ES2348242T3 - Estructura de ayuda sin fuerza para el traslado del cabezal de impresión en impresoras digitales. - Google Patents

Estructura de ayuda sin fuerza para el traslado del cabezal de impresión en impresoras digitales. Download PDF

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ES2348242T3 ES05104601T ES05104601T ES2348242T3 ES 2348242 T3 ES2348242 T3 ES 2348242T3 ES 05104601 T ES05104601 T ES 05104601T ES 05104601 T ES05104601 T ES 05104601T ES 2348242 T3 ES2348242 T3 ES 2348242T3
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Abstract

Un sistema de impresión digital incluyendo: - un bastidor base (1); - un conjunto de lanzadera (3) que tiene al menos una lanzadera de cabezal de impresión (12) incluyendo un cabezal de impresión para imprimir una imagen en un receptor; - un sistema de accionamiento de motor para mover dicho conjunto de lanzadera (3) donde las fuerzas de accionamiento y de reacción durante el movimiento del conjunto de lanzadera (3) actúan sobre el bastidor base (1); caracterizado porque el sistema de impresión digital incluye además: - un bastidor metrológico (2) que es soportado indirectamente por el bastidor base (1); y - una plataforma receptora (4) para sujetar dicho receptor; donde - el bastidor metrológico (2) soporta la plataforma receptora (4); y - el bastidor metrológico (2) incluye medios para determinar la posición de la lanzadera de cabezal de impresión (12) con respecto a dicho bastidor metrológico (2).

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de impresión digital.
Más específicamente la invención se refiere a un sistema para reducir el efecto de fuerzas de accionamiento y reacción del sistema motor en un aparato de impresión por inyección de tinta.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Impresión por inyección de tinta
Imprimir es una de las formas más populares de transmitir información a los miembros del público en general. La impresión digital usando impresoras matriciales permite la impresión rápida de texto y gráficos almacenados en dispositivos informáticos tales como ordenadores personales. Estos métodos de impresión permiten la conversión rápida de ideas y conceptos a producto impreso a un precio económico sin la producción lenta y especializada de planchas de impresión intermedias tales como placas litográficas. El desarrollo de métodos de impresión digital ha hecho de la impresión una realidad económica para la persona media incluso en el entorno doméstico.
Los métodos convencionales de impresión matricial a menudo implican el uso de un cabezal de impresión, por ejemplo un cabezal de impresión por inyección de tinta, con una pluralidad de elementos marcadores, por ejemplo boquillas de inyección de tinta. Los elementos de marcación transfieren un material marcador, por ejemplo tinta
o resina, desde el cabezal de impresión a un medio de impresión, por ejemplo papel o plástico. La impresión puede ser monocroma, por ejemplo negro, o multicolor, por ejemplo impresión a todo color usando un CMY (cian, magenta, amarillo, negro = un negro de proceso formado por una combinación de C, M, Y), un CMYK (cian, magenta, amarillo, negro), o un esquema de colores especializados, (por ejemplo CMYK más uno o más colores puntuales o especializados adicionales). Para imprimir un medio de impresión tal como papel o plástico, los elementos de marcación se usan o “disparan” en un orden específico mientras que el medio de impresión es movido con relación al cabezal de impresión. Cada vez que un elemento marcador es disparado, se transfiere material marcador, por ejemplo tinta, al medio de impresión por un método que depende de la tecnología de impresión usada. Típicamente, en una forma de impresora, el cabezal se moverá con relación al medio de impresión para producir una denominada línea de trama que se extiende en una primera dirección, por ejemplo a través de una página. La primera dirección se denomina a veces la dirección de “exploración rápida”. Una línea de trama incluye una serie de puntos distribuidos sobre el medio de impresión por los elementos de marcación del cabezal de impresión. El medio de impresión es movido, generalmente intermitentemente, en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección. La segunda dirección se denomina a menudo la dirección de exploración lenta.
La combinación de imprimir líneas de trama y mover el medio de impresión con relación al cabezal de impresión da lugar a una serie de líneas de trama paralelas, que generalmente están poco espaciadas. Visto a distancia, el ojo humano percibe una imagen completa y no resuelve la imagen en puntos individuales a condición de que estos puntos estén suficientemente juntos. Los puntos poco espaciados de diferentes colores no son distinguibles individualmente, sino que dan la impresión de colores determinados por la cantidad o intensidad de los tres colores, cian, magenta y amarillo, que han sido aplica
dos.
Con el fin de mejorar la veracidad de la impresión, por ejemplo de una línea recta, se prefiere que la distancia entre puntos de la matriz de puntos sea pequeña, es decir, que la impresión tenga una alta resolución. Aunque no se puede afirmar que una alta resolución siempre signifique buena impresión, es cierto que se necesita una resolución mínima para impresión de alta calidad. Una pequeña espaciación de puntos en la dirección de exploración lenta significa una pequeña distancia entre elementos marcadores en el cabezal, mientras que puntos regularmente espaciados a una pequeña distancia en la dirección de exploración rápida impone limitaciones a la calidad de los mecanismos de accionamiento usados para mover el cabezal de impresión con relación al medio de impresión en la dirección de exploración rápida.
Generalmente, hay un mecanismo para colocar un elemento marcador en una posición apropiada sobre el medio de impresión antes de ser disparado. Generalmente, tal mecanismo de accionamiento es controlado por un microprocesador, un dispositivo digital programable tal como PAL, PLA, FPGA o similar, aunque los expertos apreciarán que algo controlado por software también puede ser controlado por hardware dedicado y que el software es solamente una estrategia de implementación.
La mayor parte de tales copias impresas se producen en el entorno doméstico o en la oficina usando pequeños aparatos capaces de imprimir en zonas relativas pequeñas solamente. Los formatos de papel más populares son forma-tos de oficina estándar tales como el papel tamaño ISO 216 A4 y el formato de letra ANSI/ASME Y14.1. Las impresoras de mayor tamaño pueden imprimir generalmente en formato ISO 216 A3 o ANSI/ASME Y14.1 Tabloide.
