DE69810526T9

DE69810526T9 - Erfassung von Strahldüsenfehlern durch optisches Abtasten eines Probemusters

Info

Publication number: DE69810526T9
Application number: DE69810526T
Authority: DE
Inventors: Chris T. Armijo; Gonzalo Gaston; Javier Lagares; Antoni Gil; Francisco San Cugat del Valles Guerrero; Francesc 08755 Castellbisbal Subirada
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2004-10-14
Also published as: EP0863012A1; DE69810526T2; JPH10258503A; DE69810526D1; US6352331B1; ES2186968T3; EP0863012B1

Description

Diese Anmeldung ist verwandt mit den folgenden gemeinschaftlich übertragenen mitanhängigen Anmeldungen: Anwaltsdokument 6096024 mit dem Titel OPTICAL ENCODING OF PRINTHEAD SERVICE MODULE, die gleichzeitig eingereicht wurde (US 6076913A); Anwaltsdokument 10951156 mit dem Titel DYNAMIC MULTI-PASS PRINT MODE CORRECTIONS TO COMPENSATE FOR NON-FUNCTIONING INKJET NOZZLES, die gleichzeitig eingereicht wurde (EP 0863004A); und Seriennummer 08/551.022 mit dem Titel OPTICAL PATH OPTIMIZATION FOR LIGHT TRANSMISSION AND REFLECTION IN A CARRIAGE-MOUNTED INKJET PRINTER SENSOR, die am 31. Oktober 1995 eingereicht wurde (US 5975674A).
Hintergrund der Erfindung
In der Vergangenheit wurden verschiedene Techniken verwendet, um zu erfassen, welche Tintenstrahldruckkopfdüsen zufriedenstellend funktionieren, und um dann Wiederherstellungsprozeduren durchzuführen, um die Düsen zu aktivieren bevor ein Ausdruck erstellt wird. In der heutigen Druckerwelt sind Durchsatz und Druckqualität etwas widersprüchliche Ziele. Trotzdem kann es möglich sein, beide Ziele mit einer einfachen Technik zum Überwachen der Düsen und Funktionalität zu erreichen.
Die JP03104678A und die DE 32 46 707 beschreiben jede Anordnungen zum Drucken einer Teststruktur, die eine Mehrzahl von Gruppen von Tintentropfen umfaßt, wobei jede Gruppe zumindest einen Tintentropfen umfaßt, wobei die Gruppen in einer Reihe angeordnet sind.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Düsenfunktionalität vorgesehen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Düsenfunktionalität in einem Tintenstrahldrucker vorgesehen, wie es in Anspruch 5 definiert ist.
Es wurde eine Düsenerfassungsteststruktur entwickelt, die durch einen optischen Sensor erfaßt werden kann, der auf einem Tintenstrahldruckerwagen positioniert ist. Indem man die gleichen Düsendrucktintentropfen auf mehreren Pixeln hat, um während mehreren Durchgängen des Druckkopfs eine einzige verstärkte Testlinie zu bilden, ist es möglich, danach eine solche Testlinie abzutasten und durch die Lichtkontrastverhältnisse automatisch zu bestimmten, welche Düsen nicht richtig abfeuern. Eine Grünlicht-LED wird verwendet, um die Magenta-, Cyan-, und schwarzen Teststrukturen zu beleuchten, während dieselben erfaßt werden, und eine Blaulicht-LED wird verwendet, um die gelbe Teststruktur zu beleuchten, während dieselbe erfaßt wird. Für jede Druckkopftintenfarbe wird eine getrennte Teststruktur verwendet. Die Teststruktur bildet sechs Zeilen mit vierzig Testlinien auf jeder Zeile für einen Druckkopf mit 240 aktiven Düsen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Großformattintenstrahldruckers/Plotters, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung umfaßt;
2 ist eine Nahansicht des Wagenabschnitts des Druckers/Plotters von 1, die einen wagenbe festigten optischen Sensor der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Nahansicht des Auflageplattenabschnitts des Druckers/Plotters von 1, der den Wagenabschnitt in gestrichelten Linien zeigt;
