DE69411430T2

DE69411430T2 - Prozesssteuerungssystemarchitektur

Info

Publication number: DE69411430T2
Application number: DE69411430T
Authority: DE
Inventors: Michael A. Penfield New York 14580 Butler; Thomas A. Rochester New York 14625 Henderson; Tracy E. Webster New York 14580 Thieret
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: EP0619535A1; JPH06317964A; BR9400656A; US5471313A; EP0619535B1; DE69411430D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hierarchische Steuerungssystemarchitektur und ein Verfahren zum Steuern einer Bildausgabe durch eine Markierungseinrichtung eines Bildausgabeterminals. Die hierarchische Architektur und das damit verbundene Verfahren zum Steuern der Bildausgabe können leicht in vielen verschiedenen Bildausgabeterminals, insbesondere in Folgegenerationen-Markierungseinrichtungen, implementiert werden.
GB 2 128 597A gibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern von modularen Systemen an. Jede der individuell variablen Komponenten ist mit einer autonom operierenden Steuereinheit verbunden, die mit Sohlwerten aus einem gemeinsamen Hauptcomputer versorgt wird.
Die Steuersystemarchitektur für Bildausgabeterminals, die nur schwarze Bilder ausgeben (Nicht-Farb-Bildausgabeterminals), weisen einen guten Aufbau auf und verwenden relativ einfache Prozeßsteuerschleifen. Während die Verfahren und Techniken für die Markierungseinrichtungen von Nur-Schwarz-Bildausgabeterminals effektiv sind, können sich bei Markierungseinrichtungen von Farb-Bildsausgabeterminals nicht effektiv verwendet werden. Farb-Bildausgabeterminals sind erforderlich, um Farbbilder mit hoher Qualität unter Verwendung von mehreren verschiedenen Primärfarben zu erzeugen. Die für die Farbmarkierungseinrichtungen erforderlichen Prozeßsteuerungen müssen im Vergleich zu den Prozeßsteuerungen für Nur-Schwarz-Bildausgabeterimals nicht wesentlich komplexer sein. Da weiterhin die Popularität von Farb-Bildausgabeterminals rapide zugenommen hat, besteht auch eine größere Nachfrage nach Farbqualität sowie nach einer stabileren und vorraussagbareren Ausgabe bei Farb-Bildausgabeterminals. Da eine genaue Steuerung von mehreren Parametern erforderlich ist, um die Farb-Bildausgabeterminals zu stabilisieren, müssen die verfügbaren Prozeßdaten effektiv genützt werden. Die Steuerung der Farb-Bildausgabeterminals wird durch die Tatsache verkompliziert, daß mehrere Entwicklungssubsysteme in dem Farbdruckprozeß an Stelle des bei Nur-Schwarz-Bildausgabeterminals verwendeten einzigen Entwicklungs-Subsystems verwendet werden. Wenn außerdem eine Tandem-Einrichtung verwendet wird, ist eine Steuerung von vier vollständigen xerographischen Modulen erforderlich.
Die herkömmlicherweise mit der Steuerung von Farb-Bildausgabeteriminals verbundenen Schwierigkeiten und die öffentliche Nachfrage nach einer höheren Bildqualität bei Bildausgabeterminals sowie nach einer Verläßlichkeit derselben erfordern ein komplexeres Steuersystem und einen umfassenderen Aufbau für das Steuersystem.
Bei digitalen Laserdruck- und Laserreproduktionsoperationen kann ein Halbtonbild aufgrund von Beschränkungen des Druckerlasers nicht identisch reproduziert werden. Der Laser kann das Halbtonbild aufgrund von zwei die Fähigkeiten des Bildausgabeterminais beim Schreibens des Halbtonbildes auf dem Photorezeptor beschränkenden Ursachen nicht identisch wiedergeben. Die erste Beschränkungsursache ist darin gegeben, daß es schwierig ist zu bestimmen, welcher lntensitätswert für den Laser verwendet werden soll, um den Photozezeptor an einer bestimmten Lokation und zu einem bestimmten Zeitpunkt teilzubelichten. Der Photorezeptor weist inhärente Ungleichmäßigkeiten in Raum und Zeit auf, die dieses Problem unlösbar machen. Die zweite Beschränkungsursache ist darin gegeben, daß der Entwicklungsprozeß eine stabilere Bildqualität erzeugt, wenn der Laser entweder On oder 0ff betrieben wird und derart gesteuert wird, daß ein Punkt entweder gedruckt oder nicht gedruckt wird. Um diese beiden Beschränkungen zu beseitigen, muß ein zu druckendes oder zu reproduzierendes Halbtonbild derart interpretiert werden, daß das Bildausgabeterimal die Halbtöne und die Grautöne des Bildes so genau wie möglich nachahmt Dies wird durch das bekannte Halbton- Verfahren bewerkstelligt, wobei jeweils ein bestimmter Prozentsatz der Halbtonzellen gefüllt wird, um das Halbtonbild möglichst genau wiederzugeben.
Das für die Reproduktion eines Halbtonbildes verwendete Verfahren besteht darin, die Tonreproduktionskurve des Halbtonbildes so ähnlich wie mögliche wiederzugeben. Eine Tonreproduktionskurve setzt sich aus einer Reihe von zugeordneten Sollwerten zusammen, die verschiedene von Weiß (keine Deckung) zu einer vollen soliden Bereichsdeckung reichende Halbtonzeendichten wiedergeben. Dieser Kurve kann eine bestimmte Anzahl von Stufen oder Halbtonzelendichten zugewiesen werden. Jede Stufe oder jeder Punkt auf der Tonreproduktionskurve gibt eine unterschiedliche Halbtonzellendichte wieder. Wenn eine Tonreproduktionskurve Daten aus einem zu druckenden oder zu reproduzierenden Halbtonbild empfängt, entsprechen diese Daten einer gewünschten Dunkelheit an einer Lokation des Ausgabedrucks. Die Daten sind einer Lokation auf der Tonreproduktionskurve in Übereinstimmung mit einem Dichtewert in der Nähe der gewünschten Dunkelheit zugeordnet. Während also der Laser einzelne Punkte in entweder Schwarz oder Weiß schreibt, wird die Anzahl und die Anordnung dieser Punkte derart gewählt, daß, aus einer Distanz betrachtet, das Erscheinungsbild der tonalen Abstufungen wiedergegeben wird. Je größer die Anzahl der verschiedenen Töne oder Schattierungen des druckbaren Grau, desto besser kann der Drucker oder das Kopiergerät das tatsächliche Halbtonbild wiedergeben.
Um eine hohe Bildqualität zu erhalten, muß die Tonreproduktionskurve des zu druckenden oder zu reproduzierenden Bildes durch das Steuersystem des Bildausgabeterminals während des gesamten Druck- oder Kopierprozesses aufrechterhalten werden. Die Tonreproduktionskurve der Bildausgabe durch den Drucker oder das Kopiergerät wird durch mehrere Variablen beeinflußt, wozu Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperatur sowie unkontrollierte Veränderungen der xerographischen Elemente, wie des Photorezeptors, des Lasers und des Entwicklermaterials gehören. Alle diese Faktoren können eine Variation der Tonreproduktionskurve verursachen, so daß das Aussehen des Ausgabebides verändert wird. Die Steuersysteme des Standes der Technik konzentrieren sich auf das Korrigieren von Varianzen in der Tonreproduktionskurve, indem sie separat einige wenige, die Tonreproduktionskurve beeinflussende Faktoren kontrollieren. Das Kontrollieren von nur einigen wenigen Faktoren ist jedoch problematisch, da die Tonreproduktionskurve durch die Interaktion einer Vielzahl von Faktoren beeinflußt wird. Das Ändern eines Faktors, um eine Varianz in der Tonreproduktionskurve zu korrigieren, kann zur Folge haben, daß ein anderer Faktor die Tonreproduktionskurve verändert, so daß die gewünschte Tonreproduktionskurve nicht richtig beibehalten wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hierarchische Steuersystemarchitketur und ein Verfahren zum Steuern eines Bildausgabeterminals anzugeben, die eine verbesserte Leistung und Verläßlichkeit des Bildausgabeterminals bieten, wobei sie für viele verschieden aufgebaute Bildausgabeterminals angewendet werden können.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Systemebenenarchitektur für ein Farb-Bildausgabeterminal anzugeben, die eine verbesserte Leistung und Verläßlichkeit bietet, wobei die Komplexität im Aufbau und bei der Wartung der Architektur minimiert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Tonreproduktion von gedruckten oder kopierten Dokumenten anzugeben, um eine stabile und voraussagbare Einrichtung zum Reproduzieren von Farbseiten vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hierarchische Systemebenenarchitektur anzugeben, die eine systemweite Perspektive verwendet, um Prozeßsteuerungen vorzusehen, die in einer verbesserten Bildqualität und in einer höheren Verläßlichkeit des Bildausgabeterminals resultieren.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Systemarchitektur anzugeben, die die oben genannten Aufgaben löst, wobei sie gleichzeitig die einfache Integration von modernen Entscheidungshilfsmitteln, wie Fuzzy-Logic, Sensor-Fusion, neuronalen Netze, künstlicher Intelligenz, in die Architektur erlaubt.
Dementsprechend gibt die vorliegende Erfindung eine Steueranordnung, ein Bildausgabeterminal und ein Verfahren zum Steuern einer Bildausgabe in Übereinstimmung mit wenigstens einem der beigefügten Ansprüche an.
Um die Probleme zu lösen, die im Stand der Technik mit dem Kontrollieren eines Parameters, der die Tonreproduktionskurve beeinflußt, verbunden sind, sehen das Verfahren und die hierarchische Architektur der vorliegenden Erfindung eine Steuereinrichtung vor, die eine systemweite Perspektive einnimmt und gleichzeitig eine Vielzahl von Faktoren steuert, die die Tonreproduktionskurve beeinflussen. Wenn ein Faktor gesteuert wird, um eine Varianz in der Tonreproduktionskurve zu korrigieren, werden die anderen Faktoren überwacht und bei Bedarf angepaßt, um sicherzustellen, daß die Tonreproduktionskurve richtig auf einer vorbestimmten Tonreproduktionskurve gehalten wird.
Wie zuvor genannt, ist das Hauptziel der Bildausgabeterminal-Steuerstrategie der Architektur der vorliegenden Erfindung, eine bestimmte spezifizierte Tonreproduktionskurve aufrechtzuerhalten. Wenn die gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird, weist die Bildausgabe durch das Bildausgabeterminal die gewünschte Farbstabilität auf. Um die Markierungseinrichtung eines bestimmten Bildausgabeterminals so zu steuern, daß eine gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird, ist die hierarchische Steuerstrategie in einer Ausführungsform der Architektur der vorliegenden Erfindung in drei Steuereinrichtungs-Ebenen 1, 2 und 3 unterteilt. Die Komplexität der Architektur kann durch die Reduktion der Anzahl der Ebenen oder durch die Reduktion der Anzahl der Steuereinrichtungen auf jeder Ebene reduziert werden, wobei die Kosten der Implementierung, aber auch die Genauigkeit bei der Steuerung der gewünschten Tonreproduktionskurve reduziert wird.
In einer Ausführungsform umfaßt jede der Steuereinrichtungen in den drei Ebenen einen Sensor, einen Steuerungsalgorithmus und einen Aktuator, der den durch die Steuereinrichtung gesteuerten Prozeß in Übereinstimmung mit einem abgefühlten Parameter anpaßt. Eine Steuerungs-Überwachungseinrichtung ist für die Überwachung und Steuerung des Verhaltens jeder der Algorithmen der Ebenen 1, 2 und 3 vorgesehen. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung verwendet systemweites Wissen, um die Algorithmen der Ebenen 1, 2 und 3 anzupassen, so daß die Verläßlichkeit des Bildausgabeterminals und die Robustheit des Steuersystems erhöht werden. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung kann auch eine Vielzahl von anderen wichtigen Funktionen durchführen, die weiter unten beschrieben werden.
Die Steuereinrichtungen der Ebene 1 stabilisieren die einzelnen Verfahrensschritte zum lokalen Erzeugen eines Bildes, indem sie die Datenausgabe aus einem jeweils für jedes Subsystem der Ebene 1 vorgesehenen einzelnen Sensor verwenden und einen Aktuator für jedes Subsystem der Ebene 1 einstellen. Die Steuereinrichtungen der Ebene 2 sehen eher eine regionale als eine lokale Steuerung der Zwischenausgaben des Prozesses vor. Die Steuereinrichtungen der Ebene 2 empfangen zusätzlich zu den Sensorablesungen der kontrollierten Zwischenausgabe des Prozesses einen Satz von skalaren Werten aus den Steuerein richtungen der Ebene 1. Die Aktuation in der Ebene 2 wird auf einem Algorithmus-Parameter einer Steuereinrichtung der Ebene 1 vorgenommen (gewöhnlich ein Sollwert). Das heißt, die Ebene 2 nimmt die Aktuation oder die Anpassung auf der Basis einer Sensorausgabe vor, indem sie wenigstens einen Parameter für wenigstens eine Steuereinrichtung der Ebene 1 ändert. In der Ebene 1 und 2 werden die physikalischen Komponenten und Prozesse angepaßt, die bei der Ausgabe eines Bildes einbezogen sind, um eine Stabilisierung der Tonreproduktionskurve an einer kleinen Anzahl von diskreten Punkten zu erreichen. Zwischen diesen Punkten auf der Tonreproduktionskurve wird eine Stabilisierung durch die Steuereinrichtung der Ebene 3 erreicht, die die Ausgabe des Gesamtsystems mißt und die Interpretation des Bildes an der Eingabe in das Verfahren anpaßt.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung überwacht die Leistung der Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 und paßt das individuelle und das zueinander in Beziehung stehende Verhalten jeder der Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 in Übereinstimmung mit einer Anzahl von variierenden Bedingungen, die die Druckqualität beeinflussen, an. Auf ihrer niedrigsten Funktionsebene entscheidet die Steuerungs-Überwachungseinrichtung über die empfohlenen Aktuationen von den Steuereinrichtungen der Ebene 2 und hält die Sollwerte für die Steuereinrichtungen der Ebene 1 innerhalb von Grenzen, die durch die während des Subsystem-Aufbaus bestimmten Breiten diktiert werden. Die Aufbau-Parameter werden im Kontext der aktuellen Betriebsbedingungen interpretiert. Da Änderungen in einem Subsystem die anderen Subsystem beeinflussen können, verläßt sich die Steuerungs-Überwachungseinrichtung auf die von jeder Steuereinrichtung bereitgestellten Informationen sowie auf andere Faktoren, um die Tonreproduktionskurve richtig aufrechtzuerhalten. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung liest weiterhin die Subsystem- Steuereinrichtungs-Fehlerprotokolle, um zu bestimmen, ob gültige Daten für jede der Steuereinrichtungen vorhanden sind, wobei sie diese Information verwendet, um Konflikte zwischen den Subsystem-Steuereinrichtungen der Ebene 1 zu vermeiden. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung führt Buch über alle Aktuationen der Steuereinrichtungen der Ebene 1, 2 und 3 und paßt die verschiedenen Algorithmen der Steuereinrichtungen an, um entweder die Stabilität der Tonreproduktionskurve zu erhöhen, wenn ein Sollwert unverändert bleibt, oder um die Antwortzeit zu verbessern, wenn Veränderungen an einem Sollwert vorgenommen wurden. Da die Steuerungs-Überwachungseinrichtung eine systemweite Perspektive einnimmt, kann sie die Operation jedes Subsystems überwachen und anpassen, das durch die Veränderung der Bedingungen und durch die Änderungen in anderen Subsystemen beeinflußt wird.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung kann auch verschiedene Funktionen einer höheren Ebene durchführen. So kann die Steuerungs-Überwachungseinrichtung verschiedene Funktionen zur Sicherstellung der Verläßlichkeit erfüllen, darunter das Erkennen von durch die einzelnen Steuereinrichtungen identifizierten Fehlern und das Weitergeben des Fehlers an die Bildausgabeterminal-Software, um den Bediener über das Auftreten eines Hardwarefehlers zu informieren. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung führt auch Buch über die Leistung der einzelnen Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 relativ zu den Sollwerten, um ein Verständnis bezüglich der Entwicklung der verschiedenen Bildausgabeterminal- Subsysteme zu gewinnen und komplexere Bildausgabeterminal-Fehler zu diagnostizieren. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung stellt auch Ausfälle einer oder mehrerer Prozeßsteuersysteme fest und initiiert in Antwort darauf komplexere Diagnose-Hilfsmittel, wie eine Ausfall-Vorhersage und Wiederherstellungsprozesse, wobei moderne Entscheidungs-Techniken wie Fuzzy-Logic, neuronale Netzen, Sensor-Fusion, genetische Algorithmen usw verwendet werden. Außerdem kann die Steuerungs-Überwachungseinrichtung entsprechende Kompromisse zwischen den Subsystemen bestimmen, um die Systemausgabe innerhalb von bestimmten Grenzen zu halten und um die Lebenserwartung der Bildausgabeterminal-Subsysteme zu verlängern.
