Spannung VP an die Elektroden mittels der elektrischen Leitungen 76 angelegt wird (Fig. 5), wird sich das Betätigungselement 70 in unterschiedlichen Graden in Abhängigkeit von der angelegten Spannung verlängern. Beim veranschaulichten Drucker kann diese Spannung in Stufen zwischen 0 und 100 Volt verändert werden. Eine derartige Verlängerung des Betätigungselementes 70 bewirkt, daß sich die Welle 54 und die Platte 52 im Gegenuhrzeigersinn drehen, wie in Fig. 3 zu sehen ist, entgegengesetzt der Vorspannung der Feder 64. Auf diese Weise kann durch Anlegen von unterschiedlichen Spannungen an das Betätigungselement 70 die Drehung der Platte 52 um die Z-Achse ziemlich genau eingestellt werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 umfaßt jeder Abschnitt 18a bis 18d des Druckkopfes eine Düseneinrichtung 80. In Fig. 3 werden die Einrichtungen 80 an den Abschnitten 18b, 18c und 18d gezeigt, wohingegen die Düseneinrichtung am Abschnitt 18a entfernt ist. In Fig. 4 wird die Düseneinrichtung 80 beim Vorgang des Installierens im Abschnitt 18a gezeigt.
Die Düseneinrichtung 80 ist so angeordnet, daß sie auf der Schaltplatte 52 aufliegt. Sie ist relativ zur Platte mittels zweier Paßstifte 84 in der Unterseite der Düseneinrichtung 80, angrenzend an deren vorderes und hinteres Ende, angeordnet. Diese Stifte werden entsprechend in einem Loch 86 in der Nähe des vorderen Endes der Schaltplatte 52 und in einem Schlitz 86a im hinteren Ende jener Platte aufgenommen. Eine Magnetplatte 87, die an der Unterseite der Düseneinrichtung 80 montiert ist, wird zur Platte 52 hin angezogen, die, wie vorangehend erwähnt wird, aus einem ferromagnetischen Material besteht. Auf diese Weise wird die Einrichtung 80 magnetisch fest an Ort und Stelle gegen die Platte 52 gehalten. Dennoch kann die Düseneinrichtung schnell und leicht in dem Fall entfernt werden, daß das erforderlich ist, um die Einrichtung zu reparieren oder auszuwechseln.
Wenn die Düseneinrichtung 80 auf der Schaltplatte 52 aufliegt, wird man verstehen, daß alle erforderlichen elektrischen Anschlüsse und Flüssigkeitsverbindungen zur Einrichtung 80 entweder direkt oder über die Grundplatte 18e und/oder die Unterlageplatte 26 vorgenommen werden, um zu ermöglichen, daß die Düseneinrichtung einen Strahl oder einen Strom der Tröpfchen D zum Papierblatt S auf der Trommel 12 lenkt, wie im vorangehend erwähnten Patent beschrieben wird.
Der innere Aufbau der Düseneinrichtung 80 ist nicht Teil dieser Erfindung. Es reicht aus zu sagen, daß die Einrichtung 80 ein Kapillarrohr 88, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, umfaßt, das einen Strom oder einen Strahl der Tintentröpfchen D durch einen Ladetunnel 85 (Fig. 4) und durch eine Ablenkungseinrichtung 89, die auf der Grundplatte 18e vor der Einrichtung 80 montiert ist, ausstößt. Ausgewählte Tintentröpfchen werden im Ladetunnel 85 aufgeladen, und sie werden danach in eine Messerschneide oder eine Sammelrinne abgelenkt, während sie durch die Ablenkungseinrichtung 89 hindurchgehen. Die Tröpfchen D, die nicht abgelenkt werden, bewegen sich zum Blatt S auf der Trommel 12. Es muß jedoch verstanden werden, daß die Tröpfchen D, die nicht abgelenkt werden, dennoch eine geringe elektrische Ladung tragen, so daß sich die aufeinanderfolgenden Tröpfchen im Strahl voneinander abstoßen werden und im Strahl oder Strom im Abstand voneinander verbleiben. Diese restliche Ladung wird während des Eichverfahrens ausgenutzt, wie kurz beschrieben wird. Die Funktionsweise der Ablenkungseinrichtung 89 wird im Detail im vorangehend erwähnten Patent beschrieben.
Wenn wir uns jetzt auf Fig. 1 und 2 beziehen, so besitzt der Drucker 10 ebenfalls eine Eichvorrichtung, die im allgemeinen mit 90 angegeben wird und sich links von der Trommel 12 befindet. Die Eichvorrichtung umfaßt eine Grundplatte 92, die am Maschinenrahmen 13 montiert ist (Fig. 2), und die einen länglichen Auffangblock 94 aus einem nichtleitfähigen Material trägt. In einem Stück mit dem Block 94 an deren Ende, das von der Trommel 12 abgelegen ist, wird ein herabhängender Schenkel 96 ausgebildet, der an der Platte 92 mittels eines Abstandshalters 98 montiert ist. Der Schenkel 96 ist mit dem Block 94 mittels eines beweglichen Gelenkes 102 verbunden, so daß der Block oberhalb der Platte 92 frei vorgebaut ist. Eine große Öffnung 104 wird in der Fläche des Blockes 94 gebildet, die zum Druckkopf 18 hin liegt. Die Öffnung 104 erstreckt sich über einen beträchtlichen Abstand in den Block hinein, und die Länge der Öffnung übersteigt vorzugsweise die Breite des Druckkopfes 18.