4 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht des Wagens, die Versätze zwischen einzelnen Druckköpfen in der Medienvorschubachse und in der Wagenbewegungsachse zeigt;
5 ist ein Vorderansicht der optischen Komponenten der Sensoreinheit von 4;
6A und 6B sind jeweils isometrische Ansichten, die nach oben bzw. nach unten auf den Wagen schauen, die den optischen Sensor und eine Druckkassette auf dem Wagen befestigt zeigen;
7 zeigt schematisch die Düsenplatte einer 600-dpi-Druckkassette mit einer Spalte von Tintenausstoßdüsen, die von einer anderen Spalte von Tintenausstoßdüsen getrennt ist;
8 zeigt schematisch die Druckkassette von 7 in einer Druckposition über einer Druckzone;
9 ist eine Ansicht, die von dem Medium nach oben in einen Sensor schaut, der eine erhöhte Umgebungslichtabschirmung aufweist;
10 ist eine schematische Zeichnung, die einen Abschnitt einer beispielhaften Teststruktur für Düsenfunktionalität zeigt;
11 ist eine schematische Zeichnung, die eine derzeit bevorzugte Abtasttechnik für eine Düsenausfallteststruktur zeigt;
12 zeigt ein Format für eine beispielhafte Teststruktur der vorliegenden Erfindung; und
13 ist eine schematische Darstellung von vier 600-dpi-Druckköpfen in einer ausgerichteten Anordnung, wie sie bei einer derzeit bevorzugten Druckkopfimplementierung verwendet wird.
Gemäß den vorhergehenden Aufgaben liefert die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen und Steuern der Qualität von Stiftmarkierungen auf einem Plottermedium durch optisches Erfassen über einer Abtastlinie, die auf einem tatsächlichen Medium gezeichnet ist.
Bei einem anderen getrennten und wichtigen Aspekt der Erfindung ist ein anwendungsspezifischer optischer Sensor vorgesehen, zum Überwachen der Plotterleistungsfähigkeit durch Erfassen der Qualität der Linien, die auf einem Medium gezeichnet sind. Eine LED, die einen grünen Lichtstrahl emittiert, ist winkelförmig zu einer darunterliegenden Linie gerichtet, um in einen optischen Sensor zu reflektieren, der das Druckkontrastverhältnis eines Punkts auf der Linie misst. Eine Schaltungseinrichtung verstärkt und filtert das Signal, das durch den optischen Sensor erzeugt wird.
Somit ist es durch eine geeignete Auswahl der Wellenlänge des Lichts, das zum Erfassen der Markierung auf dem Medium verwendet wird, ohne weiteres möglich, mehrfarbige Zeichnungen auf korrekte Qualität und Farben zu überprüfen.
Bei einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in einem Farbtintenstrahldrucker/Plotter implementiert ist, wird eine grüne LED zum Erfassen von Abtaststrukturen verwendet, die durch den Schwarz- (K), Cyan- (C) und Magenta- (M) Druckkopf gedruckt werden, während eine blaue LED zum Erfassen von Abtaststrukturen verwendet wird, die durch den gelben (Y) Druckkopf gedruckt werden.
Darüber hinaus weist eine Lichtröhre auf einem wagenbefestigten optischen Sensor innere Wände auf, die dazu beitragen, Licht von einer LED zu einem Bereich zu richten, der einen Punkt unter dem Sensor umgibt, und äußere Wände, die dazu beitragen, unerwünschtes externes Licht davon abzublocken, von dem Bereich, der einen Punkt unter dem Sensor umgibt, in die Photozelle reflektiert zu werden.
Somit erwägt die Erfindung das optische Erfassen unterschiedlicher Farbmarkierungen auf Medien unter Verwendung von unterschiedlichen Farblichtern, Raster-„Linien" (d. h. Balken), die durch einen Tintenstrahldrucker/Plotter auf ein Pixelgitter gedruckt werden.