Die vorliegenden Erfindung kann in einer Vielzahl von verschiedenen Bildausgabeterminals, wie etwa Farbkopiergeräten, Farbdruckern und ähnlichen, verwendet werden. Das Verfahren und die Architektur der vorliegenden Erfindung können in vielen verschiedenen Bildausgabeterminals verwendet werden, da die Architektur einen skalierbaren und modularen Aufbau aufweist, der die Anwendung der Bildausgabeterminals für jede beliebige Technologie und jedes beliebige Volumenband erlaubt. Die Skalierbarkeit ermöglicht die Anpassung der Leistung des Bildausgabeterminals auf ein gewünschtes Budget. Die Modularität ermöglicht die Anpassung individueller Algorithmen der Gesamtarchitektur zu einem gewünschten Subsystem-Satz. Bestimmte Merkmale der Architektur können weggelassen werden, um die Kosten zu reduzieren (Skalierbarkeit). Weiterhin können bestimmte Elemente der Architektur gegen andere ausgetauscht werden, um verschiedene Subsystem- Technologien zu unterstützen (Modularität). Durch das Vorsehen einer Modularität und einer Skalierbarkeit in der Architektur kann auf einer Plug-and-Play-Basis eine Bibliothek von Algorithmen verwendet werden, die Schnittstellen-Anforderungen erfüllen, um auf sich verändernde Anforderungen der Produktprogramme zu reagieren. Das bedeutet, daß verschiedene Software- und Hardwaremodule für die verschiedenen Steuereinrichtungen der Subsysteme aus der Prozeßsteuerung der Markierungseinrichtung eines bestimmten Bildausgabeterminals entfernt werden können und daß neue Module eingesetzt werden können.
Um die angestrebte Skalierbarkeit und Modularität zu erreichen, sind die Elemente oder Subsysteme der Architektur so unabhängig wie möglich von anderen Subsystemen aufgebaut, wobei sie eine wohldefinierte Funktion erfüllen, bestimmte Schnittstellen mit dem Rest der Architektur aufweisen und die Steuerung der Algorithmen durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden beispielhaft und im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die eine Farbreprografie-Markierungseinrichtung und ein Drucksystem mit der Steuerungsarchitektur der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, die eine hierarchische Steuerungsarchitektur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerungsarchitektur der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Schnittstellen zwischen den drei Ebenen und der Steuerungs-Überwachungseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
Fig. 5 ein Kurvendiagramm einer Tonreproduktionskurve ist, die die Steuerbereiche der Ebenen 2 und 3 der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Typ von Drucker, der für die Verwendung mit der Steuerungssystemarchitektur der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in US-A-4,986,526 beschrieben, die hier unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Ein ähnlicher reprographischer Farbdrucker 10, der die Steuerungssystemarchitektur der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in Fig. 1 gezeigt. Die Steuerungssystemarchitektur kann in vielen verschiedenen Bildausgabeterminals implementiert werden und ist nicht auf das besondere in Fig. 1 gezeigte Drucksystem beschränkt.
Ein reprographischer Drucker verwendet eine Markierungseinrichtung, die typischerweise ein elektrofotografisches Druckgerät ist. In einem elektrofotografischen Drucker wird ein photoleitendes Glied auf ein im wesentlichen gleichmäßiges Potential aufgeladen, um die Oberfläche desselben zu sensitivieren. Der aufgeladene Teil der photoleitenden Glieds wird selektiv belichtet, was eine Abführung der Ladung in den bestrahlten Bereichen verursacht. Die Belichtung zeichnet ein elektrostatisches Latenzbild auf dem photoleitenden Glied auf, das den Informationsbereichen des zu reproduzierenden Dokuments entspricht. Nachdem das elektrostatische Latenzbild auf dem photoleitenden Glied aufgezeichnet ist, wird das Latenzbild entwickelt, indem Toner in Kontakt mit dem Latenzbild gebracht wird. Dadurch wird ein entwickeltes Tonerbild auf dem photoleitenden Glied gebildet, das dann auf ein Kopierblatt übertragen wird. Das Kopierbatt wird erhitzt, um das Tonerbild dauerhaft in der gewünschten Bildkonfiguration zu fixieren.
Während des Betriebs des in Fig. 1 gezeigten Drucksystems wird ein vielfarbiges Originaldokument 38 auf einem Rastereingabescanner (RIS) 12 positioniert. Der Rastereingabescanner 12 umfaßt Beleuchtungslampen, Optiken, einen mechanischen Scanantrieb und ein ladungsgekoppeltes Schaltelement (CC D-Element). Der Rastereingabescanner 12 nimmt das ganze Originaldokument auf, wandelt es zu einer Reihe von Rasterscanzeilen um und mißt einen Satz von Primärfarbdichten, d.h. roten, grünen und blauen Dichten. Diese Information wird zu einem Bildverarbeitungssystem (IPS) 14 übertragen. Das Bildverarbeitungssystem 14 stellt die Steuerelektronik dar, die den Bilddatenfluß zu dem Rasterausgabescanner (ROS) 16 vorbereitet und handhabt. Ein dem gewünschten Bild entsprechendes Signal wird vom Bildverarbeitungssystem 14 zum Rasterausgabescanner 16 übertragen, um das Ausgabekopierbild zu erzeugen. Der Rasterausgabescanner 16 legt das Bild in einer Reihe von horizontalen Scanzeilen an, wobei jede Zeile eine bestimmte Anzahl von Pixeln pro Zoll aufweist. Der Rasterausgabescanner 16 umfaßt einen Laser mit einem sich drehenden Polygonspiegelblock. Der Rasterausgabescanner 16 belichtet die aufgeladene photoleitende Oberfiäche des Druckers 10, um einen Satz von subtraktiven Primärlatenzbildern zu erhalten. Die Latenzbilder werden jeweils mit zyanfarbigem, magentafarbigem, gelbem und schwarzem Entwicklermaterial entwickelt. Diese entwickelten Bilder werden auf ein Kopierblatt übertragen und in Registerhaltung übereinandergelagert, um ein vielfarbiges Bild auf dem Kopierblatt zu erzeugen. Das vielfarbige Bild wird dann auf dem Kopierblatt fixiert, um eine Farbkopie zu bilden.
Der weiterhin in Fig. 1 dargestellte Drucker bzw. die Markierungseinrichtung 18 ist ein elektrofotografisches Druckgerät. Das elektrofotografische Druckgerät verwendet einen Photorezeptor oder ein photoleitendes Band 20. Das Band 20 dreht sich in der Richtung des Pfeils 22, um aufeinanderfolgende Teile des photoleitenden Oberfläche sequentiell durch die verschiedenen Verarbeitungsstationen zu befördem, die entlang seines Bewegungspfades angeordnet sind. Das Band ist um die Übertragungswalzen 24 und 26, die Spannwalze 28 und die Antriebswalze 30 geführt. Die Antriebswalze 30 wird durch den Motor 32 gedreht, mit dem sie über eine geeignete Einrichtung wie einen Bandantrieb verbunden ist. Wenn sich die Antriebswalze 30 dreht, wird das Band 20 in der Richtung des Pfeils 22 befördert.
Zu Beginn geht ein Teil der photoleitenden Bandes 20 durch eine Aufladungsstation 34 hindurch. Bei der Aufladungsstation 34 lädt eine Koronaerzeugungseinrichtung oder ein Skorotron das photoleitende Band 20 auf ein relativ hohes, im wesentlichen gleichmäßiges Potential auf.
Als nächstes wird die aufgeladene photoleitende Oberfläche 20 des Bandes zu der Belichtungsstation 36 bewegt. Die Belichtungsstation 36 empfängt die Bildinformation aus dem Rastereingabescanner 12, auf dem ein vielfarbiges Originaldokument 38 positioniert ist. Der Rastereingabescanner 12 nimmt das ganze Bild des Originaldokuments 38 auf und wandelt es zu einer Reihe von Rasterscanzeilen um, die als elektrische Signale zum Bildverarbeitungssystem 14 übertragen werden. Die elektrischen Signale vom Rastereingabescanner 12 entsprechen den roten, grünen und blauen Dichten jeweils an einem bestimmten Punkt im Dokument. Das Bildverarbeitungssystem 14 wandelt den Satz von roten, grünen und blauen Dichtesignalen, d.h. den Satz von Signalen, der den Primärfarbdichten des Originaldokuments 38 entspricht, zu einem Satz von kolorimetrischen Koordinaten um. Das Bildverarbeitungssystem 14 überträgt die Signale, die dem gewünschten Bild entsprechen, dann zum Rasterausgabescanner 16. Der Rasterausgabescanner 16 umfaßt einen Laser mit sich drehenden Polygonspiegelblöcken. Vorzugsweise wird ein Polygon mit neun Facetten verwendet. Der Rasterausgabescanner 16 emittiert einen Strahl, der den aufgeladenen Teil des photoleitenden Bands 20 mit einer Rate von 400 Pixeln pro Zoll belichtet. Der Rasterausgabescanner 16 belichtet das photoleitende Band, um vier Latenzbilder aufzuzeichnen. Ein erstes Latenzbild ist für die Entwicklung mit zyanfarbigem Entwicklungsmaterial vorgesehen, ein zweites Latenzbild ist für die Entwicklung mit magentafarbigem Entwicklungsmaterial vorgesehen, ein drittes Latenzbild ist für die Entwicklung mit dem gelben Entwicklungsmaterial vorgesehen ist und ein viertes Latenzbild ist für die Entwicklung mit schwarzem Entwicklungsmaterial vorgesehen. Die Latenzbilder werden durch den Rasterausgabescanner 16 auf dem photoleitenden Band in Übereinstimmung mit den Signalen aus dem Bildverarbeitungssystem 14 gebildet.
Nachdem das elektrostatische Latenzbild auf dem photoleitenden Band 20 aufgezeichnet wurde, befördert das Band 20 das elektrostatische Latenzbild zur Entwicklungsstation 37. Die Entwicklungsstation umfaßt vier individuelle Entwicklungseinheiten 40, 42, 44 und 46, die die elektrostatischen Latenzbilder unter Verwendung von Tonerpartikeln der entsprechenden Farbe auf herkömmliche Weise entwickeln.
Nach der Entwicklung wird das Tonerbild zur Übertragungsstation 48 befördert, wo das Tonerbild auf ein Blatt aus einem Trägermaterial 52, wie etwa einfachem Papier, übertragen wird. Bei der Übertragungsstation 48 bewegt die Blattbeförderung 50 das Blatt in Kontakt mit dem photoleitenden Band 20. Dabei sprüht ein Skorotron 66 in der Übertragungsstation 48 Ionen auf die Rückseite des Blattes, so daß das Blatt auf die richtige Ladungsstufe und Polarität aufgeladen wird, um das Tonerbild vom photoleitenden Band 20 anzuziehen. Auf diese Weise werden vier Tonerbilder in überlagerter Registerhaltung auf das Blatt übertragen. Nachdem das Blatt viermal durch die Blattbeförderung 50 geführt wurde, wird es freigegeben, über eine Blattbeförderung 54 in der Richtung des Pfeils 56 zwischen eine Fixierwalze 58 und eine Druckwalze 60 geführt und dann in dem Blattempfangsschacht 62 abgelegt.
Die in Fig. 2 gezeigte hierarchische Prozeßsteuerungsarchitektur 110 kann in einem Drucker, wie dem in Fig. 1 gezeigten Drucker 10, implementiert werden. Die hierarchische Prozeßsteuerungsarchitektur 110 wird in der Prozeßsteuerung 11 der Markierungseinrichtung 18, wie in Fig. 1 gezeigt, implementiert. Die Architektur 110 in der Prozeßsteuerung 11 kommuniziert mit dem Bildverarbeitungssystem 14 und dem Rasterausgabescanner 16, um die Qualität der Bildausgabe des Druckers 10 zu kontrollieren.
Eine Hauptaufgabe der Architektur 110 besteht darin, eine gewünschte Bildausgabeterminal-Bildqualität aufrechtzuerhalten, indem eine gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird. Das Bildausgabeterminal, das ein gewünschtes Bild ausgibt, weist eine inhärente Tonreproduktionskurve auf. Wenn man den Bildausgabeterminal unkontrolliert operieren läßt, verzerrt die Tonreproduktionskurve der Bildausgabe des Bildausgabeterminals die Farbwiedergabe des Bildes. Deshalb muß das Bildausgabeterminal gesteuert werden, um die inhärente Tonreproduktionskurve an die Tonreproduktionskurve des Ausgabebildes anzupassen.
Die inhärente Tonreproduktionskurve eines Bildausgabeterminal kann aufgrund von Veränderungen von unkontrollierbaren Variablen, wie der Feuchtigkeit, der Temperatur oder dem Alter der xerographischen Materialien, d.h. der Anzahl der seit dem Einsetzen des Entwicklers oder des Photorezeptors gemachten Kopien variieren. Wie in Fig. 2 gezeigt, nimmt die Architektur 110 eine systemweite Perspektive bezüglich der Bildausgabeterminal-Markierungseinrichtung ein und kontrolliert sowohl die physikalischen Subsysteme 113 des Bildausgabeterminal wie die wechselseitigen Beziehungen zwischen den Subsystemen 113.
Wie in Fig. 2 gesehen werden kann, kann die Architektur 110 in drei Ebenen 1, 2 und 3 unterteilt werden. Die Architektur 110 weist auch eine Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 zum Steuern der Interaktionen zwischen den Steuereinrichtungen der verschiedenen Ebenen auf. Die Ebene 1 enthält die Steuereinrichtungen 114 für jeweils die Subsysteme 113. Die Ebene 2 enthält wenigstens zwei Steuereinrichtungen 115, die mit den Steuereinrichtungen 114 der Ebene 1 zusammenarbeiten. Die Ebene 3 enthält wenigstens eine Steuereinrichtung 116. Jede der Steuereinrichtungen übt seine Funktionen aus und kommuniziert mit den anderen Steuereinrichtungen über besondere Schnittstellen, die in der Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 vorgesehen sind. Jede Steuereinrichtung umfaßt eine Sensoreingabe, eine Aktuationsausgabe und einen Algorithmus mit bestimmten Eigenschaften, die jeweils durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 gesteuert werden können. Für jede Steuereinrichtung wird eine Sensorablesung in einen Algorithmus eingegeben, der eine bestimmte Akuation bestimmt, die das bestimmte Subsystem derart anpaßt, daß die Aufrechterhaltung der gewünschten Tonreproduktionskurve sichergestellt ist.