Auf der Unterseite der Platte 92 unter dem freien Ende des Blockes 94 ist ein Schrittmotor 106 montiert, der durch eine Öffnung 108 in jener Platte nach oben herausragt. Wie man am besten in Fig. 2 sieht, wird der Anker des Schrittmotors (nicht gezeigt) in einer Schlitzbuchse 110 aufgenommen, die eine eingebaute kolineare Leitspindel 112 besitzt, die aus ihrem entgegengesetzten Ende herausragt. Die Leitspindel 112 wird in einen Durchgang 114 eingeschraubt, der sich durch den freien Endabschnitt des Blockes 94 erstreckt. Wenn der Schrittmotor 106 in der einen oder der anderen Richtung gedreht wird, schwingt daher das freie Ende des Blockes 94 um sein bewegliches Gelenk 102. Wie man später sehen wird, schwingt der Block um einen sehr kleinen Winkel, so daß die Bewegung des Blockes im wesentlichen linear ist. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, kann eine Feder 116 zwischen der Platte 92 und dem Block 94 zusammengedrückt werden, um das freie Ende des Blockes nach oben zu drücken, um somit das Spiel in der Gewindeverbindung zwischen der Leitspindel 112 und dem Block 94 zu beseitigen.
Noch unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 wird ein winkeliger Durchgang 122 in der Bodenwand der Öffnung 104 im Block 94 angrenzend an das freie Ende des Blockes zur Verfügung gestellt. Mit Preßpassung im Durchgang 122 ist eine rohrförmige Nadelverkleidung 124 angeordnet. Koaxial innerhalb der Verkleidung 124 ist ein elektrisch leitfähiger Nadelmeßfühler angeordnet, der aus dem Ende einer Flügelschraube 128 herausragt, die in das untere Ende der Verkleidung 124 eingeführt ist.
Der Nadelmeßfühler 126 ist relativ zur Achse der Leitspindel 112 winkelig, und die Eichvorrichtung 90 ist um die Achse A der Trommel 12 herum so orientiert, daß sich, wenn das freie Ende des Auffangblockes 94 mittels des Schrittmotors 106 bewegt wird, wie vorangehend erläutert wird, die kegelförmige Spitze 126a des Nadelmeßfühlers 126 längs einer Tangente einer imaginären nach links gerichteten Verlängerung der Trommel 12 bewegt wie in Fig. 2 zu sehen ist. Der Abstand vom Nadelmeßfühler 126 zum linken Bild- oder Druckrand M wird mechanisch in der Fabrik geeicht und ist eine bekannte Konstante in den Angaben des Druckers. Vorzugsweise befindet sich die Nadel spitze 126a in einer Position entsprechend dem Schnittpunkt eines jeden Tintenstrahles mit dem Blatt S auf der Trommel 12. Der Schrittmotor 106 kann gesteuert werden, um den Nadelmeßfühler 126 über einen kurzen Abstand aus der Ausgangsposition NH heraus zu bewegen. Ein optischer Meßfühler 130, der mittels einer Halterung 132 an der Grundplatte 92 angrenzend an das freie Ende des Auffangblockes 94 montiert ist, tastet eine "Markierung" am Ende des Blockes ab, um die Ausgangsposition NH festzulegen.
Wenn nicht gedruckt wird, sind der Wagen 14 und der darauf befindliche Druckkopf 18 längs der Leitspindel 20 und der Führungsstangen 22 nach links über die Trommel 12 hinaus in die Ausgangsposition PH beweglich, in der die Austrittsöffnung des Kapillarrohres 88 (Fig. 4) in der Düseneinrichtung 80 des Abschnittes 18a des Druckkopfes direkt der Position PH in Fig. 1 an der Mündung der Öffnung 104 im Auffangblock 94 gegenüberliegt. Wie dort gezeigt wird, werden alle Düseneinrichtungen 80 der Öffnung 104 gegenüberliegend angeordnet, wenn sich der Druckkopf in seiner Ausgangsposition befindet. Eine Plattenelektrode 132, die eine Ladung trägt, die der Ladung auf den Tröpfchen D entgegengesetzt ist, wird an der oberen Wand der Öffnung 124 bereitgestellt, so daß sich, wenn die Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes für Versuchszwecke eingeschaltet sind, die daraus austretenden Tintenstrahlen zur Elektrode 132 bewegen werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, neigt sich die Bodenwand des Durchganges 104 nach unten und nach hinten zu einem Abfluß 134, der mit einem Rohr 136 verbunden ist, das zu einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) führt, die die Tinte und den Nebel absaugt, die in der Öffnung 104 vorhanden sind. In der Nadelverkleidung 124 wird ebenfalls ein Vakuum bewirkt, um den Aufbau von Tinte auf der Nadel zu verhindern, was die Eichergebnisse unbrauchbar machen könnte, wie es später beschrieben wird. Dazu führt eine Rohrleitung 138 (Fig. 1) vom Inneren der Verkleidung 124 zu einem Rohr 142 am freien Ende des Blockes 94. Das Rohr 142 ist ebenfalls mit der vorangehend erwähnten Vakuumquelle verbunden.
Wie jetzt beschrieben wird, wird das Eichverfahren für jeden Abschnitt 18a bis 18d des Druckkopfes durchgeführt, indem die Düseneinrichtung 80 für jenen Abschnitt direkt gegenüberliegend dem Nadelmeßfühler 126 so angeordnet wird, daß der aus jener Düseneinrichtung austretende Tintenstrahl die Nadelspitze 126a schneiden wird, und vorzugsweise ebenfalls direkt auf die Verlängerung der Trommelachse A ausgerichtet ist, wie in Fig. 2 gezeigt wird.
