EP3705295B1 - Method for operating a cij printer with optical monitoring of printing quality, cij printer with optical monitoring of printing quality and method for teaching a cij printer with optical monitoring of printing quality - Google Patents
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- EP3705295B1 EP3705295B1 EP19161144.1A EP19161144A EP3705295B1 EP 3705295 B1 EP3705295 B1 EP 3705295B1 EP 19161144 A EP19161144 A EP 19161144A EP 3705295 B1 EP3705295 B1 EP 3705295B1
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Definitions
- Inkjet printers are a popular class of printers.
- a family of this class which is particularly suitable for industrial applications and has therefore achieved a high degree of acceptance in this field, are the so-called continuous inkjet printers (CIJ printers).
- CIJ printers continuous inkjet printers
- a continuous inkjet printer prints with an ink that contains a variable component of solvent. Accordingly, there is a mixing tank in which solvent from a solvent tank and the concentrated ink from an ink tank are mixed together to obtain the ink used for printing.
- solvent is used hereinafter, it means the liquid used for printing; the term “concentrated ink” is used for the liquid provided in the ink tank.
- the ink is fed under pressure to a nozzle on the print head, where the drops required for the actual printing process are created from the ink jet according to the basic principle of Rayleigh's decomposition of laminar liquid jets.
- the formation of drops and in particular the size of the drops is controlled by a modulation which is impressed on the ink jet, for example by suitably excited piezo elements.
- the droplets thus produced are electrically charged in a suitable manner and set on a desired trajectory by deflection electrodes directed, which leads them either to a desired position of a substrate to be printed or, if no printing process is to take place, interception at the print head, for example on a catcher tube, and recycling of the ink droplet, ie its return to the mixing tank, allowed.
- the element to be printed e.g. a letter or a number
- a matrix or bitmap of ink drops e.g. in many cases by a 7x5 matrix, whereby one dimension, i.e. lines or Columns of the matrix or bitmap are realized and the other dimension is realized by a material feed of the material to be printed.
- the CIJ printer therefore usually prints a sequence of so-called "strokes", i.e. rows of ink droplets arranged side by side; In its controller, the character to be displayed is converted into a matrix or bitmap corresponding to the resolution, which is then processed line by line or column by column.
- an essential goal is to ensure that the ink drops land in the right place on the substrate to be printed as reproducibly as possible by activating the deflection electrodes, so that the print image on a given substrate is neither distorted nor does the position of the print image change significantly on substrates that are printed one after the other becomes.
- Such significant changes can occur as a result of fluctuations in operating parameters, and it is desirable to determine them as quickly as possible in order to be able to produce the desired print image again by appropriately adjusting the settings on the one hand and on the other hand to pull products that have misprints out of the production line in good time to be able to
- a known way of approaching this goal is to carry out camera monitoring of the printed image, with the camera preferably being in signal communication with the CIJ printer, so that data determined by the camera and images recorded can be shown on a display of the CIJ printer .
- the time interval between two consecutive printing processes, in which different copies of the product to be printed are printed is often very short, so that the aim is to identify misprints as quickly as possible in order to reduce the number of defective prints printed products as low as possible.
- a further significant difficulty with camera monitoring of the printed image is that a learning process must be carried out, at least if this is to be (also) automated.
- the object of the invention is therefore to improve CIJ printers with optical monitoring, in particular with regard to the reaction time during monitoring and/or with regard to the time required for teaching the optical monitoring system.
- the pattern to be recognized or checked is much simpler, which makes pattern recognition easier and more reliable and reduces the computing time and hardware requirements.
- the verification rate is significantly increased, so that an error can be detected more quickly.
- At least one control signal for sequentially driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer is used in the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the captured with the optical monitoring means, applied to the substrate print image to determine the expected print image of the respective row or column.
- At least one further control signal is used for the sequential activation of charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer during the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the print image recorded with the optical monitoring means and applied to the substrate is used to determine the expected print image of the respective row or column.
- this control signal can be used directly to define a target position for monitoring.
- the CIJ printer has multiple processors or one processor with multiple processor cores, with the bitmap of the desired print image being generated on one processor and the control signals for the sequential activation of charging electrodes and/or deflection electrodes being generated of the CIJ printer is controlled and the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the print image applied to the substrate detected by the optical monitoring means takes place on the other processor.
- the image processing does not have a negative impact on the actual printing operation, even if a high level of CPU performance is required.
- the CIJ printer according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises a hydraulic module for ink supply, a droplet generator comprising a nozzle and an oscillator for pressure modulation, which is supplied with ink by the hydraulic module and generates ink droplets, at least one charging electrode for applying a defined charge to the droplet generator generated ink drops, at least one deflection electrode for influencing the trajectory of the ink drops generated by the drop generator, a controller that is set up to transform a bitmap to be printed line by line or column by column into a sequence of control signals with which the charging electrode and/or the deflection electrode be controlled so that an image of this row or column is formed from drops of a droplet sequence on a substrate to be printed, and an optical monitoring means, which can be embodied in particular as a CCD camera, for monitoring the image formed on the substrate to be printed.
- a controller that is set up to transform a bitmap to be printed line by line or column by column into a sequence of control signals with which the charging electrode and
- the CIJ printer has a data processing device that is set up to carry out the step of automated comparison according to one of claims 1 to 5.
- the CIJ printer has a first processor or a first processor core that is assigned to the controller and has a second processor or processor core that is assigned to the data processing device. In this way, an undesired influencing of the printing speed by the image analyzes to be carried out can be avoided.
- the controller is in signal communication with the data processing device, so that the respective sequences of control signals or control commands corresponding to these sequences are forwarded from the controller to the data processing device.
- the former corresponds to analog signal transmission, the latter to digital signal transmission.
- the CIJ printer in at least one pass, generates a bitmap that contains a sequence of control signals for driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer the execution of a stroke is generated, that a real print image of this bitmap is realized by applying ink drops to a substrate to be printed, that an image of the real print image is recorded with the optical monitoring means and evaluated in such a way that the respective reaction to a Control signal for a given stroke on the substrate applied part of the real print image is identified and stored as this stroke or control signal assigned to expected print image.
- this sequence includes all control signals; but it can also suffice if it only includes specific, distinctive control signals for strokes whose printed image shows specific deviations to be expected.
- this bitmap can also be generated stroke by stroke, i.e. the CIJ printer sequentially generates all control signals for driving the charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in at least one run, in order to generate dots or groups of points of the bitmap by applying ink drops to a substrate to be printed, and that the print image applied to the substrate in response to the control signal is recorded with the optical monitoring means and stored as the print image assigned to the control signal.
- a more complex bitmap is formed from the possible or selected "elementary strokes" and the image of this bitmap recorded by the optical monitoring means is evaluated, while in the second case each stroke is executed and analyzed individually.
- the advantage of the first approach is that interactions between consecutive strokes can already be taken into account, but the evaluation in the second case may be easier.
- storage can take place not only as an image file but also in the form of coordinates of camera pixels at which the signal from ink drops is to be expected.
- a library of in each case at least one image that is assigned to a stroke is created automatically, or a library of ink drop positions to be expected for specific strokes is created.
- Another advantage is that it is often easier to identify systematic deviations in the individual stroke and correct them if necessary. For example, if the medium to be printed is fed at too high a speed, the stroke and the bitmaps composed of it can tilt. What is characteristic of this is that the individual ink drops are offset systematically, independently of the specific print image of the stroke, and this becomes larger the closer the drop in question was produced to the end of a stroke.
- the printer In order to obtain a fluctuation range for the droplet positions obtained, it is advantageous if the printer generates sequences of—preferably, but not necessarily all—control signals for driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in several runs, in order to generate points or groups of points of the bitmap by applying ink drops to a substrate to be printed, and when the print image applied to the substrate in response to the control signal is recorded with the optical monitoring means and stored as the print image assigned to the control signal.
- the print image and in particular the size of the individual drops or that of a single droplet generated dots also depends on the ink used and the substrate.
- the printer is allowed to generate sequences of—preferably, but not necessarily all—control signals for driving charge electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in the multiple passes, with the order of the control signals for driving charge electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ -Printer, are generated, is varied from sequence to sequence. In principle, it is also possible to do this for all possible combinations of strokes.
- the analysis options that can be created with the data obtained in the training routine can be increased even further if the printer varies print parameters in the multiple runs, which can fluctuate during the printing operation of the CIJ printer and lead to a change in the print image.
- the viscosity of the ink can fluctuate during operation, which can lead to a change in the printed image.