Steuereinrichtungen der Ebene 1

Die Steuereinrichtungen 114 der Ebene 1 sind für die Aufrechterhaltung eines skalaren Sollwertes für jedes Subsystem 113 erforderlich, um eine kurzfristige Stabilität des Subsystems 113 zu ermöglichen, die für die Algorithmen der Ebene 2 erforderlich ist. Jedes Subsystem 113 weist eine separate Steuereinrichtung auf, die den besonderen Parameter oder den Leistungssollwert des besonderen Subsystems direkt kontrolliert. Die Steuereinrichtungen 114 der Ebene 1 bekommen Information von verschiedenen lnformationssensoren zugesendet, die lokal die Leistungsparameter des Subsystems abfühlen, weshalb die Steuereinrichtungen 114 in Fig. 2 als direkte Steuerschleifen dargestellt sind. Die abgefühlten Parameter werden zu einem einzigen Verarbeitungsschritt oder Algorithmus gesendet, von wo die Aktuationssteuerparameter ausgegeben werden, um verschiedene Bildausgabeterminal-Subsysteme zu steuern.
Es können zwei separate Algorithmen für jede Steuereinrichtung 114 der Ebene 1 vorgesehen sein. Ein Algorithmus sieht eine schnelle Antwortzeit vor, wenn ein Sollwert eines Subsystems der Ebene 1 geändert wird, um die für die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 erforderliche schnelle Stabilisierung vorzusehen. Der zweite Algorithmus sieht eine Rauschimmunität während einer normalen Subsystem- Operation vor, wenn der Sollwert nicht geändert wurde.