En resumen, estas impresoras son de tamaño y producción limitados.
En tiempos recientes, por ejemplo, las impresoras de inyección de tinta han evolucionado a aplicaciones más industriales. Un lote de estas impresoras puede manejar formatos de papel más grandes o usar tipos especiales de tinta.
Preferiblemente estas impresoras industriales son capaces de imprimir en papel de gran tamaño y obtener una producción alta. Los tamaños de hasta 200 x 280 cm son deseables como formato de salida. Las aplicaciones especiales son, por ejemplo, impresión de pósters, publicidad …
Para obtener una producción más alta se usan generalmente varios cabezales de impresión al mismo tiempo.
Para mejorar la claridad y el contraste de la imagen impresa, la investigación reciente se ha centrado en la mejora de las tintas usadas. Para proporcionar una impresión más rápida e resistente al agua con negros más oscuros y colores más vivos, se han desarrollado tintas a base de pigmentos. Estas tintas a base de pigmentos tienen un mayor contenido de sólidos que las tintas a base de colorante anteriores. Ambos tipos de tinta secan rápidamente, lo que permite que los mecanismos de impresión por inyección de tinta formen imágenes de alta calidad.
En algunas aplicaciones industriales, tales como hacer planchas de impresión usando procesos de inyección de tinta, las tintas que tienen características especiales crean problemas específicos.
Por ejemplo, hay tintas curables por UV que permiten el rápido endurecimiento de las tintas después de la impresión. Se puede ver un ejemplo en WO 02/53383. Entonces hay que disponer una fuente UV especial para curar las tintas después de la impresión.
Después de que la tinta de una banda impresa ha sido curada parcialmente por la fuente UV, la banda puede ser sobreimpresa inmediatamente sin el problema que las gotas
de tinta se mezclen produciendo artefactos.
La utilización de esta tinta permite el uso de métodos de impresión de alta calidad a una alta velocidad evitando otros varios problemas inherentes a la naturaleza del método de registro.
Un problema general de la impresión de matriz de puntos es la formación de artefactos producidos por la naturaleza digital de la representación de la imagen y el uso de puntos igualmente espaciados.
Algunos artefactos tales como patrones muaré pueden ser generados debido al hecho de que la impresión intenta formar una imagen continua por una matriz o configuración de puntos (casi) igualmente espaciados.
Otra fuente de artefactos pueden ser los errores en la colocación de puntos producidos por una variedad de defectos de fabricación, tales como la posición de los elementos marcadores en el cabezal, o errores sistemáticos en el movimiento del cabezal de impresión con relación al medio de impresión. En particular, si un elemento marcador está mal colocado o su dirección de disparo se desvía de la dirección prevista, la impresión resultante mostrará un defecto que se puede extender por toda la longitud de la impresión. Una variación en velocidad de las gotas también producirá artefactos cuando el cabezal de impresión se mueva puesto que el tiempo de vuelo de la gota variará con la variación de la velocidad. Igualmente, un error sistemático en el recorrido en que se mueve el medio de impresión con relación al medio de impresión puede dar lugar a defectos que pueden ser visibles. Por ejemplo, el deslizamiento entre el accionamiento del medio de impresión y el medio de impresión propiamente dicho introducirá errores. De hecho, cualquier limitación geométrica del sistema de impresión puede ser una fuente de errores, por ejemplo la longitud del cabezal de impresión, la espaciación entre elementos marcadores, la distancia de indexación del medio de impresión con relación al cabezal en la dirección de exploración lenta. Tales errores pueden dar lugar a “bandeado” que es la impresión clara de que la impresión se ha aplicado en una serie de bandas. Los errores implicados pueden ser muy pequeños: la discriminación de color, resolución y reconocimiento de patrones del ojo humano están tan desarrollados que se tarda considerablemente poco en que los errores sean visibles.
Para aliviar algunos de estos errores es conocido alternar o variar el uso de elementos marcadores con el fin de difundir los errores por toda la impresión de modo que al menos algunos errores sistemáticos queden disfrazados entonces. Por ejemplo, por US 4.967.203 se conoce un método a menudo llamado “cinglado” que describe una impresora de inyección de tinta y método. Cada posición de impresión o “pixel” puede ser impreso por cuatro puntos, cada uno para cian, magenta, amarillo y negro. Los pixeles adyacentes en una línea de trama no son impresos por la misma boquilla en el cabezal de impresión. En cambio, cada otro pixel es impreso usando la misma boquilla. En el sistema conocido los pixeles son impresos en una configuración de tablero de ajedrez, es decir, cuando el cabezal atraviesa en la dirección de exploración rápida, una boquilla es capaz de imprimir solamente en cada segunda posición de pixel. Así, cualquier boquilla que imprima sistemáticamente con error no da lugar a una línea de pixeles en la dirección de exploración lenta que tengan el mismo error. Sin embargo, el resultado es que solamente 50% de las boquillas en el cabezal pueden imprimir en cualquier tiempo. De hecho, en la práctica, cada boquilla imprime en una posición que se desvía una cierta cantidad de la posición correcta de esta boquilla. El uso de cinglado puede distribuir estos errores a través de la impresión. Se considera en general que el cinglado es un método de impresión ineficiente puesto que no todas las boquillas se usan de forma continua y se necesitan varias pasadas.