Ein typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist beispielhaft in einem Großformatfarbtintenstrahldrucker/Plotter dargestellt, wie er in 1 bis 2 gezeigt ist. Genauer gesagt, 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahldruckers/Plotters 210 mit einem Gehäuse 212, das auf einem Ständer 214 befestigt ist. Das Gehäuse weist linke und rechte Antriebsmechanismusumhüllungen 216 und 218 auf. Ein Steuerbedienfeld 220 ist an der rechten Umhüllung 218 befestigt. Eine Wagenanordnung 300, die in gestrichelten Linien unter einer Abdeckung 222 dargestellt ist, ist für eine reziproke Bewegung entlang einem Wagenbalken 224 angepasst, der ebenfalls in gestrichelten Linien gezeigt ist. Die Position der Wagenanordnung 300 in einer horizontalen oder Wagenbewegungsachse wird durch einen Wagenpositioniermechanismus 310 bezüglich eines Codierstreifens 320 bestimmt (siehe 2). Ein Druckmedium 330, wie z. B. Papier, wird durch einen Medienachsenantriebsmechanismus (nicht gezeigt) entlang einer vertikalen oder Medienachse positioniert. Wie sie hierin verwendet wird, wird die Medienachse als X-Achse bezeichnet, die mit 201 bezeichnet ist, und die Bewegungsachse wird als Y-Achse bezeichnet, die mit 301 bezeichnet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Wagenanordnung 300, des Wagenpositioniermechanismus 310 und des Codiererstreifens 320. Der Wagenpositioniermechanismus 310 umfaßt einen Wagenpositioniermotor 312, der eine Welle 314 aufweist, die einen Riemen 324 antreibt, der durch die Spannrolle 326 befestigt ist und der an dem Wagen 300 angebracht ist.
Die Position der Wagenanordnung in der Bewegungsachse wird durch den Codiererstreifen 320 genau bestimmt. Der Codiererstreifen 320 wird durch eine erste Stütze 328 an einem Ende und eine zweite Stütze 329 an dem anderen Ende befestigt. Eine optische Lesevorrichtung (nicht gezeigt) ist an der Wagenanordnung angeordnet und liefert Wagenpositionssignale, die durch die Erfindung verwendet werden, um auf die oben beschriebene Weise eine optimale Bildausrichtung zu erreichen.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer vereinfachten Darstellung eines Medienpositioniersystems 350, das in dem erfindungsgemäßen Drucker verwendet werden kann. Das Medienpositioniersystem 350 umfaßt einen Motor 352, der normal zu der Medienrolle 354 ist und dieselbe antreibt. Die Position der Medienrolle 354 wird durch einen Medienpositionscodierer 356 an dem Motor bestimmt. Eine optische Lesevorrichtung 360 erfaßt die Position des Codierers 356 und liefert eine Mehrzahl von Ausgabeimpulsen, die indirekt die Position der Rolle 354 bestimmen, und daher die Position der Medien 230 in der X-Achse.
Die Medien- und Wagenpositionsinformationen werden an einen Prozessor auf einer Schaltungsplatine 370 geliefert, die an der Wagenanordnung 100 angeordnet ist, für die Verwendung mit Druckkopfausrichtungstechniken der vorliegenden Erfindung.
Der Drucker 210 weist vier Tintenstrahlkassetten 302, 304, 306 und 308 auf, die Tinte unterschiedlicher Farben speichern, z. B. Schwarz, Magenta, Cyan bzw. Gelb. Während sich die Wagenanordnung 300 bezüglich dem Medium 230 entlang der X- und Y-Achse verschiebt, werden ausgewählte Düsen in den Tintenstrahldruckkassetten 302, 304, 306 und 308 aktiviert und Tinten wird auf das Medium 230 aufgetragen. Die Farben von den drei Farbkassetten werden gemischt, um jede andere spezielle Farbe zu erhalten. Abtastlinien 240 werden typischerweise auf dem Medium 230 gedruckt, bevor ein tatsächlicher Ausdruck erstellt wird, um es dem optischen Sensor 400 zu ermöglichen, als Teil der Anfangskalibrierung über die Linien zu verlaufen und dieselben abzutasten.
Die Wagenanordnung 300 positioniert die Tintenstrahldruckkassetten und hält die Schaltungsanordnung, die erforderlich ist, um eine Schnittstelle mit den Tintenabfeuerungsschaltungen in den Druckkassetten zu bilden. Die Wagenanordnung 300 umfaßt einen Wagen 301, der für eine Hin-und-Her-Bewegung auf vorderen und hinteren Schieberstangen 303, 305 angepaßt ist.