- Figure 1a the letter "E" on a 7x5 matrix 1 is shown as a simple example of such a bitmap 90 .
- a CIJ printer today can usually display more dots in one line, e.g. 32 dots, which allows the user to print complex content, as exemplified in Figure 1d are shown to be assembled as the desired print image, which is then converted into the corresponding bitmap and processed.
- the role of the rows and columns can, of course, be reversed, particularly in the case of a different orientation.
- Figure 1c shows schematically how the generation and deflection of the ink drops is realized by the CIJ printer.
- the ink is with defined properties, in particular defined pressure and viscosity defined by one in the Figure 1c Hydraulic module 5 shown only schematically provided and in the Figure 1c not recognizable ink channel of the nozzle 10 supplied.
- the column of ink in the ink channel of the nozzle 10 is modulated by an oscillator 20, which can be embodied as a piezo actuator, for example. After exiting the nozzle 10, with suitably selected jet conditions, the theoretical by C.
- ink drops 12 of a jet that meets these conditions propagate at a speed of 20 m/s to 30 m/s, and high five-digit and even six-digit numbers of ink drops 12 can already be produced per second today.
- the charging electrode 25 is controlled by a controller, which converts a print image generated directly or indirectly by a user in a memory 60 into a bitmap 90 in a raster image processor 65, and the information about the rows or columns to be printed on the one hand to a charging voltage calculator 70 forwards, which is preferably implemented as a separate processor.
- the charging voltage calculator 70 generates a corresponding charging signal according to the calculated charge to be applied and passes it on to the charging electrode 25 as a control signal.
- the CIJ printer prints them as a common "Stroke" 40,41, as in Figure 1b is illustrated, processed.
- the processing takes place as in figure 3 is shown in the form of a schematic flowchart, in the CIJ printer in that from a print image specified by the user in step 110, which, for example, if counter information is contained, can change between print processes to be carried out directly one after the other and is stored or temporarily stored in memory 60 the bitmap 90 to be printed is obtained on a processor or processor core, the raster image processor (RIP) 65, in a process referred to as ripping 120, and in particular the sequence of points to be printed next by the CIJ printer, the current stroke 40, 41, is determined, which indicates at which locations of the substrate 100 ink drops 12 are to be applied in order to generate dots.
- RIP raster image processor
- step 125 This information is then forwarded on the one hand in step 125 as input to the data processing system 75, which is implemented here with a separate processor, which compares the signal to be printed and an image of the print that has taken place, which is carried out by the optical Monitoring means 80 is forwarded to the data processing system 75 performs.
- the charging voltage calculator 70 uses it to calculate the charging voltage in step 130, preferably taking into account the information about which stroke or strokes were printed shortly beforehand and possibly also which stroke or strokes are printed immediately afterwards Drops must be applied so that they land at the desired location on the substrate so that they can be applied to the charging electrode 25 when flying past.
- the process step 130 is also preferably carried out on a separate processor or processor core.
- the charging electrode 25 is then driven in step 140 when the actual printing process is being carried out and charges droplets 12 of the continuous stream of ink droplets, so that they can be separated from the stream of uncharged ink droplets 12a flying toward the catcher tube 35 are deflected and applied to the substrate 100.
- a "Print-GO" signal is generated, e.g. when an object to be printed, which passes the CIJ printer and is to be printed, reaches a defined position achieved relative to the CIJ printer. This then triggers the print, if necessary after an adjusted waiting time, starting with the first stroke 40,41; it can make sense to wait for a predefinable waiting time between successive strokes 40,41.
- a camera image is recorded as step 150, preferably with an optical monitoring means 80 designed here as a CCD camera. This can be triggered, for example using the Print-Go signal as a time frame of reference.
- the image data of the camera image are then forwarded to a data processing system 75 and evaluated in step 160.
- step 160 If the evaluation in step 160 indicates a malfunction or a printing error, an error warning or a printing stop can be triggered in step 170. Otherwise, processing can be continued by jumping back to step 120, particularly if the next stroke 40, 41 has not yet been calculated. However, when jumping back to step 120, another stroke that has already been calculated can also be read from a local memory, which is preferably managed according to the FIFO principle.
- the Figure 2a an example of a bitmap to be printed 190 and the in Figure 2b
- Bitmap 190 shown which can also be used in particular for a teaching process according to the invention, is formed by a sequence of all dot or ink drop combinations that can be written with a five-dot stroke 40,41, ie all possible strokes 40,41 that are actually executed by a printer that writes five drops wide.
- the print images of the individual strokes 40, 41 recorded by the optical monitoring means 80 can, however, be used as the target image that should arise in response to the print command for this stroke 40, 41 when using the teaching according to the invention, which results in a very rapid evaluation leads.
- the stroke-based approach enables an extremely simple learning process, which can ultimately even make it possible to operate an optical monitoring device 80 on a CIJ printer as a real plug-and-play module and the in figure 4 is shown schematically.
- This print image is then recorded in step 230 with the optical monitoring means 80 designed as a camera, and at least one corresponding camera image is evaluated in step 240, preferably in order to obtain expected values for ink drop positions of the individual strokes 40,41.
- each stroke 40,41 or a control signal corresponding to this stroke 40,41 is the position of the ink droplets 12 on the CCD chip of the optical monitoring means (80) designed as a camera in a y-direction, which corresponds to the deflection direction of the Ink drop 12 corresponds, logically associated as expected ink drop positions.
- the distance between the images of the individual strokes 40, 41 on the CCD chip of the optical monitoring means 80 designed as a camera information is obtained at which x-positions on the CCD chip of the optical monitoring means 80 designed as a camera ink drops an nth stroke 40,41 of a predetermined sequence of strokes 40,41 is to be expected.
- the output of the ripper 65 representing a specific stroke 40,41 can directly as input for the data processing device 75, which analyzes the camera image.
- This input can then be converted directly into a set of expected pixel positions for the ink droplets 12 belonging to this stroke 40, 41 and it can be checked whether the corresponding pixels are set in the camera image. Even if the Should the drop position have wandered slightly, this ensures that the newly added drop 12 can be found quickly, and by analyzing deviations, it is possible on the one hand to determine whether the imprint is still acceptable or not by comparing it with acceptance ranges to be defined, while on the other hand there may already be indications of the present problems causing a deviation from the target position can be recovered.
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Description
Tintenstrahldrucker sind eine weitverbreitete Klasse von Druckern. Eine Familie dieser Klasse, die sich für industrielle Anwendungen in besonderer Weise eignet und daher einen hohen Durchsetzungsgrad in diesem Feld erreicht hat sind die sogenannten Continous Inkjet Drucker (CIJ-Drucker).Inkjet printers are a popular class of printers. A family of this class, which is particularly suitable for industrial applications and has therefore achieved a high degree of acceptance in this field, are the so-called continuous inkjet printers (CIJ printers).
Bei einem Continuous Inkjet Drucker wird mit einer Tinte gedruckt, die einen variablen Bestandteil an Lösungsmittel enthält. Dementsprechend gibt es einen Mischtank, in dem Lösungsmittel aus einem Lösungsmitteltank und die konzentrierte Tinte aus einem Tintentank miteinander gemischt werden, um die Tinte, die zum Druck verwendet wird, zu erhalten. Wenn nachfolgend der Begriff "Tinte" verwendet wird, ist damit die Flüssigkeit, die zum Drucken verwendet wird gemeint; für die im Tintentank bereitgestellte Flüssigkeit wird der Begriff "konzentrierte Tinte" verwendet.A continuous inkjet printer prints with an ink that contains a variable component of solvent. Accordingly, there is a mixing tank in which solvent from a solvent tank and the concentrated ink from an ink tank are mixed together to obtain the ink used for printing. When the term "ink" is used hereinafter, it means the liquid used for printing; the term "concentrated ink" is used for the liquid provided in the ink tank.
Aus dem Mischtank wird die Tinte unter Druck einer Düse am Druckkopf zugeführt, an der die für den eigentlichen Druckprozess benötigten Tropfen aus dem Tintenstrahl nach dem Grundprinzip eines Rayleigh'schen Zerfalls laminarer Flüssigkeitsstrahlen entstehen. Die Tropfenbildung und insbesondere die Tropfengröße wird dabei durch eine Modulation, die beispielsweise durch in geeigneter Weise angeregte Piezoelemente dem Tintenstrahl aufgeprägt wird, gesteuert.From the mixing tank, the ink is fed under pressure to a nozzle on the print head, where the drops required for the actual printing process are created from the ink jet according to the basic principle of Rayleigh's decomposition of laminar liquid jets. The formation of drops and in particular the size of the drops is controlled by a modulation which is impressed on the ink jet, for example by suitably excited piezo elements.