Otro método de imprimir se conoce como “entrelazado”, por ejemplo, como se describe en US 4.198.642. La finalidad de este tipo de imprimir es aumentar la resolución del dispositivo impresor. Es decir, aunque la espaciación entre boquillas en el cabezal de impresión a lo largo de la dirección de exploración lenta es una cierta distancia X, la distancia entre puntos impresos en la dirección de exploración lenta es menor que esta distancia. El movimiento relativo entre el medio de impresión y el cabezal de impresión es indexado por una distancia dada por la distancia X dividida por un entero. Se pueden ver esquemas de impresión más sofisticados, por ejemplo, en la solicitud europea EP 01000586 y US 6 679 583.
Otro problema es que se necesitan valores de aceleración altos cuando la lanzadera empieza a imprimir. La aceleración puede ser de hasta 10m/s2.
Los valores de aceleración más bajos hasta llegar a altas velocidades de impresión crearían menos problemas relativos a las vibraciones, pero originarían pérdida de tiempo debido a un tiempo de funcionamiento más largo e inevitablemente una distancia de funcionamiento más largas que daría lugar a unas dimensiones aún mayores del aparato general, originando más problemas de estabilidad.
Así, estas impresoras industriales incluyen por lo general:
-unidades de registro de gran tamaño
-uso de múltiples cabezales
-más peso
-movimientos a alta velocidad en distancias lar
gas
-aceleraciones más altas
-esquemas de registros complicados (cinglado, entrelazado, …)
-grandes depósitos de tinta con relleno en línea
de los depósitos de tinta en la lanzadera de ca
bezal de impresión.
Y también pueden incluir:
-instalación de precurado UV
-medios de enfriamiento
-cableado y tubos de transporte de tinta.
Para permitir el registro de alta calidad se necesita una colocación y un control precisos y reproducibles de la unidad de impresión en estas máquinas industriales. Para impresión de alta calidad, la exactitud de colocación de los puntos se pone a aproximadamente 5 μm, mientras que los puntos impresos tienen un tamaño de aproximadamente 3 μm. Sin embargo, dependiendo de la aplicación de la impresora, la exactitud y el tamaño de los puntos pueden variar.
Los sistemas de colocación usados en impresoras domésticas y de oficina de la técnica actual no pueden ser ampliados simplemente al uso en los aparatos de impresión industriales.
En JP20012701870 se describe un método para mover un carro de una impresora de inyección de tinta donde el sistema de accionamiento por correa tiene dos motores, un motor paso a paso y un motor CC que se usa durante la aceleración del carro.
En US5365839 se utiliza una lanzadera y una lanzadera de equilibrio movidas por motores lineales.
Surgen varios problemas:
-problemas de inercia debidos al mayor peso del
cabezal de impresión y los componentes de utili
dad (fuente UV, …).
-curvado del bastidor debido a gravitación o
fuerzas de accionamiento del sistema motor.
-torsión de husillos de gran tamaño.
-deformación debida a tensión en los componentes del sistema de accionamiento de la lanzadera.
-insuficiente rigidez del bastidor del aparato que da lugar a deformación debido a fuerzas de esfuerzo e incorrectas que dan lugar a una incorrecta colocación de los puntos e incorrecta distancia de registro del cabezal de impresión sobre el receptor.
-costo de un sistema grande de accionamiento de la lanzadera de gran exactitud, por ejemplo, los motores lineales de carrera larga son muy caros.
Las grandes fuerzas necesarias para accionar la lanzadera de impresión dan lugar a vibraciones que producen defectos de impresión cuando los puntos de referencia del sistema de colocación de cabezal de impresión y la colocación del receptor no están rígidamente fijados uno a otro. Se puede considerar que el eje x del sistema de coordenadas del mecanismo de accionamiento del cabezal de impresión y el receptor no están bloqueados uno a otro.
Por ejemplo en JP59209177 la lanzadera de cabezal de impresión, que se considera que es una fuente de ruido, está situada en un bastidor separado aislado del bastidor base, pero el receptor y los cabezales de impresión usan diferentes referencias para colocación.
Algunas impresoras industriales usan un bajo número de cabezales de impresión, manteniendo bajo el peso de la lanzadera de impresión, de modo que tiene el efecto negativo de que la producción es muy baja.
Otros tipos usan más cabezales de impresión, pero necesitan un sistema muy caro de accionamiento del papel para asegurar la exactitud.
Algunas impresoras industriales solamente son capaces de productos finales de baja calidad tal como los usados en paneles publicitarios de gran tamaño.
Es claro que los mecanismos de accionamiento de la técnica actual de las impresoras de oficina no son capaces de mover las grandes lanzaderas de impresión de las impresoras industriales a la velocidad y exactitud necesarias.
Es claro que, para obtener una alta producción, hay que desarrollar aparatos industriales de impresión por inyección de tinta de alta calidad y mejores lanzaderas de impresión que tengan alta exactitud en una zona grande y que sean capaces de alcanzar valores altos de velocidad y aceleración.
US 5.026.186 describe una impresora según el preámbulo de la reivindicación 1. RESUMEN DE LA INVENCIÓN
Dichos efectos ventajosos se logran con un sistema que tiene las características específicas expuestas en la reivindicación 1. Características específicas de realizaciones preferidas de la invención se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Otras ventajas y realizaciones de la presente invención serán evidentes por la descripción siguiente y los dibujos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una vista general que representa los constituyentes principales del aparato impresor industrial.
La figura 2 representa el concepto de motor en motor de la realización preferida.
La figura 3 ilustra las posiciones transversales de los cabezales de impresión durante los posteriores movimientos de exploración del conjunto de lanzadera usando un esquema de registro posible.
La figura 4 representa los componentes para permitir el movimiento transversal del soporte de cabezal de impresión usado en la realización preferida.
La figura 5A y B ilustran la posición de los elemen
tos del sistema de servocontrol maestro esclavo.
La figura 6A ilustra el diagrama esquemático del servocontrol del accionamiento de motor en motor.