Wie es oben erwähnt wurde, erfordert Vollfarbendrucken und -plotten, daß die Farben von den einzelnen Druckkassetten genau auf das Medium aufgebracht werden. Dies erfordert eine genaue Ausrichtung der Wagenanordnung, und auch eine genaue Ausrichtung der Druckkassetten in dem Wagen. Leider führen Papierverrutschen, Papierversatz und mechanische Fehlausrichtung der Druckkassetten zu Versätzen in der X-Richtung (in der Medienvorschubachse) und in der Y-Richtung (in der Wagen- oder Bewegungsachse) als auch zu winkelförmigen Thetaversätzen. Diese Fehlausrichtung bewirkt eine Fehlausrichtung der Druckbilder/Graphiken, die durch die einzelnen Tintentropfen auf dem Medium gebildet werden. Dies ist im allgemeinen nicht annehmbar, da Mehrfarbendru cken eine Bildausrichtungsgenauigkeit von jedem der Druckköpfe auf bis zu 1/1000 Zoll (1 Millimeter) erfordert.
4 zeigt ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel von Druckköpfen, die jeweils zwei Gruppen von Düsen mit einem Spaltenversatz 410 aufweisen. Durch Vergleichen der relativen Positionen von entsprechenden Düsen in unterschiedlichen Druckköpfen entlang der Y-Achse ist es möglich, einen aktuellen horizontalen Versatz 412 zwischen zwei Druckköpfen zu bestimmen, und durch einen Vergleich mit einem nominalen Vorgabeversatz 414 einen tatsächlichen Versatz 416 in der Wagenbewegungsachse zu bestimmen. Dies wird für alle unterschiedlichen Druckköpfe wiederholt, während dieselben auf dem Wagen bleiben.
Gleichartig dazu ist es durch Vergleichen der relativen Positionen entsprechender Düsen in unterschiedlichen Druckköpfen entlang der X-Achse möglich, einen tatsächlichen vertikalen Versatz 418 in der Medienvorschubachse zu bestimmen. Dies wird auch für alle anderen Druckköpfe wiederholt, während dieselben auf dem Wagen bleiben.
Um sich genau über eine Teststrukturlinie zu bewegen, ist der optische Sensor 400 für eine genaue Positionierung aller optischen Komponenten entworfen. Mit Bezugnahme auf 5, 6A und 6B umfaßt die Sensoreinheit eine Photozelle 420, einen Halter 422, eine Abdeckung 424, eine Linse 426 und eine Lichtquelle, wie z. B. zwei LEDs 428, 430. Ein Schutzgehäuse 440, das auch als eine ESD-Abschirmung für Sensorkomponenten wirkt, ist für die Befestigung an dem Wagen vorgesehen.
Zusätzliche Einzelheiten der Funktion eines bevorzugten optischen Sensorsystems und eines verwandten Drucksystems sind in der mitanhängigen Anmeldung mit der Seriennummer 08/551.022 offenbart, die am 31. Oktober 1995 eingereicht wurde, mit dem Titel OPTICAL PATH OPTIMIZATION FOR LIGHT TRANSMISSION AND REFLECTION IN A CARRIAGE-MOUNTED INKJET PRINTER SENSOR (U.S. 5975674A), wobei diese Anmeldung der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen ist.
Eine optische Sensoreinheit mit erhöhter Abschirmung gegen Umgebungslicht ist in 9 gezeigt, einschließlich einem Gehäuse 102, Linsen 104, einer Grünlicht-LED 106 und einer Blaulicht-LED 108. Der vorhergehende externe Umfang der Abschirmung ist in gepunkteten Linien 110 gezeigt, wobei die neue Version einer vergrößerten Abschirmung 112 eine verbesserte optische Leistungsfähigkeit liefert.
Das Diagramm von 10 zeigt eine bevorzugte Anordnung von Markierungen, wobei jede Gruppe ausschließlich durch eine spezielle Düse abgefeuert wird, während aufeinanderfolgenden mehreren Durchläufen des Druckkopfs über das Medium. Ein Zwei-Pixel-Vorschub zwischen bidirektionalen Durchgängen über das Medium wird verwendet, um die Strukturen zu erzeugen. Die Gruppen 120, 122 sind als feste Tintentropfen von jeweils zwei guten Düsen dargestellt, während die Gruppe 124 beinahe nicht existiert und dadurch eine nichtabfeuernde Düse anzeigt.