Steuereinrichtungen der Ebene 2

Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 operieren regional und nicht lokal wie die Steuereinrichtungen 113 der Ebene 1. Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 kontrollieren eine Zwischenausgabe des Prozesses. Die Eingabe in die Algorithmen der Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 bestehen aus einem zusammengesetzten Satz von skalaren Quantitäten, darunter die Temperatur, die Feuchtigkeit, das Alter des Entwicklers sowie andere Faktoren, die die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 beeinflussen. Zwei Beispiele für die regionale Steuerkonfigurationen sind in Fig. 2 gezeigt, wobei aber eine beliebige regional operierende Konfiguration verwendet werden kann.
Die Steuerein richtungen 115 der Ebene 2 empfangen Eingabedaten entweder von einem Informationsverarbeitungssystem im Drucker 10 oder von einem Scanner in einem Kopiergerät oder von einer Benutzerschnittstelle. Die Eingabedaten informieren die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 über die durch den Bediener gewünschte Ausgabe. Dabei ist es wichtig, zu beachten, daß eine durch den Bediener gewünschte Bildausgabe nicht immer genau dem eingegebenen Bild entsprechen muß. Das heißt, daß der Bediener das Aussehen des Bildes eventuell anpassen oder verändern will.
Die Dateneingabe zu den Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 umfaßt mehrere Bits pro Pixel eines als Ausgabe an einem Bildausgabeterminal gewünschten Bildes. Dabei ist sollen die Eingabedaten exakt so reproduziert werden, wie sie übertragen werden. Das bedeutet, daß die kolorimetrischen Koordinaten des Eingabebildes den gemessenen kolorimetrischen Koordinaten in den entsprechenden Bereichen des durch das Bildausgabeterminal ausgegebenen Bildes entsprechen sollten. Um diese Entsprechung der kolorimetrischen Koordinaten mit der Architektur der vorliegenden Erfindung zu bewerkstelligen, muß die in einem bestimmten Bildausgabeterminal inhärente Tonreproduktionskurve bestimmt werden. Eine Tonreproduktionskurve eines bestimmten Bildausgabeterminal wird durch einen optischen Sensor abgefühlt, der auf dem Photorezeptor vorgesehene Testmuster abliest. Wenn eine inhärente Tonreproduktionskurve eines bestimmten Bildausgabeterminals bestimmt ist, kontrollieren die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 diskrete Punkte auf der inhärenten Tonreproduktionskurve, um eine Entsprechung zu der Tonreproduktionskurve der Eingabebuddaten zu schaffen. Das bedeutet, daß die Tonreproduktionskurve es dem Bildausgabeterminal erlaubt, ein Bild auszugeben, das dem durch den Kunden gewünschten Bild entspricht. Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 bewerkstelligen dies durch das Abfühlen und Ableiten verschiedener diskreter Sollwerte, die der inhärenten Bildausgabeterminal- Tonreproduktionskurve entsprechen. Dann fühlen die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 die Leistung der Sollwerte der Tonreproduktionskurve mit Bezug auf die entsprechenden Sollwerte der gewünschten Tonreproduktionskurve ab. Die Steuereinrichtungen 115 senden Leistungsparameter-Empfehlungen für das Subsystem der Ebene 1 zu der Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112. Wie weiter unten beschrieben, übernimmt die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 diese Parameter-Empfehlungen entweder oder paßt sie an, wobei sie dann zu den Subsystem-Aktuatoren der Ebene 1 gesendet werden, um die Leistung der Subsysteme 113 der Ebene 1 zu verändern. Durch das Verändern der Subsystem- Leistungen der Ebene 1 um eine Steuergröße, werden die Sollwerte der Ebene 2 auf den gewünschten Positionen auf der Tonreproduktionskurve gehalten. Um die inhärente Tonreproduktionskurve abzufühlen und zu erzeugen, wählen die Steuerein richtungen 115 der Ebene 2 das dunkelste oder dichteste Bit aus dem Eingabedatenstrom aus und weisen dieser Dichte einen Wert zu, der dem höchsten Sollwert auf einer Tonreproduktionskurve entspricht. Die Steuerein richtungen 115 der Ebene 2 wählen auch einen bestimmten Dichtewert, zum Beispiel 50%, aus und weisen diesem Bit einen andere Dichtewert zu, der einem anderen Sollwert auf der Tonreproduktionskurve entspricht. Der niedrigste Sollwert auf der Tonreproduktionskurve ist immer 0 und entspricht dem Hintergrund oder dem weißen Bereich der Bildeingabe. Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 setzen die weißen Bereiche oder die Bereiche mit der Dichte 0 des Eingabebildes und halten diesen Hintergrundbereich aufrecht, indem die einen Konstantwert Vrein aufrechterhalten. Auf diese Weise setzen die Steuereinrichtungen 114 der Ebene 2 wenigstens drei Punkte auf der Tonreproduktionskurve, die für die Steuerung des Bildausgabeprozesses verwendet werden.
Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 fühlen die Leistung des Bildausgabeterminal in Übereinstimmung mit den wenigen diskreten Punkten ab, die durch die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 auf der Tonreproduktionskurve des Eingabebildes gesetzt wurden. Das heißt, daß die Steuereinrichtungen der Ebene 2 abfühlen, welche Dichtestufe ausgegeben und welche Dichtestufe eingegeben wird, wobei sie die beiden Dichtestufen miteinander vergleichen. Wenn sich die Sollwerte der inhärenten Tonreproduktionskurve bewegen oder von der eingegeben Dichtestufe unterscheiden, dann senden die Steuereinrichtungen 115 Parameter- Empfehlungen für die Ebene 1, um diese Differenz zu korrigieren. Die Steuereinrichtungen der Ebene 2 prüfen kontinuierlich die Ausgabe der wenigen diskreten Punkte, um diese Punkte auf der Tonreproduktionskurve zu kontrollieren.

Steuereinrichtungen der Ebene 3

Während die Steuereinrichtungen der Ebene 2 den soliden Bereich und den Halbtonbereich der oberen und mittleren Bereiche der Tonreproduktionskurve kontrollieren und Vrein das untere Ende der Tonreproduktionskurve aufrechterhält, müssen andere Sollwerte auf der Tonreproduktionskurve gesetzt und kontrolliert werden, um ein Bild mit einer gewünschten Farbstabilität zu erzeugen. Diese anderen Bereiche werden als Hervorhebungsfarbbereiche oder Schattenbereiche bezeichnet und erfahren genauso wie die anderen Bereiche Variationen in den Ausgabedichtewerten. Die Steuereinrichtung 116 der Ebene 3 sieht Sollwerte vor, um die Ausgabe der Hervorhebungsfarbbereiche und der Schattenbereiche zu kontrollieren, wobei sie die Sollwerte kontrolliert, um eine Bildausgabe mit hoher Qualität zu erzeugen. Die Steuereinrichtung der Ebene 3 fühlt die Leistung des Bildausgabeterminais in Übereinstimmung mit den Sollwerten für die Hervorhebungsfarbbereiche und die Schattenbereiche ab und vergleicht die Leistungsdaten mit den Eingabedaten. Die Steuereinrichtung 116 der Ebene 3 korrigiert dann vorhandene Differenzen zwischen den Ausgabeleistungsdaten und den Eingabedaten, indem sie die Interpretation des Eingabebildes durch den RIS 12 verändert.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM

In der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform können die kontrollierten Subsysteme der Ebene 1 ein Aufladungs-Subsystem 118, ein Belichtungs-Subsytem 120, ein Entwicklungs-Subsystem 122 und ein Fixierungs-Subsystem 126 umfassen. Weiterhin können andere physikalische Subsysteme eines Druckers oder eines Kopiergerätes leicht gesteuert und in die Architektur der vorliegenden Erfindung integriert werden. Die Steuereinrichtungen der Subsysteme der Ebene 1 können alle oder beliebige der nachstehenden Steuereinrichtungen umfassen: eine Aufladungs-Steuereinrichtung, eine Laserleistungs-Steuereinrichtung, eine Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung, eine Übertragungseffektivitäts- Steuereinrichtung, eine Fixiertemperatur-Steuereinrichtung, eine Reinigungs-Steuereinrichtung, eine Entwellungs-Steuereinrichtung und eine Fixier-Abstreif-Steuereinrichtung. Andere Bildausgabeterminal-Steuereinrichtungen, die verschiedene physikalische Subsysteme des Bildausgabeterminal kontrollieren und hier nicht genannt sind, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, indem diese Steuereinrichtungen einfach derart konstruiert werden, daß sie durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 wie in Fig. 2 gezeigt gesteuert auf einer Plug- and-Play-Basis eingefügt werden können.
In der in Fig. 3 und 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsform umfassen die Steuereinrichtungen der Ebene 1 eine Aufladungs-Steuereinrichtung 130, eine Laserleistungs-Steuereinrichtung 132, eine Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 und eine Fixiertemperatur-Steuereinrichtung 138.
Die Aufladungs-Steuereinrichtung 130 erhält eine bestimmte Ladungsstufe auf dem Photorezeptor 20, indem sie einen bestimmten Sollwert aufrechterhält, der einer gewünschten Tonreproduktionskurve entspricht. Es ist aufgrund der verschiedenen physikalischen Eigenschaften der Photorezeptoren schwierig, die Ladung auf den Photorezeptoren zu steuern. Die elektrischen Eigenschaften der Photorezeptoren werden durch die physikalischen Eigenschaften sowie durch die kurz- und langfristige Leistungsgeschichte desselben bestimmt. Die Ladungsraten auf dem Photorezeptor sind wohlgebildet und können einfach in ein Steuerungssystem eingebaut werden. Es ist jedoch eine Echtzeit-Rückkopplung für die Korrektur von Variationen in der Ladung erforderlich, um die Druckqualität mit Präzision und Stabilität aufrechtzuerhalten.
In dem normalen Aufladungsprozeß wird durch den Skorotron 34 eine Ladung aufgebaut und auf dem Photorezeptor 20 gespeichert. Die Aufladungs-Steuereinrichtung 130 ist eine auf Mustern arbeitende Steuereinrichtung, die einen Sensor in der Form eines elektrostatischen Voltmeters 131 (ESV) enthält, um die auf dem Photorezeptor 20 an den Entwicklungseinheiten 40, 42, 44 und 46 gespeicherte Ladung vor der Belichtung zu messen. Der elektrostatische Voltmeter 131 nimmt elektrostatische Lesungen der Photorzeptorspannung auf Mustern in einer Zwischendokumentzone vor, d.h. auf zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dokumenten angeordneten Mustern. Das elektrostatische Voltmeter 131 kann die Spannungen jedoch wegen der Gehäuse der Entwicklungseinheiten 40, 42, 44 und 46 nicht an diesen Stellen messen. Es müssen Interpolationen und Projektionen der Spannungen an den Gehäuselokationen entlang des Photoleiters 20 aus Ablesungen von Sensoren vorgenommen werden, die von den Gehäuselokationen entfernt angeordnet sind. Die abgefühlten Werte für die Ladung an den Gehäuselokationen auf dem Photorezeptor 20, die als Vhoch bezeichnet werden und durch das elektrostatische Voltmeter 131 gemessen werden, werden in einen Ladungssteuerungsalgorithmus eingegeben, der unter Verwendung einer Skorotron- Gitterpotentialaufladung eine Aktuation vornimmt. Wenn der festgestellte Wert Vhoch in einem bestimmten Gehäusebereich zu niedrig ist, paßt der Algorithmus in der Steuerein richtung 130 Vhoch durch das Heben oder Senken der Ladung auf den Sktorotron an, wobei jeweils die Ladung auf dem Photorezeptor erhöht oder gesenkt wird. Durch das Aufrechterhalten eines vorbestimmten Sollwerts für Vhoch kann die gewünschte Tonreproduktionskurve beibehalten werden.
Die Laserleistungs-Steuereinrichtung 132 kontrolliert die Größe der Laserleistung, die für die Entladung des Photorezeptors 20 verwendet wird. Die Laserleistung-Steuereinrichtung 132 verwendet ein elektrostatisches Voltmeter 133, um das Entlad ungspotential in einem Zwischendokumentbereich-Muster des Photorezeptors 20 nach der Belichtung zu messen. Das heißt, daß das elektrostatische Voltmeter 133 den Spannungspegel Vniedrig nach der Belichtung auf dem Photorezeptor 20 feststellt. Die Laserleistungs-Steuereinrichtung 132 versucht ein Entladungsverhältnis DR durch die Beziehung DR = (Vniedrig - Vres) 1 (Vhoch - Vres) zu steuern, wobei Vres gleich einer Basisspannung ist, die gemessen wird, indem die Laserleistungsbelichtung vorgenommen wird, bis die belichtete Spannung sich nicht mehr mit der steigenden Belichtungsleistung entlädt. Das Entladungsverhältnis gibt an, wie das Entwicklungspotential Ventw und das Reinigungsfeld Vrein auf der photomduzierten Entladungskurve positioniert sind, wobei Vrein ein Reinigungsfeld ist, das gleich der Differenz zwischen einer Gehäuse-Vorspannung und der Spannung der durch die Belichtung entladenen Bereiche ist. Da die auf dem Photorezeptor nach der Belichtung verbleibende Ladungsstufe variiert, sind variierende Amplituden der Laserleistung erforderlich, um die passenden Entladungsstufe zu erreichen. Wenn die auf dem Photorezeptor verbleibende Ladung zu niedrig ist, wird die Laserleistungsausgabe herabgesetzt, und wenn die Ladung zu hoch ist, wird die Laserleistungsausgabe erhöht.
Die Laserleistungs-Steuerein richtung 132 umfaßt eine Setup-Routine und einen Laufzeit-Algorithmus. Die Setup-Prozedur bestimmt die Beziehung zwischen der Anfangsladung auf dem Photorezeptor Vhoch und der belichteten Spannung Vbei als eine Funktion der Laserleistung-Einstellung und speichert diese Beziehungen als Kurven in einem Diagramm. Diese Kurven erlauben eine anfängliche Schätzung der erforderlichen Laserleistung. Die Laserleistung-Steuerein richtung 132 ist eine Rückkopplung-Steuereinrichtung, die den Ladungspegel Vhl und das Entladungs- Verhältnis DR als Argumente nimmt, einen entsprechenden Entladungspegel aus den Setup-Daten berechnet, die belichtete Spannung Vniedrig auf dem Photorezeptor 20 mißt und die Laseristung anpaßt, um die Eigenschaften des Photorezeptors zu verändern.
Die Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 verwendet eine Rückkopplungs-Steuerschleife 1 34a und eine Vorauskopplungs-Steuerschleife 1 34b, um die Größe der Tonerkonzentration in den Gehäusen der Entwicklungseinheiten 40, 42, 44 und 46 einzustellen, damit ein Sollwert für den Tonerkonzentrationswert aufrechterhalten wird, der eine Funktion des prozentuellen Gewichtsverhältnisses des Trägers zum Toner ist. Die Rückkopplungs-Steuerschleife 134a der Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 weist einen Magnetleitsensor 135 auf, der das Packverhältnis des Trägers zum Toner im Tonergehäuse, d.h. die Tonerkonzentration abfühlt. Die abgefühlte Parametergröße des Toners wird in die Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 eingegeben, wobei die Steuereinrichtung eine Tonerausgabeeinrichtung 137 in der Form einer Schnecke im Tonervorratsgehäuse derart betätigt, daß sich diese mit einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen dreht, um die entsprechende Menge von Toner zu den Gehäusen der Entwicklungseinheiten 40, 42, 44 und 46 hinzuzufügen, so daß ein gewünschter Sollwert für die Tonerkonzentration erhalten wird.
Die Vorauskopplungs-Schleife 1 34b der Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 verwendet die Pixelinformation für das Voraussagen einer anstehenden Erhöhung des Bedarfs an Tonerpartikeln, um die erforderliche Menge der Tonerpartikeln in den Entwicklergehäusen vorzusehen. Die Vorauskopplungsschleife 134b ist wegen der inhärenten Verzögerung erforderlich, die auftritt, wenn ein Signal, das mehr Toner anfordert, gesendet wird und wenn die Schnecke der Tonerversorgung den Toner zu den Entwicklereinheiten befördert. Das Zählen der Pixel wird typischerweise durch den Rasterausgabescanner 16 vorgenommen, der die Bilddaten aus dem Bildverarbeitungssystem 14 über eine Hardware-Halbtoneinrichtung 155 und eine Rasterausgabescanner-Schnittstelle 17 empfängt. Der Rasterausgabescanner 16 weist gewöhnlich eine Reihe von Teilern auf, deren Ausgabe je nach dem auf den Photorezeptor 20 geschriebenen Pixelsatz variiert. Die Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 überwacht diese Übergänge und die Tonermenge in der Schlange. Die Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 gibt die Tonermenge in Übereinstimmung mit einer linearen Beziehung zwischen den gezählten Pixeln und dem Tonerverbrauch zu den Entwicklergehäusen aus.
Die resultierende Operation des Rückkopplungs-Algorithmus 134a und des Vorauskopplungs-Algorithmus der Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 ist additiv, d.h. die Algorithmen arbeiten zusammen. Wenn die zu dem Vorauskopplungs-Algorithmus 134b gesendeten Daten aus irgendeinem Grund nicht korrekt sind, wenn zum Beispiel der Toner zunehmen sollte, aber nicht zunimmt, stellt der Rückkopplungs-Algorithmus 134a dies fest, indem er die Tonermenge feststellt und den Fehler durch das Betätigen der Schnecke korrigiert, damit diese mehr Toner ausgibt.
Die Fixiertemperatur-Steuereinrichtung 138 steuert die Fixiertemperatur unter Verwendung einer internen Steuereinrichtung. Ein Temperatursensor 136 fühlt die Temperatur der Heizwalze und verwendet einen Fixiersteuerungsalgorithmus mit Hitzeflußgleichungen, um den Leistungszyklus der Heizlampen 139 auf einer Sollwert-Temperatur zu halten.
Die Steuereinrichtungen der Ebene 1 regulieren die physikalischen Subsysteme des Bildausgabeterminal direkt, um die für die Steuereinrichtungen der Ebene 2 erforderliche Stabilität sicherzustellen. Die in Fig. 3 und 4 gezeigte bevorzugte Ausführungsform enthält eine Solidbereich-Steuereinrichtung 140 und eine Halbtonbereich-Steuereinrichtung 142, die jeweils die Entwicklung eines soliden Bereichs und eines Halbtonbereichs auf der Tonreproduktionskurve steuern. Der Hintergrundbereich kann kontrolliert werden, indem ein Konstantwert Vrein aufrechterhalten wird; er kann aber auch wie weiter unten erläutert kontrolliert werden. Wie zuvor beschrieben, werden ein Solidbereich-Sollwert und ein Halbton- Sollwert aus den Eingabepixeldaten ausgewählt und als Sollwerte auf der Tonreproduktionskurve des Bildausgabeterminals gesetzt. Die Soldbereich-Steuereinrichtung 140 und die Halbtonbereich-Steuereinrichtung 142 überwachen dann die Leistung dieser Sollwerte, um sicherzustellen, daß sie in Übereinstimmung mit der Tonreproduktionskurve des Eingabebildes an der gewünschten Stelle auf der Tonreproduktionskurve bleiben. Die Genauigkeit der Leistung des Solidbereich- Sollwerts und des Halbtonbereich-Sollwerts der Reproduktionskurve, die dem Ausgabebild entspricht, wird durch unkontrollierte Variationen in der Temperatur und der Feuchtigkeit sowie durch das Altern des Entwicklers, durch die Ladungsmenge auf dem Photorezeptor 20 und durch die Laserleistung beeinflußt. Dabei beeinflussen diese Variablen die verschiedenen Bereich auf jeweils unterschiedliche Art. Da die Steuereinrichtungen 113 der Ebene 1 die physikalischen Subsysteme der Ebene 1 stabilisieren, werden die elektrostatischen Variationen, die belichtete Spannung, das Reinigerfeld und die Tonerkonzentration durch die Algorithmen der Ebene 1 auf gewünschten Sollwerten gehalten. Die Variationen in den durch die Ebene 2 kontrollierten Parametern treten außerdem langsamer auf als die Variationen in den Subsystemen der Ebene 1. Die Variationen in der Ebene 2 werden durch das Ändern der Sollwerte der Steuereinrichtungs-Algorithmen der Ebene 1 kompensiert. Das bedeutet, daß die Steuerein richtungen 115 der Ebene 2 Information bezüglich der Variationen der kontrollierten Parameter der Ebene 2 abfühlen und Ausgabeparameter-Empfehlungen über die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 zu den Steuerungsalgorithmen der Steuereinrichtungen der Ebene 1 ausgeben, wobei sie also die Prozesse der Subsysteme der Ebene 1 nicht direkt kontrollieren.