La figura 6B muestra un diagrama esquemático del sistema de servocontrol usando un solo accionador esclavo para ambos sistemas de motor en motor a ambos lados del bastidor base.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un sistema más exacto de accionamiento de la lanzadera que reduce posibles errores de impresión a un costo razonable proporcionando una configuración donde fuerzas de reacción debidas a la aceleración de la lanzadera de cabezal de impresión son desviadas del módulo de formación de imágenes mediante la utilización de un bastidor separado para el módulo de impresión y el receptor que se mantiene libre de fuerzas y vibración.
Se obtienen más ventajas:
-reduciendo el peso de la lanzadera de cabezal de impresión que soporta los cabezales de impresión y que tiene que colocarse exactamente con relación al receptor.
-un sistema de transporte mejorado, pero relativamente barato, de alta exactitud, que usa un concepto de motor en motor
-evitando activamente las vibraciones durante la impresión por un bucle de control adaptado, que tiene un filtro digital, en el sistema de transporte de cabezal.
REALIZACIÓN PREFERIDA
Aunque la presente invención se describirá a continuación en conexión con sus realizaciones preferidas, se entenderá que no se ha previsto limitar la invención a las realizaciones. En la figura 1 se muestra una vista general no detallada que representa los principales cons
tituyentes del aparato impresor industrial:
-Bastidor base 1 -Bastidor metrológico o Metro 2 -Conjunto de lanzadera 3 -Plataforma receptora 4 -Soporte de cable 5
Bastidor base
El bastidor base 1 del aparato tiene varias funciones:
-forma la base de montaje para el mecanismo de impresión y todos los demás componentes de la impresora,
-el bastidor 1 también soporta la mecánica de alimentación de papel y lleva, por ejemplo, los motores para el movimiento de exploración del conjunto de lanzadera 3,
-el bastidor base 1 también ayuda a hacer frente a las fuerzas generadas durante la impresión,
-contiene los módulos necesarios como el suministro de potencia, suministro de tinta, bombas de vacío, electrónica, etc.
El bastidor 1 se coloca directamente en el suelo y tiene que ser muy rígido y tener mucho peso para evitar la deformación y las vibraciones debidas a las fuerzas ejercidas sobre el bastidor base 1 por los varios componentes del aparato o el entorno. El bastidor 1 está compuesto por dos vigas laterales largas 6 que están acopladas una a otra por traviesas 7. El conjunto se estabiliza más mediante la utilización de refuerzos diagonales (no representados).
El tamaño general del bastidor base 1 en la realización preferida es aproximadamente 250 cm x 600 cm.
Bastidor metro
Según la invención el bastidor metro 2 tiene la finalidad de soportar todos los componentes implicados en el proceso de formación de imágenes durante la impresión. La finalidad es aislar el bastidor metro 2 de las fuerzas que producen vibraciones y crear una base libre de fuerzas y vibraciones para el proceso de formación de imágenes.
Preferiblemente el bastidor metro 2 propiamente dicho es soportado indirectamente por el bastidor base 1 mediante aisladores de vibración 8. Horizontalmente, el bastidor metro 2 también está aislado del bastidor base 1 para evitar la transmisión de vibraciones.
También tiene alta rigidez para evitar las deformaciones del bastidor 2 durante la impresión.
El bastidor metro 2 proporciona
-carriles de guía 9 para guiar el conjunto de
lanzadera 3, uno en cada lado del bastidor 2,
-al menos un codificador 10 para permitir la co
locación exacta de la lanzadera
-el bastidor metro 2 actúa como bastidor de refe
rencia para al menos todos los componentes di
rectamente implicados en el sistema de formación
de imágenes, es decir, los cabezales de impre
sión y el receptor.
El tamaño del bastidor metro 2 está entre el tamaño de la plataforma receptora 4 y el bastidor base 1 y es de aproximadamente 200 cm x 500 cm.
Plataforma receptora
La plataforma receptora 4 sujeta el receptor (no representado) durante el proceso de impresión.
La plataforma 4 es preferiblemente muy rígida para contrarrestar las deformaciones.
Conjunto de lanzadera
El conjunto de lanzadera 3 es el conjunto total de
los componentes de la máquina que se mueven sobre la pla
taforma receptora 4 y realizan la acción de impresión. En la lanzadera se combinan varios componentes: -cabezales de impresión por ejemplo para lanzar las gotas de tinta sobre el receptor -depósitos de tinta de “cabezal” que forman un suministro local en el cabezal de lanzamiento -lámparas de curado para precurar o secar la tinta depositada entre barridos de exploración, haciendo por ello que las gotas no migren -medios de enfriamiento o calentamiento para acondicionamiento de la tinta y/o las lámparas de curado El conjunto de lanzadera 3 descansa sobre los carriles 9 que están montados sobre el bastidor metro 2. El conjunto de lanzadera 3 puede tener en cada lado uno o más carros 11, 13 que avanzan sobre los carriles de guía 9 del bastidor metro
2. Todos los componentes pueden estar situados en una sola lanzadera, pero, preferiblemente, la lanzadera se divide en dos lanzaderas independientes que se pueden colocar por separado. La lanzadera de cabezal de impresión 12 contiene los cabezales de impresión para imprimir bandas de pixeles de imagen que forman la imagen durante la exploración de la lanzadera 12 sobre el receptor. Los cabezales de impresión están montados generalmente en un soporte de cabezal de impresión 15 que es un componente de la lanzadera de cabezal de impresión 12. La lanzadera de cabezal de impresión 12 tiene al menos dos carros 11 que avanzan en los carriles de guía 9 montados sobre el bastidor metro 2. La posición y la velocidad del cabezal de impresión tienen que ser controladas exactamente para asegurar la colocación exacta de los puntos de tinta en el receptor para evitar la perturbación de la imagen. Esta lanzadera 12 se tiene que mantener preferiblemente sustancialmente sin vibraciones durante la impresión. La lanzadera 12 puede estar provista de un mecanismo 16 que permite un movimiento a un lado de los cabezales de impresión situados en el soporte de cabezal de impresión 15 para poder imprimir varias bandas contiguas y (parcialmente) solapadas de la imagen. Esto depende de los posibles esquemas de registro usados durante la impresión de la imagen. Algunos posibles esquemas de registro se han indicado anteriormente en la técnica anterior y otras consecuencias se exponen en la descripción. También se necesitan medios de enfriamiento/calentamiento para mantener los cabezales de impresión a una temperatura deseada. La lanzadera de utilidad 14 lleva todas las utilidades que acompañan a la impresión de la imagen.Éstas pueden ser, por ejemplo:
-lámparas de curado para inmovilización de las bandas de tinta depositadas antes de imprimir más bandas.