11 zeigt eine bevorzugte Abtastsequenz, wobei sechs vollständige Einwegbewegungen ausreichend sind, um über 240 getrennte Gruppenmarkierungen zu verlaufen, die Ausgabe von zwei einzelnen Düsen darstellen. Das grüne Licht wird für die Beleuchtung der Magenta-, Cyan- und Schwarzstrukturen während der optischen Erfassung verwendet, während ein für die Beleuchtung der gelben Struktur blaues Licht verwendet wird (die manchmal für einen besseren Kontrast gegen einen Cyanhintergrund gedruckt wird). Weil der Kontrast, der für die gelbe Teststruktur erfaßt wird, viel schwächer ist als für die anderen Farben, wurde herausgefunden, daß es vorzuziehen ist, eine getrennte stärkere Verstärkungsschaltung für die gelben Strukturen zu verwenden, um die gleiche Leistungsfähigkeit wie bei den anderen Farbtinten zu liefern.
12 stellt das Layout und die detaillierten Spezifikationen für eine aktuelle spezifische Implementierung der vorliegenden Erfindung dar. Die Strukturen wurden erfolgreich mit 240 aktiven Düsen auf jedem von vier 600-dpi-Druckköpfen verwendet, die schematisch in 13 gezeigt sind, in ihren ausgerichteten Konfigurationen auf einem Tintenstrahldruckerwagen.
Obwohl bei den Zeichnungen und der geschriebenen Beschreibung spezifische Beispiele gezeigt wurde, ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und Verbesserungen durchgeführt werden können, wie es in den folgenden Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen einer Düsenfunktionalität in einem Tintenstrahldrucker, die folgende Merkmale umfaßt: einen beweglichen Wagen (300) mit zumindest einem Druckkopf (302, 304, 306, 308); einen optischen Sensor (400), der in der Lage ist, das Vorliegen oder die Abwesenheit von Tintentropfen auf einem Medium (230) zu erfassen; eine Beleuchtungsquelle (102, 104, 106, 108); eine Einrichtung zum Erzeugen einer Teststruktur; und eine Einrichtung zum Bewegen des optischen Sensors über die Teststruktur, um nicht abfeuernde Düsen zu erfassen, wobei die Teststruktur eine zweidimensionale Verteilung von Testgruppen von Tintentropfen umfaßt, wobei jede Testgruppe aus einer anderen jeweiligen Düse des Druckers gedruckt wird und eine Mehrzahl von Tintentropfen von dieser Düse umfaßt, wobei jede Testgruppe räumlich von den anderen Testgruppen innerhalb der Struktur getrennt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der optische Sensor auf dem beweglichen Wagen befestigt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Beleuchtungsquelle auf dem beweglichen Wagen befestigt ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Beleuchtungsquelle zumindest zwei unterschiedlich farbige Lichtquellen umfaßt.
Ein Verfahren zum Bestimmen einer Düsenfunktionalität in einem Tintenstrahldrucker mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Düsengruppen, wobei jede Gruppe eine andere Tintenfarbe abfeuert, das folgende Schritte umfaßt: Drucken einer Teststruktur von den unterschiedlichen Düsengruppen, wobei die Teststruktur eine zweidimensionale Verteilung von Testgruppen von Tintentropfen umfaßt, wobei jede Testgruppe aus einer anderen jeweiligen Düse des Druckers gedruckt wird und eine Mehrzahl von Tintentropfen von dieser Düse umfaßt, wobei jede Testgruppe räumlich von den anderen Testgruppen innerhalb der Struktur getrennt ist; Abschirmen der Teststruktur von Umgebungslicht; Beleuchten der Teststruktur mit künstlichem Licht; optisches Bewegen über die Abschnitte der Teststruktur während der Abschirmungs- und Beleuchtungsschritte, um zu erfassen, welche Abschnitte durch eine spezielle Düse zufriedenstellend gedruckt wurden.