Die so erzeugten Tropfen werden in geeigneter Weise elektrisch geladen und durch Ablenkelektroden auf eine gewünschte Flugbahn gelenkt, die sie entweder an eine gewünschte Position eines zu bedruckenden Substrats führt oder, wenn gerade kein Druckprozess erfolgen soll, ein Abfangen am Druckkopf, beispielsweise an einem Fängerrohr, und Recyceln des Tintentropfens, d.h. seine Rückführung in den Mischtank, erlaubt.The droplets thus produced are electrically charged in a suitable manner and set on a desired trajectory by deflection electrodes directed, which leads them either to a desired position of a substrate to be printed or, if no printing process is to take place, interception at the print head, for example on a catcher tube, and recycling of the ink droplet, ie its return to the mixing tank, allowed.
Das jeweils zu druckende Element, z.B. ein Buchstabe oder eine Zahl, wird auf diese Weise durch eine Matrix oder Bitmap aus Tintentropfen realisiert, z.B. in vielen Fällen durch eine 7x5 Matrix, wobei in der Regel durch die Ablenkung der Tintentropfen eine Dimension, also Zeilen oder Spalten der Matrix oder Bitmap realisiert werden und die andere Dimension durch einen Materialvorschub des zu bedruckenden Materials realisiert wird. Der CIJ-Drucker druckt daher im Regelfall eine Sequenz von so genannten "Strokes", d.h. von Reihen nebeneinander angeordneter Tintentröpfchen; in seiner Steuerung wird dazu das darzustellende Zeichen in eine der Auflösung entsprechende Matrix oder Bitmap umgewandelt, die dann zeilen- oder spaltenweise abgearbeitet wird.The element to be printed, e.g. a letter or a number, is realized in this way by a matrix or bitmap of ink drops, e.g. in many cases by a 7x5 matrix, whereby one dimension, i.e. lines or Columns of the matrix or bitmap are realized and the other dimension is realized by a material feed of the material to be printed. The CIJ printer therefore usually prints a sequence of so-called "strokes", i.e. rows of ink droplets arranged side by side; In its controller, the character to be displayed is converted into a matrix or bitmap corresponding to the resolution, which is then processed line by line or column by column.
Offensichtlich ist dabei ein wesentliches Ziel, sicherzustellen, dass die Tintentropfen durch Ansteuerung der Ablenkelektroden möglichst reproduzierbar an der richtigen Stelle des zu bedruckenden Substrats landen, so dass weder das Druckbild auf einem gegebenen Substrat verzerrt wird noch die Position des Druckbilds auf nacheinander bedruckten Substraten signifikant verändert wird. Solche signifikanten Änderungen können dabei gegebenenfalls durch Schwankungen von Betriebsparametern auftreten, und es ist wünschenswert, sie so schnell wie möglich festzustellen, um einerseits durch entsprechende Anpassung der Einstellungen wieder das gewünschte Druckbild zu erzeugen und andererseits Produkte, die Fehldrucke tragen, rechtzeitig aus der Produktionslinie herausziehen zu können.Obviously, an essential goal is to ensure that the ink drops land in the right place on the substrate to be printed as reproducibly as possible by activating the deflection electrodes, so that the print image on a given substrate is neither distorted nor does the position of the print image change significantly on substrates that are printed one after the other becomes. Such significant changes can occur as a result of fluctuations in operating parameters, and it is desirable to determine them as quickly as possible in order to be able to produce the desired print image again by appropriately adjusting the settings on the one hand and on the other hand to pull products that have misprints out of the production line in good time to be able to
Eine bekannte Möglichkeit, sich diesem Ziel anzunähern besteht darin, eine Kameraüberwachung des Druckbilds vorzunehmen, wobei die Kamera vorzugsweise in Signalkommunikation mit dem CIJ-Drucker steht, so dass von der Kamera ermittelte Daten und aufgenommene Bilder auf einem Display des CIJ-Druckers dargestellt werden können.A known way of approaching this goal is to carry out camera monitoring of the printed image, with the camera preferably being in signal communication with the CIJ printer, so that data determined by the camera and images recorded can be shown on a display of the CIJ printer .
Gerade bei auf Druckgeschwindigkeit hin optimierten Systemen ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Druckprozessen, bei denen unterschiedliche Exemplare des zu bedruckenden Produkts bedruckt werden, oft sehr kurz, so dass das Ziel besteht, Fehldrucke möglichst schnell zu identifizieren, um so die Zahl von fehlerhaft bedruckten Produkten möglichst gering zu halten.Especially with systems optimized for printing speed, the time interval between two consecutive printing processes, in which different copies of the product to be printed are printed, is often very short, so that the aim is to identify misprints as quickly as possible in order to reduce the number of defective prints printed products as low as possible.
Eine weitere bedeutende Schwierigkeit bei einer Kameraüberwachung des Druckbilds besteht darin, dass jedenfalls dann, wenn diese (auch) automatisiert erfolgen soll, ein Einlernprozess vorgenommen werden muss.A further significant difficulty with camera monitoring of the printed image is that a learning process must be carried out, at least if this is to be (also) automated.
Verkompliziert wird dieser Einlernprozess insbesondere dadurch, dass bei CIJ-Druckern zumindest dann, wenn sie auf Druckgeschwindigkeit hin optimiert betrieben werden, auch im störungsfreien, regulären Betrieb Schwankungen in der Position einzelner Tropfen (d.h. Dots des aufgedruckten Bildes) auftreten, beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob und/oder wohin der zuvor erzeugte Tropfen gedruckt/abgelenkt worden ist. Dies führt dazu, dass CIJ-Drucker mit Kameraanbindung bzw. Kameraeinbindung keine echten plug- and-play-Systeme darstellen, sondern zunächst eine aufwändige Inbetriebnahmeprozedur vorgenommen werden muss, die gegebenenfalls bei einem Wechsel der Druckbdedingungen, z.B. des zu bedruckenden Materials, jeweils neu vorgenommen werden muss.This learning process is particularly complicated by the fact that with CIJ printers, at least when they are operated with optimized printing speed, fluctuations in the position of individual drops (ie dots of the printed image) also occur in trouble-free, regular operation, for example depending on whether and/or where the previously generated drop has been printed/deflected. As a result, CIJ printers with a camera connection or integration do not represent real plug-and-play systems, but instead a complex commissioning procedure must first be carried out, which may have to be repeated each time the printing conditions, e.g. the material to be printed, are changed must become.
Aus derFrom the
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, CIJ-Drucker mit optischer Überwachung zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Reaktionszeit bei der Überwachung und/oder im Hinblick auf den Zeitbedarf für das Einlernen des optischen Überwachungssystems.The object of the invention is therefore to improve CIJ printers with optical monitoring, in particular with regard to the reaction time during monitoring and/or with regard to the time required for teaching the optical monitoring system.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines CIJ-Druckers mit einem optischen Überwachungsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen CIJ-Drucker mit einem optischen Überwachungsmittel zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und durch ein Verfahren zum Einlernen eines optischen Überwachungssystems eines solchen CIJ-Druckers mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method for operating a CIJ printer with an optical monitoring means having the features of claim 1, by a CIJ printer with an optical monitoring means for carrying out such a method with the features of claim 6 and by a teaching method an optical monitoring system of such a CIJ printer with the features of claim 9. Advantageous developments of the invention are the subject matter of the respective dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines CIJ-Druckers mit einem optischen Überwachungsmittel weist zumindest die in dieser Reihenfolge, aber nicht zwingend unmittelbar nacheinander auszuführenden Schritte
- Erzeugen einer Bitmap des gewünschten Druckbildes,
- sequentielles Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden bzw. Ablenkplatten des CIJ-Druckers, um jeweils Punkte oder Gruppen von Punkten der Bitmap durch das Aufbringen von Tintentropfen auf ein zu bedruckendes Substrat zu realisieren und somit sequentiell ein reales Druckbild auf das Substrat aufzubringen,
- Erfassen des auf dem Substrat aufgebrachten realen Druckbilds mit dem optischen Überwachungsmittel, und
- automatisiertes Vergleichen der Bitmap des gewünschten Druckbilds und des mit dem optischen Überwachungsmittel erfassten, auf dem Substrat aufgebrachten realen Druckbilds
- Creation of a bitmap of the desired print image,
- Sequential activation of charging electrodes and/or deflection electrodes or deflection plates of the CIJ printer in order to implement points or groups of points of the bitmap by applying ink drops to a substrate to be printed and thus sequentially applying a real print image to the substrate,
- detecting the real print image applied to the substrate with the optical monitoring means, and
- automated comparison of the bitmap of the desired print image and the real print image applied to the substrate and recorded with the optical monitoring means
Es wird also nicht mehr nach der Realisierung der gesamten Bitmap, z.B. eines gerade zu druckenden Buchstabens oder einer gerade zu druckenden Zahl, als reales Druckbild auf dem zu bedruckenden Material überprüft, ob diese mit dem gewünschten Druckbild oder der gesamten Bitmap übereinstimmt, sondern Stroke für Stroke, inbesondere nach jedem Stroke oder gegebenenfalls sogar noch während der Ausführung des Strokes überprüft, ob dieser Stroke bzw. die einzelnen Tintentropfen, aus denen er besteht, richtig platziert wurde.It is no longer checked after the realization of the entire bitmap, e.g. a letter or a number to be printed as a real print image on the material to be printed, whether it matches the desired print image or the entire bitmap, but Stroke for Stroke, in particular after each stroke or possibly even during the execution of the stroke, checks whether this stroke or the individual ink drops that make it up have been placed correctly.