-sensores necesarios para la operación o el control de calidad de la imagen impresa.
En la realización preferida, la lanzadera de
utilidad 14 se mueve sobre cuatro carros 13 que
avanzan sobre los carriles de guía 9.
La lanzadera de utilidad 14 no tiene que estar
totalmente en un estado sin vibración.
La posición de las lámparas de curado y otros
dispositivos de utilidad no tiene que ser exac
tamente como la de los cabezales de impresión y
estos componentes pueden soportar algunas vibra
ciones sin fallos operativos.
La separación de las varias funciones del conjunto de lanzadera 3 sobre múltiples lanzaderas permite reducir el peso de la lanzadera de cabezal de impresión 12 y da la posibilidad de tener un control aún más exacto sobre la posición de los cabezales de impresión.
En el aparato impresor de gran tamaño de la realización preferida se usan aproximadamente 64 cabezales de impresión que tienen una dimensión de 70 x 35 mm. Los cabezales están incorporados en un soporte de cabezal de impresión 15 que es una parte de la lanzadera de cabezal de impresión 12 que tiene enfriamiento extra y cada cabezal de impresión tiene que estar provisto de los tubos necesarios para suministro de tinta, un depósito de cabezal acompañante y cableado para mover el cabezal de impresión y posible vacío, por ejemplo, para la operación de suministro de tinta.
A causa de los esquemas de registro usados, la lanzadera de cabezal de impresión 12 también está provista de un mecanismo 16 para permitir movimiento a un lado con el fin de permitir una cobertura completa de toda la zona de impresión.
En resumen, los pesos de todos los componentes y la lanzadera 12 propiamente dicha pueden dar un peso total de la lanzadera de cabezal de impresión 12 de, por ejemplo, aproximadamente 250 Kg.
La lanzadera de utilidad 14 en la realización preferida contiene lámparas de curado, cable y cadenas de tubo 5 para permitir la exploración del conjunto de lanzadera 3, enfriamiento etc. Cuando el registro se realiza en ambas direcciones de exploración, se duplica una unidad de curado en ambos lados de la lanzadera de cabezal de impresión 12. En la realización descrita, la lanzadera de utilidad 14 acorta la lanzadera de cabezal de impresión 12, pero, como una alternativa, se podrían proporcionar dos lanzaderas de utilidad independientes 14.
La suma total del peso de la lanzadera de utilidad 14 puede ser aproximadamente 200 Kg, pero puede variar dependiente de las utilidades requeridas.
El sistema usado tiene ventajas importantes:
Usando un sistema para colocar el conjunto de lanzadera 3 de una impresora digital sobre el receptor donde una lanzadera de cabezal de impresión 12, que tiene al menos un cabezal de impresión, y una lanzadera de utilidad 14, que tiene al menos un dispositivo de utilidad, se pueden colocar independientemente, la masa de la lanzadera de impresión 12 que hay que colocar con alta exactitud se reduce en gran medida, permitiendo un sistema de colocación cualitativamente mejor y más barato que si todo el peso de la impresión 12 y la lanzadera de utilidad 14 se tuviese que colocar con alta exactitud.
Ambas lanzaderas 12, 14 pueden tener su propio sistema de colocación para colocar el receptor sobre la lanzadera. La posición de las lanzaderas 12, 14 puede ser rastreada usando, por ejemplo, un codificador magnético
10. El principio de digitalización en un codificador magnético 10 es similar al usado en dispositivos ópticos y de contacto. Los soportes de las marcas de código digital es una tira ferromagnética 10 con una configuración de zonas magnetizadas y no magnetizadas. Un cabezal magnético 19 que responde a la magnetización está muy cerca de la tira 10 y produce pulsos “0” y “1” cuando las zonas magnetizadas o no magnetizadas pasan por el cabezal. Una técnica contemporánea permite la inscripción de la configuración magnética muy exactamente, proporcionando alta resolución para el transductor.
Preferiblemente un sistema de detección de posición está dispuesto en ambos lados del bastidor metro 2.
En la realización preferida, el sistema de colocación de la lanzadera de utilidad 14 está acoplado al módulo de impresión.
Cada lanzadera 12, 14 también puede tener su propio sistema de guía separado, tal como un conjunto separado de carriles de guía 9 e incluso se pueden facilitar bastidores separados para soportar los sistemas de guía.
Más preferiblemente, ambas lanzaderas 12, 14 están situadas en el mismo bastidor, en este caso el bastidor metro 2.
Preferiblemente las lanzaderas 12, 14 usan el mismo sistema de guía 9.
Más adelante se ofrecerá una descripción aún más detallada de la lanzadera de impresión 12 y de su funcionamiento y el sistema de colocación.
Sistema motor
Para operar la impresora las lanzaderas 12, 14 tienen que ser movidas por un sistema motor.
En muchas impresoras se utiliza un sistema de accionamiento por correa en el que una correa tensada está montada sobre dos poleas mientras que un motor mueve al menos una polea y la lanzadera está unida a la correa.
Como se ha mencionado anteriormente, debido al tamaño general grande del aparato y el alto peso de las lanzaderas, un sistema de accionamiento por correa no proporciona la exactitud necesaria.