Es ist wichtig zu bemerken, daß das für die Strahlen durchgeführte Eichverfahren ebenso für die tatsächlichen Tintenpunkte gilt, die auf dem Blatt S mittels jener Strahlen gebildet werden. Das ist der Fall, weil, wie vorangehend bemerkt wird, die Position der Meßfühlerspitze 126a dem Schnittpunkt eines jeden Strahles mit dem Blatt S entspricht. Das heißt, sie zeigt die gleiche Beziehung zum Druckkopf 18 und der Trommelachse A wie jeder Punkt auf dem zu bedruckenden Blatt S.
Wenn ein Abschnitt 18a bis 18d des Druckkopfes dem Meßfühler 126 gegenüberliegend angeordnet und so betätigt wird, daß die aufgeladenen Tintentröpfchen D, die aus einer Einrichtung 80 austreten, den Meßfühler 126 treffen, erzeugt das ein Stromsignal im Meßfühler. Das untere Ende der Nadel ist mit einem Verstärker 172 verbunden, der jenes Signal verstärkt und an einen Schwellenwertdetektor 174 anlegt. Wenn das Signal über einem ausgewählten Mindestwert zu finden ist, wird es durch einen Analog-Digital- Wandler 176 digitalisiert und mit einer Prozessor/Regleranlage 180 gekoppelt.
Die Prozessor/Regleranlage 180 steuert den Betrieb der Eichvorrichtung 90 ebenso wie die Funktion der anderen Teile des Druckers, um sie in die Lage zu versetzen, die Funktionen durchzuführen, die normalerweise von einem Tintenstrahldrucker dieser allgemeinen Ausführung durchgeführt werden. Während des Eichverfahrens empfängt daher die Prozessor/Regleranlage 180 die Signale von den Meßfühlern 24 und 130 für die Ausgangsposition und liefert die Steuersignale, um den Schrittmotor 106 in der Eichvorrichtung 90 anzutreiben, und um den Schrittmotor (nicht gezeigt) anzutreiben, der den Wagen 14 des Druckkopfes bewegt. Er liefert ebenfalls die Steuerspannungen für die PZT-Betätigungselemente 70, die die Düseneinrichtungen 80 in den Abschnitten 18a bis 18d des Druckkopfes ausrichten. Der Operator kann mittels einer geeigneten Schalttafel oder Tastatur 182 Befehle in die Anlage 180 eingeben.
Nachfolgend werden die wichtigen Eigenschaften eines typischen Druckers aufgeführt, der die vorliegende Erfindung beinhaltet:
Meßfühler 126: 0,025 in.
990 Mikroschritte
Maximale Exzentrizität der Meßfühlerspitze 126a: +/- 0,005 in.
198 Mikroschritte
Jeder Schritt des Schrittmotors 106: 0,000070 in.
Vertikaler Einstellbereich des Meßfühlers 126: 0,030 in.
429 Schritte
Nennabstand der Düse 80 (Kapillarrohr 88): 0,50 in.
Vollbereich des Betätigungselementes 70 (0-100 V): 0,0071 in.
Abweichung des Vollbereichs des Betätigungselementes 70 (+/- 10 %): +/- 0,00071 in.
Kleinster Schritt des Betätigungselementes 70 (Vollbereich/256): 0,0000278 in.
Abstand zwischen der ersten Düseneinrichtung 80 (Abschnitt 18a des Druckkopfes) und dem Nadelmeßfühler 126, wenn sich der Druckkopf in der Ausgangsposition PH befindet: 1,037 in.
200 Viertelschritte pro Umdrehung des Motors der Leitspindel 1386 Kodierimpulse pro Trommelumdrehung 0,25 in. des Druckkopfes pro Umdrehung des Motors der Leitspindel uSCRITTE/SCHRITT IN./uSCHRITT IDEAL DPI IDEAL uSCHRITTE/RASTER REELLE uSCHRITTE/RASTER REELLE DPI FEHLER ÜBER 18"
In Vorbereitung oder als Teil des Eichverfahrens ermittelt der Drucker die Geschwindigkeit der Tröpfchen D in jedem Tintenstrahl vom Druckkopf 18. Diese Geschwindigkeit kann von 35 m/sec. bis 50 m/sec. in Abhängigkeit vom Durchmesser des Kapillarrohres 88 und von anderen Faktoren variieren. Der Abstand von der Stelle, an der sich die Tröpfchen D bilden und eine Ladung erhalten, bis zum Papierblatt S beträgt etwa 13 mm. Daher kann die Zeitdifferenz zwischen einem Übergang in das Ladesignal und dem Papierkontakt zwischen 260 und 370 Mikrosekunden variieren oder eine Differenz von 90 Mikrosekunden zwischen irgendwelchen zwei Strahlen. Die Zeitdifferenz zwischen den benachbarten Pixels oder Punkten, die auf das Blatt S gedruckt werden, kann bei nur 13 Mikrosekunden bei den höchsten Auflösungen und Drehzahlen der Trommel 12 liegen. Daher können die Differenzen der Geschwindigkeiten zwischen den Strahlen Versetzungen der Tropfen von bis zu sieben Punkten in der Richtung der Papierbewegung hervorrufen. Um die verschiedenen Verzögerungen auszugleichen, wird die Geschwindigkeit der Tröpfchen eines jeden Strahles gemessen, und indem ein Strahl als Bezug verwendet wird, werden die Datensignale zu den anderen Strahlen zeitlich in Vorlauf gebracht oder verzögert, um die Versetzungen der Tropfen zu korrigieren.