Diese Herangehensweise bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich: Das zu erkennende bzw. zu überprüfende Muster ist viel einfacher, was die Mustererkennung einfacher und zuverlässiger werden lässt und deren Rechenzeitbedarf und Hardwareanforderungen reduziert. Darüber hinaus wird die Überprüfungsrate signifikant erhöht, so dass ein Fehler schneller festgestellt werden kann.This approach has a number of advantages: The pattern to be recognized or checked is much simpler, which makes pattern recognition easier and more reliable and reduces the computing time and hardware requirements. In addition, the verification rate is significantly increased, so that an error can be detected more quickly.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens ein Steuersignal zum sequentielles Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers beim automatisiertes Vergleichen der Bitmap des gewünschten Druckbilds und des mit dem optischen Überwachungsmittel erfassten, auf dem Substrat aufgebrachten Druckbild verwendet wird, um das erwartete Druckbild der jeweiligen Zeile oder Spalte zu bestimmen.According to an advantageous embodiment of the method, it is provided that at least one control signal for sequentially driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer is used in the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the captured with the optical monitoring means, applied to the substrate print image to determine the expected print image of the respective row or column.
Bei einer Weiterbildung der soeben diskutierten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens ein weiteres Steuersignal zum sequentielles Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers beim automatisiertes Vergleichen der Bitmap des gewünschten Druckbilds und des mit dem optischen Überwachungsmittel erfassten, auf dem Substrat aufgebrachten Druckbild verwendet wird, um das erwartete Druckbild der jeweiligen Zeile oder Spalte zu bestimmen. Was man auf diese Weise erreichen kann ist eine Erhöhung der Präzision des Zeichenvergleichs und dadurch eine größere Sensitivität bei der Erkennung auftauchender Störeffekte, die zu leichten Veränderungen des Druckbilds eines gegebenen Strokes, die z.B. in Abhängigkeit von dem zuvor ausgeführten Stroke unterschiedlich ausfallen können.In a further development of the embodiment just discussed, it is provided that at least one further control signal is used for the sequential activation of charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer during the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the print image recorded with the optical monitoring means and applied to the substrate is used to determine the expected print image of the respective row or column. What can be achieved in this way is an increase in the precision of the character comparison and thus greater sensitivity in the detection of emerging interference effects that lead to slight changes in the print image of a given stroke, which can be different depending on the previously executed stroke, for example.
Wenn das sequentielle Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers ebenfalls zeilen- oder spaltenweise erfolgt, kann dieses Steuersignal unmittelbar verwendet werden, um eine Sollposition für die Überwachung zu definieren.If the charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer are also driven sequentially in rows or columns, this control signal can be used directly to define a target position for monitoring.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der CIJ-Drucker mehrere Prozessoren oder einen Prozessor mit mehreren Prozessorkernen aufweist, wobei auf dem einen Prozessor die Bitmap des gewünschten Druckbildes erzeugt wird sowie die Generierung der Steuersignale für das sequentielles Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers kontrolliert wird und wobei auf dem anderen Prozessor das automatisierte Vergleichen der Bitmap des gewünschten Druckbilds und des mit dem optischen Überwachungsmittel erfassten, auf dem Substrat aufgebrachten Druckbild erfolgt. Auf diese Weise kann besonders gut gewährleistet werden, dass die Bildverarbeitung auch bei hoher benötigter CPU-Leistung den eigentlichen Druckbetrieb nicht negativ beeinflusst.It has proven to be particularly advantageous if the CIJ printer has multiple processors or one processor with multiple processor cores, with the bitmap of the desired print image being generated on one processor and the control signals for the sequential activation of charging electrodes and/or deflection electrodes being generated of the CIJ printer is controlled and the automated comparison of the bitmap of the desired print image and the print image applied to the substrate detected by the optical monitoring means takes place on the other processor. In this way, it is particularly easy to ensure that the image processing does not have a negative impact on the actual printing operation, even if a high level of CPU performance is required.
Der erfindungsgemäße CIJ-Drucker zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Hydraulikmodul zur Tintenversorgung, einen eine Düse und einen Oszillator zur Druckmodulation umfassenden Tropfengenerator, der von dem Hydraulikmodul mit Tinte versorgt wird und Tintentropfen erzeugt, mindestens eine Ladeelektrode zum Aufbringen einer definierten Ladung auf vom Tropfengenerator erzeugte Tintentropfen, mindestens einer Ablenkelektrode zur Beeinflussung der Flugbahn der vom Tropfengenerator erzeugten Tintentropfen, eine Steuerung, die eingerichtet ist, um eine zu druckende Bitmap zeilen- oder spaltenweise in eine Sequenz von Steuersignalen zu verwandeln, mit denen die Ladeelektrode und/oder die Ablenkelektrode so angesteuert werden, dass aus Tropfen einer Tropfensequenz ein Bild dieser Zeile oder Spalte auf einem zu bedruckenden Substrat gebildet wird, und ein optisches Überwachungsmittel, das insbesondere als eine CCD-Kamera ausgebildet sein kann, zur Überwachung des auf dem zu bedruckenden Substrat gebildeten Bilds.The CIJ printer according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises a hydraulic module for ink supply, a droplet generator comprising a nozzle and an oscillator for pressure modulation, which is supplied with ink by the hydraulic module and generates ink droplets, at least one charging electrode for applying a defined charge to the droplet generator generated ink drops, at least one deflection electrode for influencing the trajectory of the ink drops generated by the drop generator, a controller that is set up to transform a bitmap to be printed line by line or column by column into a sequence of control signals with which the charging electrode and/or the deflection electrode be controlled so that an image of this row or column is formed from drops of a droplet sequence on a substrate to be printed, and an optical monitoring means, which can be embodied in particular as a CCD camera, for monitoring the image formed on the substrate to be printed.