Una alternativa de alta precisión en algunas impresoras es el uso de un motor eléctrico lineal. Sin embargo, debido al tamaño grande, esta solución sería demasiado costosa.
En una realización preferida se da la solución de usar un sistema de motor en motor capaz de moverse una distancia grande, pero logrando una colocación de alta resolución. La solución según la realización preferida se representa en la figura 2.
Generalmente la solución la puede dar un sistema para mover una lanzadera de cabezal de impresión 12 en una impresora digital con relación al receptor usando un primer sistema motor para inducir, durante la impresión, un movimiento relativo de la lanzadera de cabezal de impresión 12 en una primera dirección, y usando un segundo sistema motor, donde el segundo sistema motor induce un segundo movimiento relativo del primer sistema motor y la lanzadera de cabezal impresor 12 en una segunda dirección.
Como se puede ver en la figura 2, en la realización preferida, el primer sistema motor es un motor eléctrico lineal de carrera corta 20 que realiza el movimiento de la lanzadera de cabezal de impresión 12 a lo largo del carril de guía 9 cuando el rotor 22 del motor lineal está unido a la lanzadera de cabezal de impresión 12, mientras que un segundo sistema motor realiza un movimiento de carrera larga usando un sistema de accionamiento por correa 23, 24, 25 en el que el estator 21 del motor eléctrico lineal está montado sobre la correa 24 del sistema de accionamiento por correa. Este movimiento también es a lo largo de la dirección del carril de guía 9.
El movimiento total de la lanzadera 12 será un movimiento de traslación que es una suma de los movimientos de los sistemas motores primero 20 y segundo.
Como se puede entender, el mecanismo de accionamiento de correa realiza un movimiento inexacto del estator 21 del motor lineal 20 sobre la gran distancia a cubrir por la lanzadera de impresión 12, mientras que el motor lineal 20 proporciona la exactitud necesaria en el proceso de impresión.
La ventaja más importante es que, usando el concepto de motor en motor, es posible proporcionar una colocación muy exacta de la lanzadera de impresión 12 en una gran distancia a un precio razonable.
Aunque este concepto de motor en motor podría ser usado para colocar una sola lanzadera que soporte todos los componentes de lanzadera incluyendo los cabezales de impresión y los dispositivos de utilidad, la lanzadera está dividida preferiblemente, como se ha mencionado anteriormente, en:
-una lanzadera de cabezal de impresión 12 que se
tiene que colocar muy exactamente y que es movi
da por el rotor 22 del motor lineal 20, y
-una lanzadera de utilidad 14 que puede ser movi
da de forma inexacta y que está acoplada direc
tamente a la correa 24 del sistema de acciona-
miento por correa.
Esto combina las ventajas de las propiedades de los sistemas motores con el peso del conjunto de lanzadera 3 dividido entre las lanzaderas de utilidad y cabezal de impresión 12, 14.
El peso de la lanzadera de cabezal de impresión 12 a colocar muy exactamente se mantiene lo más bajo posible y, para ello, el motor lineal 20 necesario para realizar la colocación se puede mantener lo más pequeño posible.
En la realización preferida se utiliza un sistema de accionamiento por correa 23, 24, 25 como el segundo sistema motor y un motor eléctrico lineal 20 como el primer sistema de accionamiento.
Se entiende que se puede usar otros sistemas de ac
cionamiento como sistemas motores primero y segundo; sin
embargo, las propiedades de estos sistemas de acciona-
miento tendrán una influencia importante en las carac
terísticas del aparato: -la exactitud que se puede obtener por el concepto de motor en motor -la velocidad a la que el sistema de colocación puede operar -el costo del sistema general de accionamiento de motor. Son posibles realizaciones donde las direcciones en las que operen los sistemas motores puedan ser muy diferentes, pero preferiblemente las direcciones operativas son muy similares. Más preferiblemente las direcciones operativas de los sistemas motores son paralelas como en la realización preferida, donde la lanzadera de cabezal de impresión 12 y la lanzadera de utilidad 14 se mueven a lo largo del mismo sistema de guía 9. Como se puede ver en la figura 1, un sistema de accionamiento por correa, con el motor eléctrico lineal 20 acompañante, está situado a ambos lados del conjunto de lanzadera 3. Esto proporciona suficiente velocidad y potencia para la aceleración rápida y hace que las fuerzas de aceleración se dividan por igual sobre los dos lados de la lanzadera 12, evitando la inclinación. Se entiende que la aceleración rápida de las lanzaderas genera un lote de fuerzas en la impresora. Estas fuerzas actúan sobre el aparato impresor mediante la correa 24, los motores de accionamiento 23, las poleas 25 y otros componentes del sistema de accionamiento y pueden introducir vibraciones. Según la invención, el
efecto de las fuerzas generadas para acelerar el peso total del conjunto de lanzadera 3 sobre el mecanismo de impresión se puede minimizar diseñando el sistema de impresión con
-el conjunto de lanzadera 3 incluyendo los cabezales de impresión para imprimir una imagen en un receptor,
-el bastidor metrológico 2 para soportar y guiar dicho conjunto de lanzadera 3 a lo largo de un recorrido de impresión,
-el bastidor base 1 para soportar dicho bastidor metrológico 2;
-el sistema de accionamiento de motor para mover dicho conjunto de lanzadera 3 a lo largo de dicho recorrido de impresión donde, cuando el sistema de accionamiento de motor mueve el conjunto de lanzadera 3, las fuerzas de accionamiento y de reacción en el sistema motor 23 actúan sobre el bastidor base 1.
Como se puede ver en la figura 1, que es una realización según la invención del sistema de accionamiento por correa de la realización preferida, los motores 23 y las poleas 25 del sistema de accionamiento por correa están situados en el bastidor base 1. Esto significa que las fuerzas que actúan sobre el motor 23, moviendo la correa 24, y las fuerzas en las poleas 25 debidas a la tensión de la correa 24, no influyen en los componentes del sistema de impresión propiamente dicho.