Die Geschwindigkeit der Tröpfchen D des Strahles wird ermittelt, indem die Zeitdifferenz zwischen einem Übergang in die Aufladung der Tropfen und der Zeit gemessen wird, zu der der Übergang im Meßfühler 126 erfaßt wird. Mit anderen Worten, die Prozessor/Regleranlage 180 erzeugt Zeitsignale und steuert den Ladetunnel 85 so, daß der Tunnel eine ausgewählte unterschiedliche Ladung an eine Folge von Tröpfchen D aufbringt, um diese Tröpfchen "zu markieren". Die Anlage 180 umfaßt ebenfalls einen Zähler, der die Zeitsignale zählt. Die Zählung beginnt, wenn der Übergang auftritt, und sie endet, wenn der Meßfühler 126 die markierten Tröpfchen erfaßt. Die Zeit, die erforderlich ist, damit sich die Tröpfchen zwischen dem Ladetunnel 85 und dem Meßfühler 126 (der den gleichen Abstand wie das Blatt S aufweist) bewegen, kann direkt vom Zähler in Zehnteleinheiten einer Mikrosekunde abgelesen werden. Diese Auflösung ist auf 1/130. eines Pixels oder Punktes bei der höchsten Drehzahl der Trommel 12 genau. Im Interesse der besten Ergebnisse wird tatsächlich eine große Anzahl von Messungen der Geschwindigkeiten vorgenommen, und es werden statistische Methoden angewandt, um ein genaues Ergebnis zu berechnen.
Bezieht man sich jetzt auf Fig. 6A bis 6C, so leitet der Operator das automatische Eichverfahren bei Benutzung der Tastatur 182 ein. Das bewirkt, daß die Prozessor/Regleranlage 180 bei diesem Beispiel den Algorithmus ausführt, der in Fig. 6A bis 6C dargestellt wird. Für die Eichung wird vorausgesetzt, daß der durch jede Düseneinrichtung 80 erzeugte Tintenstrahl den Nadelmeßfühler 126 bei einer bestimmten Einstellung über dem Einstellbereich des Meßfühlers schneiden wird.
Zu Beginn des Eichverfahrens betätigt die Prozessor/Regleranlage 180 den rechten Abschnitt 18a des Druckkopfes (druckt zuerst und wird als Bezugsabschnitt genommen), so daß er einen Tintenstrahl aussendet und die Vakuumquelle aktiviert, die die Rohre 136 und 142 in der Vorrichtung 90 bedient. Er bewegt ebenfalls den Druckkopf 18 in seine Ausgangsposition PH und schaltet dann den Kopf schrittweise 0,44 in. nach rechts, so daß der Strahl aus dem Kapillarrohr 82 im Abschnitt 18a innerhalb 0,05 in. ± 0,04 in. des Nadelmeßfühlers 126 zu finden ist. Diese Betriebsbereitschaftsposition des Kopfes wird mit P&sub0; bezeichnet. Die Anlage 180 bewegt dann den Meßfühler 126 in seine Ausgangsposition NH und schaltet dann den Meßfühler schrittweise 0,030 in. nach oben, so daß sich der Strahl in einer Höhe befindet, die den Meßfühler schneiden wird. Das ist die Betriebsbereitschaftsposition N&sub0; des Meßfühlers. Außerdem stellt die Anlage 180 die Spannung VP zum Betätigungselement 70 auf null Volt, so daß die Düseneinrichtung 80 des Abschnittes 18a des Kopfes eine maximale Drehung um die Z-Achse nach rechts aufweist.
Als nächstes schaltet die Prozessor/Regleranlage schrittweise den Druckkopf 18 langsam nach rechts, bis der Tintenstrahl den linken Rand des Meßfühlers 126 berührt hat. Die Anlage 180 empfängt ein Signal vom Analog- Digital-Wandler 176, der einen derartigen Kontakt anzeigt; nicht mehr als 2000 Mikroschritte dürfen erforderlich sein, um das zu bewirken. Die Regleranlage registriert die Position des Kopfes in Mikroschritten ab PH an der Kontaktstelle. Diese Position wird als PL+1 bezeichnet, und die Position des Kopfes beim vorangegangenen Schritt ist PL. Die Anlage 180 fährt mit der schrittweisen Schaltung des Druckkopfes 18 nach rechts fort, bis der Tintenstrahl von der Düseneinrichtung 80 gerade den Kontakt zum rechten Rand des Meßfühlers 126 verliert. Die Anlage 180 registriert diese Position des Kopfes in Mikroschritten ab PH Diese Position wird mit PR+1 bezeichnet, wobei die Position des Kopfes beim vorangegangenen Schritt PR ist. Die Prozessor/Regleranlage führt danach den Kopf 18 nach P&sub0; zurück und regelt stufenweise den Kopf auf die Hälfte des Abstandes zwischen PL und PR+1 ein, d.h., PL + (PR+1 - %)/2. Das positioniert den Strahl vom Abschnitt 18a des Kopfes etwa in der Mitte des Nadelmeßfühlers 126. Die Anzahl der Mikroschritte, um diese Position zu erreichen, wird festgehalten.
Die nächste Phase des Eichverfahrens ist die Ermittlung und Registrierung der vertikalen Position (Y-Achse) des Tintenstrahles, indem die Spitze 126a des Meßfühlers 126 gesucht wird. Um das zu bewirken, aktiviert die Anlage 180 den Schrittmotor 106, um den Meßfühler 126 einen Schritt nach unten auf einmal zu bewegen, bis der Tintenstrahl nicht mehr den Meßfühler berührt. Um die Konizität und Exzentrizität der Meßfühlerspitze zu berücksichtigen, schaltet der Regler den Druckkopf 18 schrittweise 0,005 in. nach links. Wenn der Strahl den Meßfühler berührt, wird der Meßfühler schrittweise weiter nach unten geschaltet, bis der Strahl nicht mehr den Meßfühler berührt. Die Anlage 180 schaltet danach den Kopf 18 um 0,01 in. nach rechts. Wenn das Signal vom Analog-Digital-Wandler 176 anzeigt, daß der Strahl den Meßfühler berührt hat, wiederholt die Prozessor/Regleranlage die vertikale Einstellung des Meßfühlers, indem er zum Schritt 9 des Algorithmus aus Fig. 6A bis 6C zurückkehrt. Andererseits, wenn der Strahl nicht den Meßfühler berührt, zeigt das, daß der Meßfühler eindeutig unterhalb des Strahles zu finden ist.