Erfindungswesentlich ist, dass der CIJ-Drucker eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um den Schritt des automatisierten Vergleichens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.It is essential to the invention that the CIJ printer has a data processing device that is set up to carry out the step of automated comparison according to one of claims 1 to 5.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der CIJ-Drucker einen ersten Prozessor oder einen ersten Prozessorkern aufweist, der der Steuerung zugeordnet ist und einen zweiten Prozessor oder Prozessorkern aufweist, der der Datenverarbeitungsvorrichtung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Beeinflussung der Druckgeschwindigkeit durch die vorzunehmenden Bildanalysen vermieden werden.According to a preferred development of the invention, it is provided that the CIJ printer has a first processor or a first processor core that is assigned to the controller and has a second processor or processor core that is assigned to the data processing device. In this way, an undesired influencing of the printing speed by the image analyzes to be carried out can be avoided.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Steuerung mit der Datenverarbeitungsvorrichtung in Signalkommunikation steht, so dass die jeweiligen Sequenzen von Steuersignalen oder zu diesen Sequenzen korrespondierende Steuerbefehle von der Steuerung an die Datenverarbeitungsvorrichtung weitergeleitet werden. Ersteres korrespondiert zu einer analogen Signalübertragung, letzteres zu einer digitalen Signalübertragung. BeidesIn addition, it is advantageous if the controller is in signal communication with the data processing device, so that the respective sequences of control signals or control commands corresponding to these sequences are forwarded from the controller to the data processing device. The former corresponds to analog signal transmission, the latter to digital signal transmission. Both
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einlernen eines optischen Überwachungssystems eines CIJ-Druckers mit einem solchen optischen Überwachungssystem ist vorgesehen, dass der CIJ-Drucker in mindestens einem Durchlauf eine Bitmap, die eine Sequenz von Steuersignalen zum Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers bei der Ausführung eines Strokes enthält, generiert, dass ein reales Druckbild dieser Bitmap durch das Aufbringen von Tintentropfen auf ein zu bedruckendes Substrat realisiert wird, dass mit dem optischen Überwachungsmittel ein Bild des realen Druckbilds aufgenommen und derart ausgewertet wird, dass der jeweils als Reaktion auf ein Steuersignal für einen gegebenen Stroke auf das Substrat aufgebrachte Teil des realen Druckbilds identifiziert und als diesem Stroke bzw. Steuersignal zugeordnetes zu erwartendes Druckbild gespeichert wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Sequenz sämtliche Steuersignale umfasst; es kann aber auch ausreichen, wenn sie nur bestimmte, markante Steuersignale für Strokes, deren Druckbild zu erwartende spezifische Abweichungen zeigt umfasst.In the method according to the invention for teaching an optical monitoring system of a CIJ printer with such an optical monitoring system, it is provided that the CIJ printer, in at least one pass, generates a bitmap that contains a sequence of control signals for driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer the execution of a stroke is generated, that a real print image of this bitmap is realized by applying ink drops to a substrate to be printed, that an image of the real print image is recorded with the optical monitoring means and evaluated in such a way that the respective reaction to a Control signal for a given stroke on the substrate applied part of the real print image is identified and stored as this stroke or control signal assigned to expected print image. It is particularly advantageous if this sequence includes all control signals; but it can also suffice if it only includes specific, distinctive control signals for strokes whose printed image shows specific deviations to be expected.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich diese Bitmap auch Stroke für Stroke generiert werden kann, d.h. dass der CIJ-Drucker in mindestens einem Durchlauf sequentiell alle Steuersignale zum Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers, generiert, um jeweils Punkte oder Gruppen von Punkten der Bitmap durch das Aufbringen von Tintentropfen auf ein zu bedruckendes Substrat zu realisieren, und dass das jeweils als Reaktion auf das Steuersignal auf dem Substrat aufgebrachten Druckbild mit dem optischen Überwachungsmittel aufgenommen wird und als dem Steuersignal zugeordnetes Druckbild gespeichert wird.It should be noted that this bitmap can also be generated stroke by stroke, i.e. the CIJ printer sequentially generates all control signals for driving the charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in at least one run, in order to generate dots or groups of points of the bitmap by applying ink drops to a substrate to be printed, and that the print image applied to the substrate in response to the control signal is recorded with the optical monitoring means and stored as the print image assigned to the control signal.
Im ersten Fall wird also eine komplexere Bitmap aus den möglichen oder den ausgewählten "Elementarstrokes" gebildet und das vom optischen Überwachungsmittel aufgenommene Bild dieser Bitmap ausgewertet, während im zweiten Fall jeder Stroke einzeln ausgeführt und analysiert wird. Der Vorteil der ersten Herangehensweise besteht darin, dass Wechselwirkungen zwischen aufeinander folgenden Strokes bereits berücksichtigt werden können, allerdings ist die Auswertung im zweiten Fall unter Umständen einfacher.In the first case, a more complex bitmap is formed from the possible or selected "elementary strokes" and the image of this bitmap recorded by the optical monitoring means is evaluated, while in the second case each stroke is executed and analyzed individually. The advantage of the first approach is that interactions between consecutive strokes can already be taken into account, but the evaluation in the second case may be easier.
In beiden Fällen kann die Speicherung ausser als Bilddatei auch in Form von Koordinaten von Kamerapixeln, an denen das Signal von Tintentropfen zu erwarten ist, geschehen. Auf diese Weise wird also automatisiert eine Bibliothek von jeweils mindestens einem Bild, das jeweils einem Stroke zugeordnet ist, geschaffen bzw. eine Bibliothek von zu erwartenden Tintentropfenpositionen bei bestimmten Strokes geschaffen.In both cases, storage can take place not only as an image file but also in the form of coordinates of camera pixels at which the signal from ink drops is to be expected. In this way, a library of in each case at least one image that is assigned to a stroke is created automatically, or a library of ink drop positions to be expected for specific strokes is created.
Der große Vorteil dieses Verfahrens beim Einlernen besteht darin, dass eine unmittelbare und automatische Zuordnung zwischen dem Ergebnis des Druckbefehls und dem Druckbefehl ermöglicht wird, während bislang beim Einlernen von einem Benutzer eine komplexere Bitmap nachdem sie mit mehreren Strokes aufgebaut wurde klassifiziert werden musste.The great advantage of this method when teaching is that an immediate and automatic assignment between the result of the print command and the print command is made possible, while previously a more complex bitmap had to be classified by a user during teaching after it had been built up with several strokes.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass am einzelnen Stroke oft leichter systematische Abweichungen identifiziert und gegebenenfalls korrigiert werden können. Beispielsweise kann es dann, wenn das zu bedruckende Medium mit zu hoher Geschwindigkeit nachgeführt wird, zu einem Verkippen des Strokes und der aus diesen zusammengesetzten Bitmaps kommen. Charakteristisch dafür ist, dass systematisch unabhängig vom konkreten Druckbild des Strokes ein Versatz der einzelnen Tintentropfen auftritt, der umso größer wird, je näher am Ende eines Strokes der fragliche Tropfen produziert wurde.Another advantage is that it is often easier to identify systematic deviations in the individual stroke and correct them if necessary. For example, if the medium to be printed is fed at too high a speed, the stroke and the bitmaps composed of it can tilt. What is characteristic of this is that the individual ink drops are offset systematically, independently of the specific print image of the stroke, and this becomes larger the closer the drop in question was produced to the end of a stroke.
Um eine Schwankungsbreite für die erhaltenen Tropfenpositionen zu erhalten ist es vorteilhaft, wenn der Drucker in mehreren Durchläufen Sequenzen von -bevorzugt, aber nicht notwendigerweise allen- Steuersignalen zum Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers, generiert, um jeweils Punkte oder Gruppen von Punkten der Bitmap durch das Aufbringen von Tintentropfen auf ein zu bedruckendes Substrat zu realisieren, und wenn das jeweils als Reaktion auf das Steuersignal auf dem Substrat aufgebrachten Druckbild mit dem optischen Überwachungsmittel aufgenommen wird und als dem Steuersignal zugeordnetes Druckbild gespeichert wird.In order to obtain a fluctuation range for the droplet positions obtained, it is advantageous if the printer generates sequences of—preferably, but not necessarily all—control signals for driving charging electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in several runs, in order to generate points or groups of points of the bitmap by applying ink drops to a substrate to be printed, and when the print image applied to the substrate in response to the control signal is recorded with the optical monitoring means and stored as the print image assigned to the control signal.
Anzumerken ist dabei noch, dass das Druckbild und insbesondere die Größe der einzelnen Tropfen bzw. der von einem einzelnen Tropfen erzeugten Punkte auch von der verwendeten Tinte und dem Substrat abhängt.It should also be noted that the print image and in particular the size of the individual drops or that of a single droplet generated dots also depends on the ink used and the substrate.
Insbesondere können bei einem solchen Vorgehen die Unterschiede der Druckposition, die durch unterschiedliche vorangehende Strokes bei einem gegebenen Stroke hervorgerufen werden, erfasst und bei der Überwachung des Druckergebnisses verwendet werden. Dazu lässt man den Drucker in den mehreren Durchläufen Sequenzen von -bevorzugt, aber nicht notwendigerweise allen-Steuersignalen zum Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers generieren, wobei die Reihenfolge, der Steuersignale zum Ansteuern von Ladeelektroden und/oder Ablenkelektroden des CIJ-Druckers, generiert werden, von Sequenz zu Sequenz variiert wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, dies für alle möglichen Kombinationen von Strokes durchzuführen. Neben einer vollständigen Erfassung der Schwankungsbreiten der einzelnen Tropfenpositionen, die dann bei der Kontrolle des Druckerfolgs benutz werden kann, besteht in diesem Fall auch die Möglichkeit, bei der Druckbildüberwachung z.B. den vor dem gerade zu druckenden Stroke gedruckten Stroke zu berücksichtigen und dadurch die Präzision der Positionsinformationen zu erhöhen.In particular, with such a procedure, the differences in the print position, which are caused by different preceding strokes for a given stroke, can be detected and used when monitoring the print result. To do this, the printer is allowed to generate sequences of—preferably, but not necessarily all—control signals for driving charge electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ printer in the multiple passes, with the order of the control signals for driving charge electrodes and/or deflection electrodes of the CIJ -Printer, are generated, is varied from sequence to sequence. In principle, it is also possible to do this for all possible combinations of strokes. In addition to a complete recording of the fluctuation ranges of the individual drop positions, which can then be used to check the printing success, there is also the possibility in this case to take into account the stroke printed before the stroke to be printed, for example, and thus the precision of the position information to increase.