Las fuerzas generadas por el motor lineal 20 actúan sobre la correa 24 en la que el estator 21 del motor eléctrico lineal 20 está acoplado y de esta forma también son desviadas al bastidor base 1.
Las fuerzas de aceleración son asumidas por el bastidor base 1, que tiene mucho peso y gran resistencia. Las lanzaderas 12, 14 solamente descansan sobre el bastidor metro 2 y no se ejerce fuerza sobre el bastidor metro 2 a excepción de las fuerzas debidas a la gravedad.
Este sistema según la invención evita la aparición de vibraciones en el bastidor metro 2, y dado que el bastidor metro 2 actúa como una referencia para el motor de impresión incluyendo la plataforma receptora 4 y la lanzadera de cabezal de impresión 12, se evitan las perturbaciones en la imagen registrada.
Preferiblemente, la orientación de la correa de accionamiento 24 es perfectamente paralela al carril de guía 9 que determina el recorrido de impresión de modo que la orientación de las fuerzas de acción que actúan sobre el conjunto de lanzadera 3 para moverlo, sea paralela al recorrido de impresión.
Para evitar la transmitancia de vibraciones del bastidor base 1 al bastidor metro 2, el bastidor metro 2 también esta aislado preferiblemente del bastidor base 1 por medios de aislamiento de las vibraciones.
Como se representa en la figura 1, estos pueden ser aisladores de vibración de caucho (amortiguadores) que tengan una frecuencia propia baja. Según la presente invención, la frecuencia propia es preferiblemente inferior a 8Hz.
A continuación se centra la atención al posible método de registro usado en el aparato impresor y las consecuencias mecánicas del método.
Como se ha mencionado anteriormente en los antecedentes de la invención, se puede utilizar entrelazado y cinglado para mejorar la calidad de la imagen.
Al usar entrelazado, las boquillas de los cabezales de impresión deben ser capaces de llegar a posiciones intermedias durante las posteriores carreras de registro. También con respecto al método de cinglado tiene que ser posible poner otras boquillas sobre líneas que solamente se registren parcialmente y que se tengan que completar con otras boquillas durante exploraciones posteriores de la lanzadera de cabezal de impresión 12 sobre el receptor.
Usando también otros métodos de registro donde se usen subimágenes, se necesita un desplazamiento transversal de los cabezales de impresión para alineación a posiciones diferentes en el receptor.
En la figura 3 se indican las posiciones posibles de los cabezales de impresión en varios pasos de registro 1 a 4 realizados durante cada movimiento de exploración (a y de) para registrar una cierta zona. En la realización preferida, después de cada paso de los cabezales de registro, se hace que las gotas depositadas no migren mediante la utilización de lámparas UV en la lanzadera de utilidad 14 en cada lado de la lanzadera de cabezal de impresión 12 para endurecer el recubrimiento de las gotas con el fin de evitar que la gota ruede y se mezcle con gotas contiguas, originando defectos de impresión.
En el método de registro, usando un método de cinglado simple, ilustrado en la figura 3, se necesita un total de 4 pasadas de diferentes boquillas sobre la zona cubierta para imprimir toda la imagen.
Con el fin de hacer posible el movimiento transversal de los cabezales de impresión, se facilita un mecanismo de movimiento lateral extra 16 con un motor 17 para desplazamiento transversal de la parte de la lanzadera de cabezal de impresión 12 que soporta los cabezales de impresión, que a continuación se denomina soporte de cabezal de impresión 15.
Como se representa en la figura 4, los carros 11 de la lanzadera de cabezal impresor 12 están provistos de unas guías de corredera 18 encima de los carros de lanzadera de cabezal de impresión 11.
El soporte de cabezal de impresión 15 se soporta preferiblemente en tres guías deslizantes 18 para obtener una base de soporte suficiente, pero son posibles construcciones que usan solamente dos o más de tres guías deslizantes 18, pero estas soluciones demandan un diseño y producción mucho más exigentes. Una base de tres guías deslizantes 18 proporciona una zona suficiente y evita el posible basculamiento o tensión debido al rozamiento que puede tener lugar al soportarse, por ejemplo, en cuatro guías deslizantes 18 y las cuatro guías 18 no están perfectamente alineadas.
Preferiblemente, las tres guías deslizantes 18 están provistas de dispositivos de montaje flexibles subyacentes o superyacentes (no representados).
Una realización práctica, no representada en los dibujos, es que las guías de deslizamiento están colocadas en tres bisagras de diseño especial formadas, por ejemplo, por juntas cardánicas que permiten la rotación a lo largo del eje Z para proporcionar excelente controlabilidad de la posición de los lados izquierdo y derecho mientras que se evita el movimiento o rotación en otras direcciones de forma muy rígida.
El movimiento del soporte de cabezal de impresión 15 propiamente dicho, que solamente se tiene que mover una distancia limitada, se puede hacer usando un sistema motor extra que puede ser, por ejemplo, un sistema de accionamiento de husillo, un sistema de accionamiento exacto por correa, etc. En la realización preferida, esto se realiza usando un motor eléctrico lineal extra 17 colocado entre el carro 11 de la lanzadera de cabezal de impresión 12 y el soporte de cabezal de impresión 15 que está en las guías de deslizamiento 18.
Soporte de cable
En cada impresora que utilice un cabezal de impresión de lanzadera hay que tomar medidas para controlar el disparo de los elementos de impresión, por ejemplo, las boquillas del cabezal de impresión por inyección de tinta. En pequeñas impresoras de sobremesa, hay generalmente un cable de cinta especial ligero conectado a la electrónica en la impresora y la lanzadera de cabezal de impresión 12 que, al desplazarse a través de la página, tira del cable de cinta hacia delante y hacia atrás.