Als nächstes schaltet die Anlage 180 den Meßfühler um einen Schritt hoch und bewegt den Druckkopf nach rechts und danach nach links um 0,01 in. Wenn der Strahl die Meßfühlerspitze 126a berührt, registriert die Anlage 180 die Höhe der Meßfühlerspitze in Schritten von der Ausgangsposition NH des Meßfühlers aus. Wenn kein Kontakt vorhanden ist, schaltet die Prozessor/Regleranlage den Meßfühler um einen Schritt hoch und schaltet den Kopf wieder schrittweise hin und her. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der Kontakt mit der Meßfühlerspitze 126a hergestellt ist.
Es muß an dieser Stelle erwähnt werden, daß, wenn das Überschneiden des Strahles mit der Meßfühlerspitze 126a wahrgenommen wird, das Messen am genauesten ist, wenn sich der Meßfühler nach oben in den Tintenstrahl oder den Strom von der Düseneinrichtung 80 hineinbewegt. Das heißt, wenn sich der Meßfühler in der entgegengesetzten Richtung bewegt, d.h., aus dem Tintenstrom heraus, scheinen die Oberflächeneffekte zu bewirken, daß sich der Strahl in die Meßfühlerspitze "hineinbiegt", wodurch die Messung der Position verschlechtert wird. Aus dem gleichen Grund ist das Messen des Kontaktes, während sich der Strahl von der Seite aus in den Meßfühler hineinbewegt, genauer als das Messen des Kontaktverlustes.
Das ist auch der Grund, weshalb es wichtig ist, daß um den Meßfühler 126 herum eine Verkleidung 124 vorgesehen ist, in der während der Eichung ein Vakuum entsteht. Das minimiert den Aufbau der Tinte auf dem Nadelmeßfühler, was den scheinbaren Durchmesser oder die Höhe des Meßfühlers verändern und daher die Messungen der Strahlpositionen in Unordnung bringen könnte.
Als nächstes ermittelt die Anlage 180, beginnend mit dem Schritt 14 in Fig. 68, die horizontale Position (X-Achse) des Tintenstrahles vom Abschnitt 18a des Kopfes aus, indem die Seite des Meßfühlers über einen unveränderlichen Abstand unterhalb der Meßfühlerspitze 126a berührt wird. Auf diese Weise schaltet die Prozessor/Regleranlage den Meßfühler 126 um 0,010 in. hoch, wobei die Spannung VP noch bei null Volt ist (d.h., maximale Drehung um die Z-Achse nach rechts). Der Strahl schneidet jetzt den Meßfühler 0,010 in. unterhalb der Spitze 126a. Als nächstes schaltet die Anlage 180 den Kopf 18 nach rechts, bis das Signal vom Analog-Digital- Wandler 176 zeigt, daß der Strahl nicht mehr den Meßfühler berührt. Die Anlage 180 bewegt dann den Kopf 18 nach links, bis der Strahl wieder einen Kontakt mit dem Meßfühler erreicht. Wie vorangehend bemerkt wird, wird lieber ein Bewirken des Kontaktes zwischen dem Strahl und dem Meßfühler als ein Kontaktverlust nachgewiesen, um die Genauigkeit zu maximieren. Als nächstes wird der Kopf nach rechts und danach nach links auf innerhalb 1 Mikroschritt des rechten Randes des Meßfühlers geschaltet.
Bei der Fortsetzung der Verfahrensweise erhöht die Anlage 180 im Schritt 18 die Spannung VP die an das PZT-Betätigungselement 70 angelegt wird, um die Austrittsöffnung der Düseneinrichtung 80 nach links zu bewegen (d.h., eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn), bis nachgewiesen wird, daß der Strahl soeben den Meßfühler berührt hat. Die Benutzung des Betätigungselementes, um die Düse in dieser Richtung zu bewegen, wird bevorzugt, weil das sich verlängernde Betätigungselement eine größere Drehkraft anwendet als die Feder 64. Die Prozessor/Regleranlage 180 registriert jetzt die Position des Druckkopfes in Form von Mikroschritten ab der Ausgangsposition PH. Sie speichert ebenfalls die Daten, die die Größe der Spannung VP verkörpern. Wenn der Strahl nicht den Meßfühler berührt, schaltet die Anlage 180 den Druckkopf um X Mikroschritte nach links und danach um X-1 Mikroschritte nach rechts und wiederholt den Schritt 18 des Algorithmus aus Fig. 6A bis 6C.
Daher werden an dieser Stelle beim Verfahren die vertikalen und horizontalen Positionen des Tintenstrahles vom Abschnitt 18a des Kopfes aus in der Prozessor/Regleranlage 180 in Form der Anzahl der Schritte von der Ausgangsposition NH des Meßfühlers und der Anzahl der Schritte von der Ausgangsposition PH des Druckkopfes aus registriert. Eine Zahl, die die Spannung VP verkörpert, wird ebenfalls gespeichert, so daß sie im Digital- Analog-Wandler vorhanden ist, um jene Spannung am Betätigungselement 70 des Abschnittes 18a des Druckkopfes aufrechtzuerhalten.