Die Analysemöglichkeiten, die sich mit den in der Einlernroutine gewonnenen Daten schaffen lassen können noch weiter gesteigert werden, wenn der Drucker in den mehreren Durchläufen Druckparameter variiert, die im Druckbetrieb des CIJ-Druckers schwanken können und zu einer Veränderung des Druckbilds führen. Beispielsweise kann im Betrieb die Viskosität der Tinte schwanken, was zu einer Veränderung des Druckbildes führen kann. Durch gezielte Veränderung dieses Parameters in einer Einlernphase können dessen Auswirkungen erfasst und einerseits zur Verbesserung der Druckerfolgskontrolle, andererseits aber auch zur Früherkennung einer drohenden Fehlfunktion genutzt werden.The analysis options that can be created with the data obtained in the training routine can be increased even further if the printer varies print parameters in the multiple runs, which can fluctuate during the printing operation of the CIJ printer and lead to a change in the print image. For example, the viscosity of the ink can fluctuate during operation, which can lead to a change in the printed image. By changing this parameter in a targeted manner in a learning phase, its effects can be recorded and, on the one hand, to improve the print success control, but on the other hand can also be used for early detection of an impending malfunction.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1a:
- eine schematische Darstellung eines zu druckenden Zeichens,
- Fig. 1b:
- eine schematische Darstellung der Zerlegung des Druckprozesses in einzelne Strokes,
- Fig. 1c:
- eine schematische Darstellung des Schreibens eines Strokes auf das Substrat durch den CIJ-Drucker,
- Fig. 1d:
- ein Beispiel für eine komplexe, vom Benutzer erstellbare Bitmap,
- Fig. 2a:
- ein Beispiel für eine zu druckende Bitmap, die auch zum Einlernen der Kamera verwendbar ist,
- Fig. 2b:
- das mit der Kamera aufgenommene Druckergebnis, das beim Druck der Bitmap aus
Fig. 2a erhalten wurde, - Fig. 3:
- ein schematisches Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, und
- Fig. 4:
- ein schematisches Ablaufdiagramm eines exemplarischen Einlernprozesses
- Figure 1a:
- a schematic representation of a character to be printed,
- Figure 1b:
- a schematic representation of the breakdown of the printing process into individual strokes,
- Figure 1c:
- a schematic representation of the writing of a stroke on the substrate by the CIJ printer,
- Figure 1d:
- an example of a complex user-created bitmap,
- Figure 2a:
- an example of a bitmap to be printed, which can also be used to teach the camera,
- Figure 2b:
- the print result recorded with the camera, which is produced when the bitmap is printed
Figure 2a was received - Figure 3:
- a schematic flow diagram of an exemplary method, and
- Figure 4:
- a schematic flowchart of an exemplary learning process
Anhand der
In
Beim Druck einer solchen Bitmap 90 wird eine Dimension der ihr zu Grunde liegenden Matrix, in der Orientierung der
Nach der Ablösung eines Tintentropfens 12 wird er an der Ladeelektrode 25 mit einer Soll-Ladung versehen, wobei der Erfolg des Ladeprozesses mit einer Detektorelektrode, die in
Die Ladeelektrode 25 wird dabei von einer Steuerung gesteuert, welche ein von einem Benutzer in einem Speicher 60 unmittelbar oder mittelbar erzeugtes Druckbild in einem Raster Image Prozessor 65 in eine Bitmap 90 umwandelt, und die Informationen über die zu druckenden Zeilen oder Spalten einerseits an einen Ladespannungsrechner 70 weiterleitet, der vorzugsweise als separater Prozessor ausgeführt ist. Der Ladespannungsrechner 70 erzeugt ein entsprechendes Ladesignal gemäß der berechneten aufzubringenden Ladung und gibt es als Steuersignal an die Ladeelektrode 25 weiter.The charging
Aus der Tatsache, dass das zu bedruckende Substrat 100 bewegt wird heraus ergibt sich insbesondere dann, wenn die Druckgeschwindigkeit maximiert werden soll, die Notwendigkeit, die durch unterschiedliche Ablenkung der Tropfen 12 erzeugten Zeilen (oder Spalten) möglichst schnell zu drucken, da diese sonst nicht mehr auf einer Linie liegen. Daher werden diese vom CIJ-Drucker jeweils als ein gemeinsamer "Stroke" 40,41, wie in
Konkret erfolgt die Bearbeitung, wie in
Wichtig für die Erfindung ist, dass an dieser Stelle bereits eine zumindest implizite Information über das zu erwartende Druckbild vorhanden ist, die erfindungsgemäß als Zielvorgabe für eine Erfolgskontrolle eingerichtet ist.It is important for the invention that at this point there is already at least implicit information about the print image to be expected, which is set up according to the invention as a target specification for a success check.
Diese Information wird dann einerseits im Schritt 125 als Input an die Datenverarbeitungsanlage 75, die hier mit einem separaten Prozessor realisiert ist, weitergeleitet, die den Vergleich zwischen zu druckendem Signal und einem Bild des erfolgten Drucks, das von dem Hier als CCD-Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittel 80 an die Datenverarbeitungsanlage 75 weitergeleitet wird, durchführt.This information is then forwarded on the one hand in
Andererseits wird die Information von dem Ladespannungsrechner 70 weiterverarbeitet. Der Ladespannungsrechner 70 berechnet aus ihr -vorzugsweise unter Berücksichtigung der Information, welcher Stroke oder welche Strokes kurze Zeit davor gedruckt wurden und ggf. auch schon welcher Stroke oder welche Strokes unmittelbar danach gedruckt werden- im Schritt 130 die Ladespannung, die auf die zum Stroke gehörenden Tropfen aufgebracht werden muss, damit diese an der gewünschten Stelle des Substrats landen, damit diese beim Vorbeiflug an der Ladeelektrode 25 aufgebracht werden kann.On the other hand, the information from the charging
Diese Berechnungen sind insbesondere deshalb aufwändig, weil einerseits Raumladungen, andererseits aber auch aerodynamische Effekte wie der Windschatten anderer Tropfen die Flugbahn der Tintentropfen und ihren Auftreffpunkt auf dem Substrat signifikant beeinflussen können. Daher erfolgt auch der Prozessschritt 130 vorzugsweise auf einem separaten Prozessor- oder Prozessorkern.These calculations are particularly complex because on the one hand space charges and on the other hand aerodynamic effects such as the slipstream of other drops can significantly influence the trajectory of the ink drops and their point of impact on the substrate. Therefore, the
Mit der so erhaltenen Ladespannung wird dann bei der Ausführung des eigentlichen Druckvorgangs die Ladeelektrode 25 im Schritt 140 angesteuert und lädt Tropfen 12 des kontinuierlichen Tintentropfenstroms auf, so dass diese durch die an der Ablenkplatte 30 anliegende Ablenkspannung aus dem Strom der zum Fängerrohr 35 fliegenden ungeladenen Tintentropfen 12a abgelenkt werden und auf das Substrat 100 aufgebracht werden.With the charging voltage obtained in this way, the charging
Um den Startzeitpunkt des Druckvorgangs für ein aufzubringendes Druckbild zu definieren und sein Timing zu ermöglichen, wird ein "Print-GO"-Signal erzeugt, z.B. wenn ein zu bedruckendes Objekt, das den CIJ-Drucker passiert und dabei bedruckt werden soll, eine definierte Position relativ zum CIJ-Drucker erreicht. Dieses löst dann -gegebenenfalls nach einer angepassten Wartezeit- den Druck, beginnend mit dem ersten Stroke 40,41 aus; es kann sinnvoll sein, zwischen aufeinander folgenden Strokes 40,41 eine vorgebbare Wartezeit abzuwarten.In order to define the start time of the printing process for a print image to be applied and to enable its timing, a "Print-GO" signal is generated, e.g. when an object to be printed, which passes the CIJ printer and is to be printed, reaches a defined position achieved relative to the CIJ printer. This then triggers the print, if necessary after an adjusted waiting time, starting with the
Zur Überprüfung und Überwachung des Druckprozesses wird, vorzugsweise mit einem Hier als CCD-Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittel 80, als Schritt 150 ein Kamerabild aufgenommen. Dies kann getriggert werden, beispielsweise unter Verwendung des Print-Go-Signals als zeitlicher Referenzrahmen. Die Bilddaten des Kamerabildes werden dann an eine Datenverarbeitungsanlage 75 weitergeleitet und im Schritt 160 ausgewertet.In order to check and monitor the printing process, a camera image is recorded as