Während die Steuereinrichtungen der Ebene 1 über die Datenausgaben der Sensoren in der Form von skalaren Quantitäten verfügen, setzten sich die Daten der Ebene 2 aus einer Gruppe von Skalarwerten zusammen, die eine Anzahl von verschiedenen Bedingungen definieren, die nicht direkt aufeinander bezogen sind. Die Hauptaufgabe der Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 besteht darin, sicherzustellen, daß die Sollwerte der Ebene 2 an den gewünschten Positionen auf der Tonreproduktionskurve gehalten werden. Der Solidbereich-Sollwert wird bei einer Dichtestufe von 100% oder dem höchsten Grautonwert auf der Tonreproduktionskurve gesetzt und dazu verwendet, um das in Fig. 5 gezeigte obere Ende DMAX der Tonreproduktionskurve zu kontrollieren. Der Halbton-Sollwert ist an einem Punkt zwischen DMAX und 0 (dem Hintergrundbereich) gewählt. Der Halbton-Sollwert der bevorzugten Ausführungsform wurde mit einer Dichte von 50% gewählt. Alternativ dazu kann eine Hervorhebungsfarben-Halbton-Steuereinrichtung vorgesehen sein, wobei ein Sollwert mit einem anderen Wert, z.B. 10%, gesetzt ist, um die Tonreproduktionskurve am unteren Ende der Tonreproduktionskurve, in der Nähe von 0, zu kontrollieren. Der Hintergrundbereich kann durch das Kontrollieren von Vrein kontrolliert werden.
Die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 kontrolliert den Solid bereich-Sollwert in dem in Fig. 5 gezeigten Bereich hoher Dichte in der Nähe von DMAX. Die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 ist eine Musterbasis-Steuerein richtung, die einen optischen Sensor 141 verwendet, um eine diffuse Reflexion von Toner auf dem Photorezeptor 20 festzustellen. Die Musterbasis-Steuereinrichtung liest einen Musterbereich 143 mit einer Größe von einem Quadratzoll im Zwischendokumentbereich auf dem Photorezeptor 20 ab, um eine Solidbereich-Musterdichte zu bestimmen und um eine vorbestimmte Musterdichte in Übereinstimmung mit der Position des Sollwerts auf der Tonreproduktionskurve aufrechtzuerhalten. Wenn der optische Sensor 141 richtig kalibriert ist, kann ein Entwicklungsmasse/Bereich- Verhältnis bestimmt werden. Dieser Entwicklungsmasse/Bereich-Verhältnis ist eine Zwischenausgabe des Systems, so daß Variationen in den Lesungen auf mehrere Quellen zurückgeführt werden können.
Die Aufgabe der Solidbereich-Steuereinrichtung 140 besteht darin, das Entwicklungsmasselbereich-Verhältnis auf einem konstanten Wert zu halten, um die Position des Solid bereich-Sollwerts auf der Tonreproduktionskurve beizubehalten.
Durch das Halten des Entwicklungsmasse/Bereich-Verhältnisses auf einem bestimmten Wert wird auch die Schichthöhe der Tonerpartikeln kontrolliert. Wenn die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 feststellt, daß das Entwicklungsmasse/Bereich- Verhältnis nicht auf einem richtigen Wert gehalten wird, stellt die Solidbereich- Steuereinrichtung 140 diese Wertdifferenz fest und gibt einen empfohlenen Leistungsparameter für das Subsystem der Ebene 1 an die Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112 aus.
Wenn eine Veränderung im Wert des Entwicklungsmasselbereich-Verhältnisses festgestellt wird, bestimmt die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 eine entsprechende Änderung des Entwicklungsfelds (Vent = Vniedrig - Vvorspannung) und sendet diesen Empfehlungsparameter für die Entwicklungsspannung an die Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung sendet diesen empfohlenen Parameter oder einen angepaßten Parameter zu dem Vhoch-Algorithmus in der Aufladungs-Steuereinrichtung 118. Die Aufladungs-Steuereinrichtung 118 sendet dann ein Signal zu seinem Aktuator, dem Skorotron 34, und paßt die Ladungsmenge auf dem Photorezeptor 20 an, um die neuen durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 118 gesendeten Parameter zu erhalten. Die angepaßte Ladungsmenge auf dem Photorezeptor 20 kontrolliert auf diese Weise die Schichthöhe auf dem Photorezeptor 20. Wenn der neue Entwicklungsspannungs-Parameter durch das Aufladungs-Subsystem 118 erreicht wird, wird der Wert des Entwicklungsmasselbereich-Verhältnisses zu dem gewünschten Wert verändert, wobei der Solidbereich-Sollwert an der richtigen Position auf der Tonreproduktionskurve gehalten wird.
Dabei ist zu beachten, daß eine Veränderung des Werts des Entwicklungsmassen/Bereich-Verhältnisses auch durch das Senden von neuen Parameter- Empfehlungen des Subsystems der Ebene 1 für andere Subsysteme der Ebene 1 angepaßt werden kann.
Die Halbton-Steuereinrichtung 142 kontrolliert einen Punkt, der zwischen dem Hintergrundbereich (0 Dichte auf der Tonreproduktionskurve, wie in Fig. 5 gezeigt) und den Solidbereichsgrenzen auf der Tonreproduktionskurve lokalisiert ist. Die besondere Positionierung dieses Punktes auf der Tonreproduktionskurve kann in Übereinstimmung mit bestimmten Anforderungen für die Implementierung gewählt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wurde eine Dichtestufe von 50% bestimmt, um die maximale Sensitivität für die Aktuatoränderungen zu bestimmen.
Die Halbton-Steuerein richtung 142 kontrolliert Variationen in den Mitteltonbereichen der Tonreproduktionskurve, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Halbton-Steuereinrichtung 142 arbeitet in derselben Weise wie die Solidbereich-Steuereinrichtung 140. Die durch die Halbton-Steuereinrichtung 142 zu kontrollierende Quantität entspricht dem Entladungsverhältnis, das von Vniedrig, Vhoch und Vres abhängt. Da die Halbton-Entwicklung eine Funktion von sowohl der Tonersschchthöhe wie der Punktverstärkung ist, ist es nützlich, die Halbton-Steuereinrichtung 142 erst zu aktivieren, wenn die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 ihren Sollwert erreicht hat, um die Schichthöhe zu stabilisieren. Diese Planungsfunktion kann, wie weiter unten erläutert, durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 vorgenommen werden. In ähnlicher Weise wie die Solidbereich-Steuereinrichtung 140, verwendet die Halbton-Steuereinrichtung 142 richtig kalibrierte Photosensoren 144, um die Masse des in dem Halbtonbereich entwickelten Toners festzustellen, indem sie einen Halbtonmusterbereich 145 mit einer Größe von einem Quadratzoll abliest. Wenn eine Variation von einem vorbestimmten Entwicklungsmasselbereich-Verhältnis festgestellt wird, bestimmt die Halbton-Steuereinrichtung 142 den korrekten Wert für das Entladungsverhältnis und sendet den empfohlenen Wert zu der Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112, die bestimmt, wie Vhoch, Vniedrig und Vvorspannung (Leistungsversorgung) verändert werden müssen, um den korrekten Wert für das Entladungsverhältnis zu erhalten. Diese neuen Werte für Vhoch, Vniedrig und Vvorspannung sind neue Parameter, die durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung zu den Steuereinrichtungen der Ebene 1 gesendet werden. Wenn diese neuen Parameter durch die Steuereinrichtungen 114 der Ebene 1 erreicht werden, wird das Entwicklungsmasse/Bereich-Verhältnis auf den gewünschten Wert gesetzt, wobei der Halbtonbereich-Sollwert auf die gewünschte Position auf der Tonreproduktionskurve versetzt wird.
Der Hintergrundbereich der Tonreproduktionskurve, der am 0-Ende der Tonreproduktionskurve in Fig. 5 lokalisiert ist, kann aufrechterhalten werden, indem ein bestimmter Wert für V'n aufrechterhalten wird. Während des normalen Betriebs wird Vrein auf einen konstanten Wert gesetzt. Das heißt, daß der Sollwert für Vrein auf eine bestimmte Spannungsstufe gesetzt wird, die ein Feld auf dem Photorezeptor erzeugt, das verursacht, daß sich der Toner weg vom Papier bewegt, so daß kein Toner auf dem Papier aufgetragen wird. Vrein muß also so gewählt werden, daß der Toner zu den Entwicklereinheiten und nicht zum Papier vorgespannt wird. Alternativ dazu kann Vrein dadurch gesteuert werden, daß entweder die Steuereinrichtung 130 oder die Laserleistungs-Steuereinrichtung 132 gesteuert wird.
Die Steuereinrichtungen der Ebene 2 setzen also drei Sollwerte auf einer gewünschten Tonreproduktionskurve und steuern die Lokation dieser Sollwerte, um sicherzustellen, daß das Ausgabebild dem vom Bediener in der Form von Eingabedaten gewünschten Bild entspricht.
Während die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 diese Punkte auf einer gewünschten Tonreproduktionskurve setzen und steuern, müssen die verbleibenden Punkte auf der Tonreproduktionskurve derart gesetzt und gesteuert werden, daß die gewünschte Tonreproduktionskurve im Ausgabebild erzeugt wird. Deshalb ist eine Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 vorgesehen, um kolorimetrische Messungen eines Ausgabebildes zu nehmen und um diese Werte für die Kalibrierung der tatsächlichen Tonreproduktionskurve des Bildausgabeterminals durch eine gewünschte Tonreproduktionskurve zu kalibrieren, die aus den Eingabedaten bestimmt wird. Wenn alle Sollwerte der Tonreproduktionskurve bestimmt wurden, kann die Steuereinrichtung 150 diese Sollwerte der Ebene 1 kontrollieren, um sicherzustellen, daß alle Punkte auf der Tonreproduktionskurve des Ausgabebildes entsprechende Punkte auf der Tonreproduktionskurve des Eingabebilde nachahmen.
Die Kalibrierung kann unter Verwendung einer Musterbasis-Steuereinrichtung mit einem Kolorimeter 151 und einem Sensor, der Muster verschiedener Dichte mißt, vorgenommen werden. Das Kolorimeter 151 ist im Ausgabeschacht lokalisiert und mißt die tatsächlich für das Ausgabebild ausgegebenen Dichtewerte. Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 vergleicht eine durch den Bediener eingegebenen Dichtestufeneingabe mit der durch das Kolorimeter 151 festgestellten Dichtestufe. Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 nimmt diesen Vergleich für jedes Dichtemuster vor und weist für jedes Dichtemuster einen Sollwert auf der Tonreproduktionskurve zu. Wenn die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 eine Differenz zwischen dem gewünschten Dichtewert und dem Ausgabedichtewert feststellt, wird diese Differenz an die Hardware-Halbtonein richtung 155 gegeben, die eine Nachschlagetabelle zum Umwandeln von kontinuierlichen Halbtonbilddaten zu Halbtonausgabedaten enthält. Wenn das Ausgabebild von der gewünschten Tonreproduktionskurve abweicht, verändert die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 die Interpretation des zu kopierenden Bildes durch das Bildausgabeterminal, so daß die gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird. Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 fühlt den Fehler ab und wendet den Umkehrwert des Fehlers an, um den Fehler zu korrigieren. Wenn zum Beispiel der gewünschte Eingabedichtepunktwert 39% beträgt, aber der Punktwert des tatsächlich ausgegebenen Bildes 37% beträgt, resultiert ein Fehler von -2%. Die Bilderzeugungs- Steuereinrichtung 150 verändert die Interpretation des Punktes mit 39% durch den Rastereingabescanner durch das Hinzufügen von 2%, so daß die tatsächlich ausgegebene Dichte 39% beträgt. Auf diese Weise wendet die Bilderzeugungs- Steuereinrichtung eine Umkehrfehler-Korrektur von +2% an den über die Rasterausgabescanner-Schnittstelle 17 zum Rasterausgabescanner gegebenen Daten an. Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 nimmt diese Anpassung für jeden Punkt auf der Tonreproduktionskurve vor. Durch das Ändern der Interpretation der Bildes in Echtzeit, ist eine Kontrolle der Tonreproduktionskurve möglich.
Eine Alternative zu der Verwendung eines Kolorimeters ist die Verwendung einer Surrogat-Meßeinrichtung. Wenn die optischen Sensoren 152, wie die durch die Steuereinrichtungen der Ebene 2 verwendeten, richtig kalibriert sind, könnend die optischen Messungen der Hervorhebungsfarbmuster und der Schattenmuster 153 auf dem Photorezeptor 20 als Ersatz für die Papier-Farbmessung verwendet werden. Die Graubalance, d.h. die Fähigkeit, Verfahrens-Graumuster zu drucken (durch Mischen der drei Primärfarben), ist ein wichtiger Ausgangspunkt für das Steuern der Farbqualität des Verfahrens. Die Kalibrierung der Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 ist darauf gerichtet. Die Äquivalenz-Neutraldichte jedes tonalen Auszugs wird für die Verfahrens-Graustufe bestimmt. Die Äquivalenz-Neutraldichte mißt die Größe der Halbtondichte jedes Auszugs, so daß bei deren Mischung ein Neutralgrau resultiert. Diese Messungen werden auf Papier vorgenommen, wobei die optische Messung des Photorezeptors aufgezeichnet wird, wenn Grau erhalten wird. Wenn eine Anzahl von Graustufen erhalten wird, resultiert eine Kurve für jeden Auszug, die die Antwort des optischen Sensors beschreibt, die für das Erhalten der Graubalance erforderlich ist. Diese drei Kurven (eine für Zyan, eine Magenta und eine für Gelb) werden als Sollwerte für die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 gespeichert.
Auf diese Weise verwendet die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 die wie oben beschrieben bestimmten Sollwerte. Wenn durch die Materialien oder Umweltfaktoren bedingte Veränderungen Fehler in der tatsächlichen Tonreproduktionskurve des Ausgabebildes verursachen, wird die Interpretation des zu kopierenden Bildes verändert, um die gewünschte Tonreproduktionskurve zu erhalten. Das Verändern der Interpretationskurve wird in Echtzeit vorgenommen, indem eine Nachschlagetabelle in einer Hardware-Halbtoneinrichtung geändert wird, die die Steuerungs-Bilddaten zu Halbtonbilddaten umwandelt.