Mit Bezugnahme auf Fig. 7 kann die Anlage 180 ebenfalls die richtige Spannung VP für den Abschnitt 18a des Kopfes ermitteln, die den Strahl von der Düse 80 des Abschnittes 18a zu den Mitten der Rasterzeilen L ausrichten wird. Dazu wird angenommen, daß die Anlage 180 die nächste ganze Zahl der Rasterzeilen L zwischen den Strahlen basierend auf der Auflösung berechnet hat, die für das zu druckende Bild ausgewählt wurde.
Um diese letzte Korrektur durchzuführen, stellt die Anlage 180 VP auf null Volt zurück und führt den Druckkopf 18 in die Ausgangsposition PH zurück, und sie schaltet den Kopf schrittweise so, daß der Strahl vom ersten Abschnitt 18a des Kopfes innerhalb 1 Rasterzeile L nach rechts vom Meßfühler 126 zu finden ist. Die Regleranlage schaltet ebenfalls den Meßfühler schrittweise um 0,010 in. hoch, d.h., die Position des Meßfühlers nach dem Schritt 14 in Fig. 6B. Wenn der Strahl den Meßfühler berührt, schaltet die Prozessor/Regleranlage den Druckkopf schrittweise eine Rasterzeile L nach rechts. Die Anlage 180 erhöht dann die Spannung VP, bis der Strahl den Meßfühler berührt, und sie registriert und hält jene Spannung aufrecht. Wenn der Strahl niemals den Meßfühler berührt, schaltet die Anlage 180 schrittweise den Kopf 18 um R Rasterzeilen nach links und danach um R-1 Rasterzeilen nach rechts und korrigiert die registrierte Rasterzählung und kehrt zum Schritt 3 des Algorithmus in Fig. 7 zurück.
Nachdem die Eichung des Kopfabschnittes 18a abgeschlossen ist, stellt die Prozessor/Regleranlage 180 jetzt die Spannung VP auf null Volt zurück und positioniert die Düse des zweiten Abschnittes 18b des Druckkopfes innerhalb von 0,05 ± 0,04 in. vom Meßfühler aus. Das heißt, die Anlage 180 setzt den Abstand von 0,50 in. zwischen den Düsen 80 für den Abstand von 0,037 in. zwischen der ersten Düse 80 und dem Meßfühler ein und schaltet den Kopf schrittweise um 0,437 in. im Schritt 1 der Fig. 6A, und sie führt erneut die Algorithmen der Fig. 6A bis 6C und 7 aus. Die gleiche Verfahrensweise wird für die restlichen Abschnitte 18c und 18d des Kopfes wiederholt, wobei der Düsenabstand der gleiche bleibt wie beim Schritt 1 in Fig. 6A.
Daher hat die Prozessor/Regleranlage 180 am Ende des Eichverfahrens den absoluten Abstand (in Schritten des Kopfes) von der Ausgangsposition PH des Kopfes bis zum Schnittpunkt des Strahl es vom Bezugsabschnitt 18a des Druckkopfes mit dem Meßfühler 126 gespeichert. Da, wie vorangehend bemerkt wurde, der axiale Abstand zwischen dem Meßfühler und dem linken Bildrand M unverändert ist und im Regler 180 gespeichert wird, kann die Prozessor/Regleranlage durch einfache Addition den Abstand zwischen der Ausgangsposition PH und dem Rand M mit Bezugnahme auf den eingestellten Abschnitt 18a des Druckkopfes ermitteln und speichern. Ebenfalls, wie vorangehend bemerkt wurde, ermittelte und speicherte die Anlage 180 den absoluten Abstand von der Ausgangsposition PH des Druckkopfes bis zum Schnittpunkt der Strahlen von einem jeden der anderen drei Abschnitte 18b bis 18d des Druckkopfes mit dem Meßfühler. Sie ermittelte und speicherte ebenfalls die Höhe eines jeden jener Strahlen relativ zur Ausgangsposition NH der Nadel. Folglich kann die Prozessor/Regleranlage 180 durch einfache Subtraktionen die relativen Abstände zwischen den Strahlen von den Abschnitten 18b bis 18d des Druckkopfes und dem Strahl vom Bezugsabschnitt 18a in sowohl der Richtung der X-Achse als auch der Y-Achse berechnen und speichern. Außerdem ermittelte und speicherte die Anlage 180 die Spannung des Betätigungselementes 70, die erforderlich ist, um den Strahl von jedem der Abschnitte 18a bis 18d des Druckkopfes zur Mitte einer Zeile in dem Raster zu richten, das vom Drucker 10 abgetastet wird. Diese Spannungen können bis zur nächsten Eichung beibehalten werden oder bis die Auflösung (d.h. , die Zählung der Rasterzeilen) des zu druckenden Bildes verändert ist.
Auf diese Weise "kennt" die Prozessor/Regleranlage 180 während des Druckens die genaue Position, die ein Tintenpunkt von jedem Abschnitt 18a bis 18d des Druckkopfes auf dem Blatt S einnehmen würde, wenn zu irgendeinem Zeitpunkt im Druckzyklus gedruckt wird. Daher kann sie die Betätigung jener Abschnitte zeitlich so steuern, daß die Abschnitte 18b bis 18d in irgendeiner bestimmten Punktposition auf dem Blatt S verschiedene Farbpunkte drucken werden, die mit dem Punkt in Übereinstimmung sind, der durch den als Bezug benutzten Abschnitt 18a gedruckt wird.
Die Ausgangsposition des Nadelmeßfühlers 130 in der typischen Vorrichtung wird mechanisch in der Fabrik eingestellt.