Während diese Auswertung im Stand der Technik üblicherweise auf einer Auswertung des gesamten Aufdrucks auf das Objekt im Vergleich zur zu druckenden Bitmap 90 erfolgt, geschieht dies erfindungsgemäß durch eine Auswertung der einzelnen, jeweils durch einen Stroke 40,41 gebildeten Zeilen oder Spalten des Druckbildes. Dabei soll explizit darauf hingewiesen werden, dass dies nicht schon automatisch der Fall ist, wenn die einzelnen Zellen des CCD-Chips des Hier als CCD-Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittels 80 bei einer Bildauswertung zeilen- oder spaltenweise ausgelesen und die entsprechenden Daten dann weiterverarbeitet werden, was keine Auswertung von Zeilen oder Spalten des Druckbilds sondern eine Auswertung von Zeilen oder Spalten des Kamerabilds ist. Diese kann aber schon deshalb nicht dieselben Ergebnisse liefern, weil es für die erreichbare Genauigkeit der Auflösung unbefriedigend wäre, wenn ein Tintentropfen auf dem Substrat lediglich zu einem gesetzten Pixel im Kamerabild korrespondieren würde.While this evaluation in the prior art is usually based on an evaluation of the entire print on the object compared to the
Ergibt die Auswertung im Schritt 160 Hinweise auf eine Störung oder einen Druckfehler, kann im Schritt 170 eine Fehlerwarnung oder ein Druckstopp ausgelöst werden. Andernfalls kann die Bearbeitung durch Rücksprung zum Schritt 120 fortgesetzt werden, insbesondere wenn der nächste Stroke 40,41 noch nicht berechnet ist. Es kann aber beim Rücksprung zu Schritt 120 auch ein schon berechneter weiterer Stroke aus einem lokalen Speicher, der vorzugsweise nach FIFO-Prinzip verwaltet wird, ausgelesen werden.If the evaluation in
Um die Vorteile des Vorgehens, die sich auf einer solchen zeilen- oder spaltenbasierten Auswertung ergeben noch genauer zu verstehen, wird nun anhand der
Die in
Beim Vergleich der beiden
Beispielsweise erkennt man unmittelbar eine leichte Verkippung der einzelnen Strokes 40,41 nach links, so dass der jeweils oberste Tropfen eines Strokes 40,41 der am weitesten links auf dem Substrat angeordnete Tropfen des Strokes 40,41 ist. Dieser Effekt hängt mit der Geschwindigkeit, mit der das Substrat 100 bewegt wird, zusammen.For example, a slight tilting of the
Darüber hinaus erkennt man aber auch, dass sich die Lage der einzelnen Zeilen verändert, und zwar insbesondere in Abhängigkeit davon, ob ein benachbarter Tropfen vorhanden ist oder nicht. Besonders deutlich ist dieser Effekt in der obersten Zeile bei einem Vergleich der zu dieser gehörenden Gruppe von Tropfen der letzten acht Strokes 40,41 mit der zu dieser gehörenden Gruppe von Tropfen des neuntletzten bis sechzehntletzten Strokes 40,41, welche im Vergleich zur erstgenannten Gruppe nach oben versetzt sind, zu erkennen. Er ergibt sich aber auch deutlich aus dem Höhenversatz der Tropfen, die zu der letzten Zeile gehören.In addition, however, one also recognizes that the position of the individual lines changes, in particular depending on whether an adjacent drop is present or not. This effect is particularly clear in the top line when comparing the group of drops of the last eight
Eine weitere Abweichung vom Idealbild, das durch die Bitmap 190 der
Diese Abweichungen sind jeweils kein Anzeichen für einen Störeffekt sondern treten auch bei einem störungsfrei erfolgenden Druck auf. Bei dem bisher üblichen Vergleich des gesamten Druckbildes 195 mit der zu druckenden Bitmap 190 werden dementsprechend Abweichungen berücksichtigt, die eigentlich gar nicht durch neu auftretende Druckfehler bedingt sind.These deviations are not in each case an indication of a disruptive effect but also occur in the case of a print that takes place without disruption. In the hitherto customary comparison of the
Die von dem Optischen Überwachungsmittel 80 aufgenommenen Druckbilder der einzelnen Strokes 40,41 können bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Lehre hingegen als das Sollbild, das als Antwort auf den Druckbefehl für diesen Stroke 40,41 entstehen sollte, verwendet werden, was zu einer sehr schnellen Auswertung führt. Erstens muss nicht abgewartet werden, bis die gesamte Bitmap 190 gedruckt ist um sie dann mit dem Druckergebnis zu vergleichen, sondern der Vergleich ist unmittelbar nach der Ausführung eines Strokes 40,41 möglich.The print images of the
Bei der Bildauswertung zahlt sich zudem nicht nur aus, dass die entsprechenden miteinander zu vergleichenden Objekte sehr viel kleiner sind, sondern auch, dass man vorab weiß, wo ungefähr auf dem CCD-Chip des Optischen Überwachungsmittels 80 nach Punkten des gerade gedruckten Strokes 40,41 gesucht werden muss, denn aus einem Kamerabild wie dem in
Dies ermöglicht einen sehr gezielten Vergleichsalgorithmus, bei dem unmittelbar im richtigen Bereich des CCD-Chips die Suche nach dem gedruckten Tintentropfen beginnen kann und mit relativ hoher Sicherheit eine erwartete Position des Tintentropfenbildes angegeben werden kann.This enables a very targeted comparison algorithm, in which the search for the printed ink droplet can begin directly in the correct area of the CCD chip and an expected position of the ink droplet image can be specified with a relatively high level of certainty.
Wenn man Abweichungen zwischen solchen erwarteten Positionen und den Positionen, an denen der entsprechende Tintentropfen des jeweiligen Strokes 40,41 dann im Kamerabild aufgefunden wird systematisch protokolliert können unter Umständen Änderungen, die sich schleichend anbahnen und auf längere Sicht Korrekturen an Druckparametern erforderlich machen, beispielsweise Änderungen der Tintenviskosität oder der Anteile von konzentrierter Tinte und Lösungsmittel, frühzeitig aus den entsprechenden Veränderungen im Druckbild abgeleitet werden und dann durch Einleitung entsprechender Gegenmaßnahmen korrigiert werden, ehe es überhaupt zu Fehlfunktionen oder Fehldrucken kommt.If deviations between such expected positions and the positions at which the corresponding ink drop of the
Zudem ermöglicht der Stroke-basierte Ansatz einen extrem einfachen Einlernprozess, der es letztlich sogar ermöglichen kann, ein Optisches Überwachungsmittel 80 an einem CIJ-Drucker als echtes Plug-and-Play-Modul zu betreiben und der in
Dieses Druckbild wird dann im Schritt 230 mit dem als Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittel 80 aufgenommen und mindestens ein entsprechende Kamerabild wird im Schritt 240 ausgewertet, vorzugsweise um Erwartungswerte für Tintentropfenpositionen der einzelnen Strokes 40,41 zu erhalten.This print image is then recorded in
Konkret wird dabei beispielsweise jedem Stroke 40,41 bzw. einem mit diesem Stroke 40,41 korrespondierenden Steuersignal die Position der Tintentropfen 12 auf dem CCD-Chip des als Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittels (80) in einer y-Richtung, die zu der Ablenkrichtung der Tintentropfen 12 korrespondiert, als erwartete Tintentropfenpositionen logisch verbunden bzw. zugeordnet. Andererseits wird durch Analyse des Abstands zwischen den Bildern der einzelnen Strokes 40,41 auf dem CCD-Chip des als Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittels 80 eine Information zu gewonnen, an welchen x-Positionen auf dem CCD-Chip des als Kamera ausgeführten optischen Überwachungsmittels 80 Tintentropfen eines n-ten Strokes 40,41 einer vorgegebenen Sequenz von Strokes 40,41 zu erwarten ist.In concrete terms, for example, each
Wird dann im Anschluss an den Einlernprozess im Realbetrieb eine Bitmap 90,190 gedruckt, kann der einen bestimmten Stroke 40,41 repräsentierende Output des Rippers 65, gegebenenfalls zusammen mit einer Information, um den wievielten Stroke 40,41 zum Schreiben dieser Bitmap 90,190 es sich handelt, direkt als Input für die Datenverarbeitungseinrichtung 75, die das Kamerabild analysiert, weitergeleitet werden.If a bitmap 90,190 is then printed in real operation following the learning process, the output of the
Dieser Input kann dann direkt in einen Satz von erwarteten Pixelposition für die zu diesem Stroke 40,41 gehörenden Tintentropfen 12 umgewandelt und überprüft werden, ob die entsprechenden Pixel im Kamerabild gesetzt sind. Selbst wenn die Tropfenposition leicht gewandert sein sollte, wird auf dieses Weise ein schnelles Auffinden der neu hinzugefügten Tropfen 12 gewährleistet, und durch Analyse von Abweichungen kann man einerseits durch Vergleich mit festzulegenden Akzeptanzbereichen ermitteln, ob der Aufdruck noch akzeptabel ist oder nicht, während andererseits möglicherweise bereits Hinweise auf die vorliegenden Probleme, die eine Abweichung von der Sollposition hervorrufen, gewonnen werden können.This input can then be converted directly into a set of expected pixel positions for the ink droplets 12 belonging to this
- 55
- Hydraulikmodulhydraulic module
- 1010
- Düsejet
- 1111
- Abrisspunktdemolition point
- 1212
- Tintentropfenink drops
- 12a12a
- ungeladener Tintentropfenuncharged ink drop
- 2020
- Oszillatoroscillator
- 2525
- Ladeelektrodecharging electrode
- 3030
- Ablenkplattebaffle plate
- 3535
- Fängerrohrcatcher tube
- 40,4140.41
- Strokestroke
- 6565
- Raster Image Prozessor (Ripper)Raster Image Processor (Ripper)