Steuerungs-Überwachungseinrichtung

Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 führt mehrere Funktionen aus, wozu Funktionen einer niedrigeren Ebene und Funktionen einer höheren Ebene gehören. Die durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 ausgeführten Funktionen der niedrigeren Ebene umfassen das Entscheiden der empfohlenen Aktuation der Steuereinrichtungen der Ebene 2 und das Aufrechterhalten der Sollwerte der Ebene 1 innerhalb von lateralen Grenzen, die durch den Subsystembetrieb bestimmt werden. Da mehrere Sammlungen von Sollwerten der Ebene 1 vorgesehen sein können, die die Steueranforderungen der Ebene 2 erfüllen, ist es erforderlich, zu bestimmen, welche dieser Gruppen von Sollwerten zu einem gegebenen Zeitpunkt richtig sind. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung ermöglicht intelligente Aktuationen in einem System, in dem die Parameter nicht einzigartig sind. Da Veränderungen in einem Subsystem die Ausgabe von anderen Subsystemen beeinflussen können, gleicht die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 diese Veränderungen aus, um eine richtige Aufrechterhaltung der Tonreproduktionskurve zu erhalten. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 liest weiterhin die Fehlerprotokolle der Subsytem-Steuereinrichtungen, um zu bestimmen, ob gültige Daten für jede der Steuereinrichtungen vorhanden sind, wobei sie diese Information verwendet, um Konflikte zwischen den Subsystem-Steuereinrichtungen der Ebene 1 zu lösen. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 führt auch eine Planungsfunktion aus, indem sie die Aktuationen der verschiedenen Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 abwickelt, um sicherzustellen, daß eine gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird. Wie zuvor genannt, sollte die Aktuation der Solidbereich-Steuereinrichtung 140 zuerst vorgenommen werden, um eine Stabilisierung der Schichthöhe zu erlauben, wobei dann als nächstes die Aktuation der Halbtonbereich-Steuereinrichtungen 142 vorgenommen werden kann. Die Steuerungs-Überwachungseinnchtung 112 weiß, daß die Aktuationen der Solidbereich- Steuereinrichtungen zuerst vorgenommen werden müssen, und wickelt die Aktuationen dementsprechend ab.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 führt auch Buch über alle Aktuationen der Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 und paßt die verschiedenen Steuerungsalgorithmen an, um entweder die Stabilität der Tonreproduktionskurve zu erhöhen, wenn ein Sollwert unverändert bleibt, oder um die Antwortzeit zu erhöhen, wenn Anpassungen an einem Sollwert vorgenommen werden. Wie zuvor genannt, können die Steuereinrichtungen der Ebene 1 zwei separate Steuerungsalgorithmen umfassen: einen zum Erhöhen der Stabilität und zum Reduzieren von Rauschen und einen zweiten zum Vorsehen einer schnellen Antwort, wenn Anpassungen vorgenommen werden. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 erkennt, ob ein Subsystem-Parameter der Ebene 1 verändert wird, und kann deshalb eine Schnittstelle mit denjenigen Algorithmen der Ebene 1 herstellen, die eine schnelle Antwort vorsehen. Wenn keiner der Subsystem-Parameter verändert wird, dann kann die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 eine Schnittstelle mit denjenigen Algorithmen der Ebene 1 herstellen, die eine erhöhte Stabilität und ein geringes Rauschen vorsehen. Da die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 eine systemweite Perspektive einnimmt, kann sie die Operation jedes durch die veränderten Bedingungen und die Veränderungen in anderen Subsystemen beeinflußten Subsystems überwachen und anpassen.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 kann auch zahlreiche Funktionen der höheren Ebene ausführen. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 kann mehrere Funktionen zur Sicherstellung der Verläßlichkeit durchführen, darunter das Erkennen von durch individuelle Steuereinrichtungen identifizierten Fehlern und das Signalisieren des Fehlers für die Bildausgabeterminal-System-Software, um den Bediener darüber zu informieren, daß ein Hardwarefehler aufgetreten ist. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 führt auch Buch über die Leistung der einzelnen Steuereinrichtungen der Ebenen 1, 2 und 3 relativ zu den Sollwerten, um ein Verständnis bezüglich der Entwicklung der einzelnen Bildausgabeterminal-Subsysteme zu gewinnen und um subtilere Bildausgabeterminal-Fehler zu diagnostizieren. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 erkennt auch konsistente Fehler von einem oder mehreren Prozeßsteuerungs-Systemen und initiiert in Reaktion darauf kompliziertere Diagnosehilfsmittel wie eine Ausfall-Voraussage oder Wiederherstellungsprozesse, wobei moderne Entscheidungstechniken wie Fuzzy-Logic, neuronale Netzte, Sensor-Fusion, genetische Algorithmen usw. verwendet werden. Außerdem kann die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 entsprechende Kompromisse zwischen den Subsystemen bestimmen, um die Systemausgabe innerhalb von bestimmten Grenzen zu halten und um die Lebenszeit der Bildausgabeterminal-Subsysteme zu verlängern.