Claims

1. Vorrichtung zum Eichen eines Tintenstrahldruckers, die umfaßt: eine Auflage für den Datenträger, die eine Achse und eine Auflagefläche aufweist; und einen Druckkopf, der einen Tintenstrahl abgibt und parallel zur Achse in einer axialen Richtung längs der Auflagefläche zwischen einer Ausgangsposition des Kopfes und einer Position über ein Ende der Auflagefläche hinaus beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aufweist:

eine Nachweiseinrichtung für die Ausgangsposition des Kopfes, um das Vorhandensein des Druckkopfes in der Ausgangsposition für den Kopf nachzuweisen, und um ein Ausgangspositionssignal des Kopfes als Reaktion darauf auszusenden;

einen Tintenstrahlmeßfühler, der in einer ausgewählten Entfernung in der axialen Richtung über ein Ende der Auflagefläche hinaus angeordnet wird und senkrecht zur Achse zwischen einer Ausgangsposition des Meßfühlers an einer ausgewählten Stelle relativ zur Auflage für den Datenträger und einer Position, in der der Meßfühler den Tintenstrahl schneiden kann, beweglich ist, wobei der Meßfühler ein Meßfühlersignal aussendet, wenn der Meßfühler den Tintenstrahl schneidet;

eine Einrichtung für das Nachweisen des Vorhandenseins des Meßfühlers in der Ausgangsposition des Meßfühlers und das Aussenden eines Ausgangspositionssignals des Meßfühlers als Reaktion darauf;

erste Bewegungselemente und zweite Bewegungselemente für das Bewegen des Druckkopfes und bzw. des Meßfühlers aus ihren entsprechenden Ausgangspositionen über erste und zweite Entfernungen, so daß der Meßfühler den Tintenstrahl schneidet; und

einen Regler, der auf das Ausgangspositionssignal des Kopfes und das Ausgangspositionssignal des Meßfühlers sowie das Meßfühlersignal für das Ermitteln und Speichern der ersten und der zweiten Entfernung anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ausgangsposition des Kopfes ebenfalls über ein Ende der Aufnahmefläche hinaus zu finden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem umfaßt eine angrenzend am Meßfühler angeordnete Einrichtung für das Aufnehmen des die Tinte aufweisenden Tintenstrahles, wenn der Druckkopf der Vorrichtung zum Eichen gegenüberliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die ersten Bewegungselemente den Druckkopf schrittweise bewegen, und der Regler die erste Entfernung als ganze Zahl von Schritten ab der Ausgangsposition des Kopfes speichert, und die außerdem umfaßt: eine Einrichtung am Druckkopf, die auf die Zielsignale des Tintenstrahles reagiert, um den Tintenstrahl längs der axialen Richtung zwischen einer Bezugsstelle und einer zweiten Stelle, die einen Abstand von der Bezugsstelle aufweist, zum Ziel zu führen; und eine Einrichtung für die Erzeugung der Zielsignale des Tintenstrahles, wenn der Kopf schrittweise in die Position gebracht wird, in der sich der Tintenstrahl innerhalb eines Schrittes des Überschneidens befindet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Auflage für den Datenträger eine Rotationstrommel, die Auflagefläche die zylindrische Oberfläche der Trommel und die Achse die Trommelachse ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Meßfühler für den Tintenstrahl die Spitze einer elektrisch leitfähigen Nadel aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die außerdem eine Einrichtung für das Erzeugen eines Vakuums im Raum um die Nadel herum umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung für das Erzeugen des Vakuums eine rohrförmige Verkleidung, die die Nadel umgibt, und eine Einrichtung für das Verbinden des Inneren der Verkleidung mit einer Vakuumquelle aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Meßfühler in einem beweglichen Block montiert ist, der einen Tintenbehälter angrenzend an den Meßfühler abgrenzt um den die Tinte aufweisenden Tintenstrahl aufzunehmen, wenn der Druckkopf der Vorrichtung zum Eichen gegenüberliegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Block in der senkrechten Richtung gemeinsam mit dem Meßfühler beweglich ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Auflage für den Datenträger eine Rotationstrommel ist, die eine zylindrische Oberfläche aufweist, die die Auflagefläche bildet, und die sich um eine Achse dreht, und bei der der Druckkopf parallel zur Achse längs der Trommeloberfläche beweglich ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Meßfühler elektrisch leitfähig ist, und die außerdem umfaßt eine Einrichtung für das Aufladen des die Tintentröpfchen aufweisenden Tintenstrahles, so daß, wenn der Meßfühler den Tintenstrahl schneidet, ein Meßfühlersignal im Meßfühler ausgelöst wird; und eine Einrichtung für das Nachweisen des Meßfühlersignals.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die außerdem eine Einrichtung für das Verzögern des Aufbaus von Tinte aus dem Tintenstrahl auf dem Meßfühler umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Einrichtung für das Verzögern aufweist:

eine rohrförmige koaxiale Verkleidung, die den Meßfühler umgibt; und

eine Einrichtung für das Verbinden des Inneren der Verkleidung mit einer Vakuumquelle.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, die außerdem umfaßt

eine Einrichtung angrenzend am Meßfühler für das Aufnehmen des die Tinte aufweisenden Tintenstrahles, wenn der Druckkopf der Vorrichtung zum Eichen gegenüberliegt; und

eine Einrichtung für das Entfernen der aufgenommenen Tinte von der Einrichtung für das Aufnehmen der Tinte.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die ersten und zweiten Bewegungselemente den Druckkopf und den Meßfühler schrittweise bewegen, und bei der der Regler die erste und die zweite Entfernung in Form der Anzahl der Schritte ab der Ausgangsposition des Kopfes und bzw. ab der Ausgangsposition des Meßfühlers ermittelt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Druckkopf umfaßt

einen Unterbau;

eine Düse für das Herausdrücken des Tintenstrahles;

eine Einrichtung für das drehbare Verbinden der Düse mit dem Unterbau, so daß der Strahl in der axialen Richtung ausgerichtet werden kann; und

eine Einrichtung für das gesteuerte Drehen der Düse relativ zum Unterbau, wenn sich der Tintenstrahl innerhalb eines Schrittes des Überschneidens des Kopfes mit dem Meßfühler befindet, bis der Tintenstrahl den Meßfühler schneidet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die drehbare Einrichtung aufweist: ein Betätigungselement, das zwischen dem Unterbau und der Einrichtung für das Verbinden wirkt und auf ein Zielsignal anspricht, um auf die Einrichtung für das Verbinden ein Drehmoment anzuwenden; und

eine Einrichtung für das Anwenden eines Zielsignals von ausgewählter Größe beim Betätigungselement, so daß das Betätigungselement die Düse dreht, bis der Tintenstrahl den Meßfühler kreuzt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Druckkopf umfaßt: einen Unterbau;

eine Düse für das Herausdrücken des Tintenstrahles;

eine Einrichtung für das drehbare Verbinden der Düse mit dem Unterbau, so daß der Tintenstrahl in der axialen Richtung ausgerichtet werden kann;

eine Einrichtung, die auf ein Zielsignal anspricht, um die Düse relativ zum Unterbau zu drehen; und

eine Einrichtung für die Erzeugung eines Zielsignals.

20. Verfahren für das Eichen eines Tintenstrahldruckers, der umfaßt: eine Auflage für den Datenträger, die eine Achse und eine Auflagefläche aufweist; und einen Druckkopf, der einen Tintenstrahl längs einer Bahn zur Auflagefläche lenkt, und der parallel zur Achse in axialer Richtung längs der Auflagefläche zwischen einer Ausgangsposition des Kopfes und einer Position über ein Ende der Auflagefläche hinaus beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist:

Nachweisen des Vorhandenseins des Druckkopfes in der Ausgangsposition des Kopfes und Aussenden eines Ausgangspositionssignals des Kopfes als Reaktion darauf;

Montieren eines Tintenstrahlmeßfühlers in einer ausgewählten axialen Entfernung über ein Ende der Auflagefläche hinaus, so daß der Meßfühler senkrecht zur Achse zwischen einer Ausgangsposition des Meßfühlers an einer ausgewahlten Stelle relativ zur Auflage für den Datenträger und einer Position, in der der Meßfühler den Tintenstrahl schneiden kann, beweglich ist, wobei der Meßfühler ein Meßfühlersignal aussendet, wenn der Meßfühler den Tintenstrahl schneidet;

Nachweisen des Vorhandenseins des Druckkopfes und des Meßfühlers in ihren entsprechenden Ausgangspositionen und Aussenden der Ausgangspositionssignale des Kopfes und der Ausgangspositionsignale des Meßfühlers als Reaktion darauf;

Bewegen des Druckkopfes und des Meßfühlers aus ihren entsprechenden Ausgangspositionen über erste und zweite Entfernungen, so daß der Meßfühler den Tintenstrahl schneidet; und

Ermitteln der ersten und der zweiten Entfernung aus den Ausgangspositionssignalen des Kopfes und den Ausgangspositionssignalen des Meßfühlers sowie dem Meßfühlersignal.

21. Verfahren nach Anspruch 20, das die zusätzlichen folgenden Schritte umfaßt:

Verarbeiten der ermittelten Entfernungen, um Steuersignale für den Druckkopf zu erzeugen; und

Anwenden der Steuersignale beim Druckkopf, um die Bahn des Tintenstrahles zu steuern.

22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Entfernungen ermittelt werden, indem der Tintenstrahl und der Meßfühler in Berührung miteinander im Schnittpunkt bewegt werden.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Druckkopf eine Vielzahl von Düseneinrichtungen für das Abgeben der Tintenstrahlen umfaßt; der Tintenstrahlmeßfühler in Positionen beweglich ist, in denen der Meßfühler einen jeden Tintenstrahl schneiden kann; die Bewegungselemente den Druckkopf und den Meßfühler so bewegen, daß der Meßfühler jeden Tintenstrahl schneiden kann; der Regler die ersten und die zweiten Entfernungen für jeden Tintenstrahl ermittelt und die ermittelten ersten und zweiten Entfernungen verarbeitet, um Steuersignale für die Düseneinrichtungen zu erzeugen; und die außerdem eine Einrichtung für das Anwenden der Steuersignale bei den Düseneinrichtungen umfaßt, so daß alle Tintenstrahlen von dort auf dem Datenträger registriert werden.