- 7070
- LadespannungsrechnerCharge Voltage Calculator
- 7575
- Datenverarbeitungsanlagedata processing system
- 8080
- optisches Übewachungsmitteloptical surveillance device
- 9090
- Bitmapbitmap
- 100100
- Substratsubstrate
- 110110
- Vorgabe eines DruckbildsSpecification of a print image
- 120120
- Rippingripping
- 125125
- Weiterleitung Input an DatenverarbeitungsanlageForwarding input to data processing system
- 130130
- Berechnung der LadespannungCalculation of the charging voltage
- 140140
- Ansteuerung der LadeelektrodeControl of the charging electrode
- 150150
- Aufnahme eines KamerabildsCapture a camera image
- 160160
- Auswertung des KamerabildsEvaluation of the camera image
- 170170
- Fehlerwarnungerror warning
- 190190
- Bitmapbitmap
- 195195
- Druckbildprint image
- 210210
- Erzeugen einer Sequenz aller möglicher Strokes als BitmapGenerating a sequence of all possible strokes as a bitmap
- 220220
- Drucken der BitmapPrint the bitmap
- 230230
- Aufnahme eines KamerabildsCapture a camera image
- 240240
- Auswertung des KamerabildsEvaluation of the camera image
- ss
- Richtung der Spaltendirection of the columns
- ze.g
- Richtung der Zeilendirection of the lines
Claims (12)
- Method for operating a CIJ printer having an optical monitoring means (80), with the steps- generation of a bitmap (90, 180) of the image to be printed,- sequential actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer in order to realize lines, or respectively, columns of the bitmap (90, 190) by applying rows of adjacently arranged ink droplets (12) onto a substrate (100) forprinting, each of which forming a stroke (40, 41), and thereby sequentially applying an actual printed image onto the substrate (100),- detection of the actual printed image applied to the substrate (100) by means of the optical monitoring means (80), and- automated comparison of the bitmap (90, 190) of the desired printed image and of the actual image (195) applied on the substrate (100) and detected by the optical monitoring means (80),characterized in thatthe automated comparison of the bitmap (90, 190) of the desired printed image and of the actual printed image (195) applied to the substrate (100) is carried out, either on the basis of lines or columns of the bitmap (90, 190), or on the basis of components of the lines or columns of the bitmap (90, 190) such that, after every stroke (40, 41), or while the stroke (40, 41) is still being carried out, it is verified whether the ink droplets (12) of which the stroke is composed have been correctly placed.
- Method in accordance with claim 1,
characterized in that at least one control signal is used for the sequential actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer during the automated comparison of the bitmap (90, 190) of the desired printed image and of the actual printed image (195) applied to the substrate (100) and detected by the monitoring means (80) in order to determine the expected printed image of the respective line or column. - Method in accordance with claim 2,
characterized in that at least one further control signal is used for the sequential actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer during the automated comparison of the bitmap (90, 190) of the desired printed image and of the actual printed image (195) applied to the substrate (100) and detected by the monitoring means (80) in order to determine the expected printed image of the respective line or column of the bitmap (90, 190). - Method in accordance with any of claims 1 to 3,
characterized in that the sequential actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer is also carried out in lines or columns. - Method in accordance with any of claims 1 to 4,
characterized in that the CIJ printer comprises numerous processors, or one processor having numerous processor cores, wherein, on the one processor, the bitmap (90, 190) of the desired printed image is generated and the generation of the control signal for the sequential actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer is controlled and wherein, on the other processor, the automated comparison of the bitmap (90, 190) of the desired printed image and of the actual printed image (195) applied to the substrate (100) and detected by the optical monitoring means (80) is carried out. - CIJ printer for carrying out a method in accordance with any of claims 1 to 5, having- a hydraulic module (5) for supplying ink,- a droplet generator, which comprises a nozzle (10) and an oscillator (20), is supplied with ink by the hydraulic module (5), and which produces ink droplets (12),- at least one charging electrode (25) for applying a defined charge to the ink droplets (12) produced by the droplet generator,- at least one deflection electrode (30) for influencing the trajectory of the, from the droplet generator produced and from the charging electrode (25) charged, ink droplets (12),- a controller which is configured to convert, in lines or in columns, a bitmap (90, 190) intended for printing into a sequence of control signals with which the charging electrode (25) and/or the deflection electrode (30) are controlled such that an image of this line or column is formed from droplets (12) of a droplet sequence on a substrate (100) intended for printing, and- an optical monitoring means (80) for monitoring the actual printed image (195) formed on the substrate (100) intended for printing,characterized in that the CIJ printer comprises a data processing device which is configured to carry out the step of automated comparison in accordance with any of claims 1 to 5.
- CIJ printer in accordance with claim 6,
characterized in that the CIJ printer comprises a first processor or a first processor core which is assigned to the controller, and a second processor or processor core which is assigned to the data processing device. - CIJ printer in accordance with claim 6 or 7,
characterized in that the controller is in signal communication with the data processing device such that the respective sequences of control signals, or the control commands which correspond to these sequences, are transmitted from the controller on to the data processing device. - Method for the teach-in of an optical monitoring means (80) of a CIJ printer in accordance with any of the claims from 6 to 8,characterized in that the CIJ printer generates, in at least one run, a bitmap (90, 190) which contains a sequence of control signals for controlling charging electrodes (25) and/or deflection electrodes (30) of the CIJ printer while a stroke (40, 41) is being carried out,in that an actual printed image (195) of this bitmap (90, 190) is realized by applying ink droplets onto a substrate (100) intended for printing,in that, by means of the optical monitoring means (80), an image of the actual printed image (195) is recorded and analyzed such that the respective part of the actual printed image (195) which is applied to the substrate (100) in response to a control signal for a given stroke (40, 41) is identified and saved as the expected printed image corresponding to the stroke (40, 41) or respectively, to the control signal.
- Method in accordance with claim 9,
characterized in that the printer prints, in numerous runs, a bitmap (90, 190) which contains a sequence of control signals for controlling charging electrodes (25) and/or deflection electrodes (30) of the CIJ printer in order to make either points or groups of points from the points of the bitmap (90, 190) into an actual printed image by applying ink droplets (12) onto a substrate (100) intended for printing, and in that the respective printed image applied to the substrate in response to the control signal is recorded, identified and saved, by the optical monitoring means, as the printed image corresponding to the control signal. - Method in accordance with claim 10,
characterized in that the printer generates, in numerous runs, either a sequence of control signals for the actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer, wherein the sequence in which the control signals for the actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer (30) are generated varies from sequence to sequence. - Method in accordance with either of claims 10 or 11,
characterized in that the printer generates, in numerous runs, either a sequence of control signals for the actuation of charging electrodes (25) and/or of deflection electrodes (30) of the CIJ printer, wherein, in the various runs, printing parameters are changed which can fluctuate during the printing operation of the CIJ printer and lead to an alteration in the printed image (195).
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