BETRIEB DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Wenn ein zu kopierendes Bild auf einem Drucker 10 plaziert wird, scannt der Rastereingabescanner 12 das Bild in der oben beschriebenen Weise. Die elektrischen Ausgabesignale aus dem Rastereingabescanner 12 entsprechen den Punktdichten bei jedem Punkt oder Pixel im Dokument. Die Steuereinrichtungen 115 der Ebene 2 greifen auf die durch den Rasteeingabescanner 12 ausgegebenen Eingabebuddaten zu und setzen einen Solidbereich-Sollwert und einen Halbton- Sollwert. Dann steuern die Solidbereich-Steuereinrichtung 140 und die Halbtonbereich-Steuereinrichtung 142 die Leistung dieser Sollwerte, indem sie, wie zuvor beschrieben, Aktuationssignale oder Parameter-Empfehlungen für die Subsysteme der Ebene 1 an die Steuewngs-Überwachungseinrichtung 112 senden. Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 in der Ebene 3 füllt die verbleibenden Sollwerte zwischen den Sollwerten der Ebene 2, um die Tonreproduktionskurve des Bildausgabeterminals zu vervollständigen. Dann steuert die Bilderzeugungs- Steuereinrichtung 150 die Leistung dieser Sollwerte, wie zuvor beschrieben.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 konvertiert die Parameter- Empfehlungen der Ebene 2 in Sollwerte für die Subsysteme der Ebene 1. Das heißt, die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 bestimmt, welche Abfolge von Aktionen der Markierungseinrichtung 118 die Erfüllung der Sollwerte der Tonreproduktionskurve ermöglicht und gibt die Bestimmung in Form von Sollwerten für die Subsysteme der Ebene 1 aus. Obwohl die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 bestimmen kann, welche Aktionen erforderlich sind, um die gewünschten Sollwerte der Tonreproduktionskurve zu erhalten, kann die Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112 nicht die Markierungsein richtung 18 steuern, um diese Sollwerte zu erfüllen. Deshalb werden die Subsystem-Sollwerte der Ebene 1 durch die Subsystem-Steuereinrichtungen der Ebene 1 für die Steuerung der verschiedenen Subsysteme im Drucker 110 verwendet, um sicherzustellen, daß die gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird. Die Subsystem- Steuereinrichtungen der Ebene 1 senden verschiedene Aktuations-Steuersignale über den Rasterausgabescanner 16 zu der Markierungseinrichtung 18, um die besonderen Subsystem-Sollwerte zu erfüllen, die durch die Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112 empfohlen werden, wodurch sichergestellt wird, daß die gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird.
Da unkontrolliebare Variablen wie Feuchtigkeit-und Temperatur sich in nicht voraussagbarer Weise ändern können, prüft die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 kontinuierlich, um sicherzustellen, daß die vorbestimmten Sollwerte der Tonreproduktionskurve aufrechterhalten werden und daß die gewünschte Tonreproduktionskurve akkurat im Ausgabebild erzeugt wird. Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 nimmt auch kontinuierlich eine Prüffunktion vor, die sicherstellt, daß die empfohlenen Parameter der Ebene 2 für die Subsystem-Steuereinrichtungen der Ebene 1 innerhalb von sicheren Grenzen operieren.
Die Bilderzeugungs-Steuereinrichtung 150 der Ebene 3 arbeitet mit den Steuereinrichtungen der Ebene 2 zusammen, um die Form der Tonreproduktionskurve in den Bereichen aufrechtzuerhalten, die nicht durch die Algorithmen der Ebene 2 kontrolliert werden. Um diese Feineinstellungsoperation vorzunehmen, werden Farbmessungen (entweder im Echtzeitmodus oder im Kalibrierungsmodus) von den Papierdrucken-kopien genommen, um die Ausgabeleistung des Bildausgabeterminals festzustellen. Wenn die Daten im Kalibrierungsmodus genommen werden, wird die Beziehung zwischen der Prozeßzwischenausgabe und dem Ausgabedruckider Ausgabekopie bestimmt und in Form von Sollwertkurven gespeichert. Wenn Abweichungen von der gewünschten Tonreproduktionskurve festgestellt werden, werden Änderungen in der Handhabung des von der Bilddatenquelle des Bedieners kommenden Videodatenstrom durch das System vorgenommen. Diese Änderungen passen die Elemente eines Vektors oder einer Matrix an, die verwendet wird, um die Bilddaten für das Bildausgabeterminal anzupassen.
Die Steuerungsüberwachungseinrichtung 112 führt mehrere Funktionen zur Sicherstellung der Verläßlichkeit durch, die das Erkennen von Fehlern in den einzelnen Subsystem-Steuereinrichtungen umfassen. Die Subsystem-Steuereinrichtungen der Ebene 1 sind für das Erkennen von groben Sensorfehlern verantwortlich. Die Steueurungs-Überwachungseinrichtung 112 stellt den groben Fehler eines bestimmten Subsystems fest und signalisiert den Fehler in der Bildausgabeterminal- Systemsoftware, um den Bediener darüber zu informieren, daß ein Hardwareausfall aufgetreten ist. Bei einem nicht lösbaren oder groben Fehler kann die Steuerungs- Überwachungseinrichtung 112 entweder den Bediener benachrichtigen oder direkt einen Service anfordern, um den Drucker zu warten, bevor ein tatsächlicher Ausfall auftritt.
Xerographische Drucker operieren in Übereinstimmung mit einer sogenannten "State-of-the-Xerography"-Schlußfolgerungsfunktion. Diese Funktion erklärt, wie die Sollwerte der Ebene 1 interagieren können, so daß eine gewünschte Ausgabe durch viele verschiedene Sollwerte erhalten werden kann. Das Ziel der Architektur 110 ist es, die Sollwerte derart zu verändern, daß die beste Leistung für die längste Zeitspanne erzielt wird. Um dies zu tun, kontrolliert die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 gleichzeitig alle Steuereinrichtungen der Ebene 1, einschließlich der Aufladungs-Steuereinrichtung 130, der Laserleistungs-Steuereinrichtung 132, der Tonerkonzentrations-Steuereinrichtung 134 und der Fixiertemeperatur-Steuereinrichtung 138, um sicherzustellen, daß jeder der spezifizierten Sollwerte aufrechterhalten wird, so daß die gewünschte Tonreproduktionskurve aufrechterhalten wird.
Die Steuerungs-Überwachungseinrichtung stellt eine gewünschte Tonreproduktionskurve auch dadurch sicher, daß sie Buch über die Leistungen der einzelnen Subsystem-Steuereinrichtungen relativ zu den Sollwerten führt. Die Leistungsgeschichte des Subsystem-Steuereinrichtungen wird verwendet, um ein Verständnis der Entwicklung der einzelnen Bildausgabeterminal-Subsysteme zu gewinnen und um komplexere Bildausgabeterminal-Fehler zu diagnostizieren. Außerdem schaltet die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 zu der Verwendung von komplexeren Diagnosehilfsmitteln um, wobei die Datenbanken geprüft werden, die bei der Entdeckung von konsistenten Fehler in einem oder mehreren Prozeßsteurungssystemen durch die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 aufgezeichnet wurden.
Ein xerographisches Druckgerät weist gewöhnlich eine Verhaltensgeschichte auf, die bei der letzten Wartung oder bei der Herstellung beginnt und bis zum aktuellen Zeitpunkt reicht. Bestimmte Materialien in dem xerographischen Gerät, wie etwa der Photorezeptor oder die Entwicklungseinrichtung, weisen eine begrenzte Lebenszeit auf. Wenn sich die Eigenschaften dieser Materialien mit der Zeit verändern, weisen sowohl die Steuereinrichtungen der Ebene 1 wie die der Ebene 2 eine Entwicklung in den Soliwerten auf. Durch das Buchführen bezüglich der Sollwerte und der Aktuationswerte kann die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 den Alterungsveruf der xerographischen Subsysteme verfolgen. Mit diesem Wissen über die zurückliegende Entwicklung kann eine Voraussage über das zukünftige Verhalten gemacht werden. Mit einer derartigen Voraussage können Vorkehrungsmaßnahmen getroffen werden, um den Bediener über einen anstehenden Ausfall zu benachrichtigen, wobei Korrekturen durch den Bediener oder den Servicevertreter vorgenommen werden können, um die Ausfalzeit zu reduzieren und um die Verläßlichkeit zu erhöhen.
Auf diese Weise separiert die Steuerungs-Überwachungseinrichtung 112 die einzelnen Subsysteme und erlaubt eine Systemebenenverwaltung, um eine vorbestimmte Tonreproduktionskurve sicherzustellen. Diese vereinfachte Architektur ermöglicht die einfache Integration moderner Entscheidungshilfsmittel, wie Fuzzy- Logic, neuronaler Netze, könstlicher Intelligenz usw. in die Architektur. Der einfache und effektive Aufbau der Architektur erlaubt auch die Integration vieler verschiedener xerographischer Markierungseinrichtungen.

Claims

1. Steueranordnung zum Steuern eines Systems mit einer Vielzahl von Subsystemen, mit

einer Einrichtung zum Eingeben von Daten, die die Systemausgabe betreffen,

einer Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen (130,132,134,138), um jeweils individuell und direkt eines der Subsysteme (118,120,122,126) zu steuern, wobei jede der ersten Steuereinrichtungen (130,132,134,138) eine erste Sensoreinrichtung (131,133,135,136) zum Abfühlen von Subsystem-Leistungsdaten und eine Aktuatoreinrichtung zum Anpassen der Subsystem-Leistung in Übereinstimmung mit einem Subsystem-Parameter und den abgefühlten Subsystem-Leistungsdaten umfaßt, so daß die Subsystem-Leistung dem Subsystem-Leistungsparameter entspricht,

einer Vielzahl von zweiten Steuereinrichtungen (140,142), um jeweils eine Zwischenprozeßausgabe zu steuern und anzupassen, wobei jede der zweiten Steuereinrichtungen (140,142) eine zweite Sensoreinrichtung (141,144) zum Abfühlen der Zwischenprozeßausgabedaten enthält, wobei die Vielzahl der zweiten Steuereinrichtungen (140,142) jeweils eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen wenigstens eines empfohlenen Subsystem-Leistungsparameters für wenigstens eine entsprechende Steuereinrichtung aus der Vielzahl der ersten Steurereinrichtungen auf Basis der Zwischenprozeßausgabedaten und eines Zwischenprozeßausgabe- Leistungsparameters sowie eine erste Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben wenigstens eines der empfohlenen Subsystem-Leistungsparameter umfaßt, und mit

einer Steuerungs-Überwachungseinrichtung (112), die mit der Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen (130,132,134,138) und mit der Vielzahl von zweiten Steuereinrichtungen (140, 142) verbunden ist und wenigstens einen empfohlenen Subsystem-Leistungsparameter empfängt, der durch die Vielzahl von zweiten Steuereinrichtungen (140,142) ausgegeben wird, wobei die Steuerungsüberwachungseinrichtung (112) eine Revisionsein richtung zum Revidieren wenigstens eines Subsystem-Leistungsparameters auf der Basis des wenigstens einen empfohlenen Subsystem-Leistungsparamters, der durch die Vielzahl von zweiten Steuereinrichtungen (140,142) ausgegeben wird, und des wenigstens einen aktuellen Subsystem-Leistungsparameters der Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen (130,132,134,138) sowie eine zweite Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben des wenigstens einen durch die Revisionseinrichtung bestimmten revidierten Subsystem- Leistungsparameters zu wenigstens einer aus der Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen (130,132,134,138) umfaßt.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, wobei jede aus der Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen wenigstens eine Prozeßsteuerein richtung (130,132,134,138) umfaßt, die Daten aus der ersten Sensoreinrichtung empfängt und ein Signal an die Aktuatoreinrichtung ausgibt.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine dritte Steuereinrichtung (150) umfaßt, die mit der Steuerungs-Überwachungseinrichtung (112) verbunden ist, um zusätzliche Systemleistungs-Sollwerte vorzusehen und zu steuern.

4. Steueranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dritte Steuereinrichtung (150) einen Sensor (152) zum Abfühlen der Systemausgabe, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der abgefühlten Ausgabe mit den Eingabedaten und eine dritte Ausgabeeinrichtung zum Ausgaben der Vergleichsdaten aus der Vergleichseinrichtung zu der Steuerungs- Überwachungseinrichtung (112) umfaßt, wobei die Steuerungs- Überwachungseinrichtung (112) weiterhin eine Anpassungseinrichtung umfaßt, um die Handhabung der Eingabedaten durch die Eingabeeinrichtung anzupassen, so daß eine Abweichung zwischen der abgefühlten Systemausgabe und der gewünschten Ausgabe korrigiert wird.

5. Steueranordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Systemleistungs-Sollwerte Punkte auf einer Tonreproduktionskurve sind, die einer Tonreproduktionskurve eines Eingabebildes entspricht, und wobei die erste Steuereinrichtung die Subsystem-Leistungsparameter aus der Steuerungs-Überwachungseinrichtung empfängt und die Subsysteme derart steuert, daß sichergestellt ist, daß die Tonreproduktionskurve eines durch das Bildausgabeterminais ausgegebenen Bildes im wesentlichen der Tonreproduktionskurve der Bildeingabe entspricht.

6. Bildausgabeterminal mit einer Markierungseinrichtung zum Ausgeben eines Bildes mit:

einer Vielzahl von Subsystemen die zusammenarbeiten, um eine gewünschte Bildausgabe zu erzeugen, wobei ein durch das Bildausgabeterminal ausgegebenes Bild eine inhärente Tonreproduktionskurve aufweist, wenn das Bidlausgabeterminal ungesteuert operiert, und einer

Steueranordnung zum Steuern des Ausgabebildes, wobei die Steueranordnung wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 entspricht.

7. Bildausgabeterminal nach Anspruch 6, wobei jede aus der Vielzahl von ersten Steuereinrichtungen eine Normalbetrieb-Steuereinrichtung zum Steuern der Subsystem-Leistung, wobei die Stabilität verbessert und das Rauschen der Subsystem-Leistung reduziert wird, wenn ein Subsystem-Leistungsparameter nicht verändert wurde, und eine Schnellantwort-Steuereinrichtung zum Steuern eines Subsytems umfaßt, um eine schnelle Anpassung der Subsysem-Leistung vorzusehen, wenn ein Subsystem-Leistungsparameter verändert wurde,. wobei die Steuerungs-Überwachungseinrichtung (112) bestimmt, mit welcher Normalbetrieb-Steuereinrichtung und mit welcher Schnellantwort-Steuereinrichtung kommuniziert wird.