Las impresoras pequeñas tienen generalmente pequeños depósitos de tinta, incorporados a la lanzadera de impresión 12, que se pueden cambiar cuando sea necesario.
Sin embargo, las impresoras industriales pueden tener múltiples cabezales de impresión (en la realización preferida hasta 64) y consumen mucha tinta de modo que los depósitos de “cabezal” previstos en la lanzadera de cabezal de impresión 12 tienen que ser rellenados durante la impresión.
Esto tiene como consecuencia que se necesitan cableado y tubos para activar los cabezales de impresión con los datos apropiados y para suministrar la tinta necesaria.
Además, algunos tubos son necesarios para un eventual sistema de enfriamiento de los cabezales de impresión y, como es necesario en la realización preferida, el enfriamiento del sistema de lámparas UV usado para fijar las gotas de tinta después del paso de la lanzadera de cabezal de impresión 12.
También hay que suministrar potencia para la operación de las lámparas de curado y también se necesita cierto cableado para mover el sistema motor usado para movimiento transversal del soporte de cabezal de impresión 15, el movimiento del motor lineal que se mueve con la correa de accionamiento, dispositivos sensores, etc. Esto implica mucho cableado y tubos que, dado que la dimensión del aparato impresor es muy grande, implica también mucho peso. Estos están generalmente agrupados y ordenados usando un soporte de cable 5 para permitir el movimiento que normalmente se compone de segmentos que forman conjuntamente una cadena flexible 5. Esto, combinado con la aceleración rápida y la alta velocidad de las lanzaderas durante la impresión, también genera resistencia al arrastre y vibraciones en el aparato impresor.
Se realiza preferiblemente una conexión del bastidor base 1 a la lanzadera de utilidad 14, que puede soportar algunas vibraciones de modo que ni el bastidor metro 2 ni la lanzadera de impresión 12 tengan que soportar las considerables fuerzas generadas por el soporte de cable 5.
Se puede disponer un soporte de cable más pequeño, de menor distancia, entre la lanzadera de utilidad 14 y la lanzadera de cabezal de impresión 12 que impone mucha vibración y resistencia al arrastre al sistema de impresión.
Para equilibrar el efecto del soporte de cable 5 sobre el sistema de impresión, se facilitan preferiblemente dos soportes de cable, uno a cada lado del bastidor base
1. Estos soportes de cable tienen efectos que hay que tener en cuenta al mover el conjunto de lanzadera 3.
Acción de impresión
A continuación se describe cómo se realiza un ciclo de impresión.
En primer lugar, se prepara el aparato para operar:
-se preparan todos los datos y se pueden disponer
fácilmente en el orden correcto del procesador
de datos a la lanzadera de cabezal impresor 12
y, si es necesario, se corrigen las desviaciones
específicas del aparato impresor.
-se prepara el suministro de tinta, lo que signi
fica que todos los niveles se ponen a los valo
res de vacío y presión óptimos y necesarios co
rrectos. -la temperatura de los cabezales de impresión está dentro del rango operativo. -si es necesario, se limpian las placas de boquilla de los cabezales de impresión
-el conjunto de lanzadera 3 se pone en la posición inicial y el soporte de cabezal de impresión está en la posición transversal correcta para la primera carrera de impresión.
-la hoja de receptor está dispuesta en la plataforma receptora 4.
Impresión
Cuando se inicia la impresión real, la lanzadera de impresión 12 es acelerada por los motores lineales 20 a ambos lados de la lanzadera de impresión 12.
Cuando el estator 21 de los motores lineales 20 está acoplado a la correa 24 del sistema de accionamiento por correa, las fuerzas de reacción son transferidas desde el estator 21 a la correa 24 y a través de la correa 24 al motor 23 y las poleas de correa 25 en el bastidor base 1, dejando así el bastidor metro 2 relativamente sin la influencia de la aceleración.
La posición de la lanzadera de cabezal de impresión 12 se mide usando los sistemas codificadores magnéticos 10, 19 a ambos lados del bastidor metro 2. Dependiendo de la lectura del sistema codificador magnético 10, 19, se regula el movimiento del motor lineal 20.
Esta medición del codificador y el control del accionamiento del motor lineal forman un primer bucle de servocontol de todo el sistema motor.
La distancia de recorrido del motor lineal 20 se puede limitar, por ejemplo, a -4 mm y +4 mm. Para evitar que el motor lineal llegue al final de carrera, hay que
corregir la posición del estator 21.
Esto se hace usando el mecanismo de accionamiento de correa 23, 24, 25.
En la realización preferida, la distancia entre el carro de lanzadera de cabezal de impresión 11 y el carro de lanzadera de utilidad 13 es medida por un sensor de distancia 28.
Tan pronto como la medición pasa un cierto valor, los motores 23 del accionamiento de correa se ponen en acción y la lanzadera de utilidad 14 se pone de modo que siga la lanzadera de cabezal de impresión 12.
Mientras se hace esto, se altera la posición del estator 21 del motor lineal 20 y el motor lineal 20 puede no llegar al final de la posición de carrera.
Aunque en la realización preferida se mide la distancia entre las lanzaderas 12, 14, la posición relativa del rotor 22 y estator 21 del motor lineal 20 puede ser detectada para accionar el motor de accionamiento de correa 23 o se puede hacer una medición exacta del estator 21 o la lanzadera de utilidad 14 usando, por ejemplo, el codificador magnético 10. Los valores medidos se usan para controlar el motor 23 del sistema de accionamiento por correa. Esto forma un segundo bucle de control en el sistema de accionamiento presente.
Las fuerzas generadas por la aceleración de la lanzadera de utilidad 14 también son transferidas igualmente al bastidor base 1 mediante la correa 24 y las poleas de accionamiento 25 del sistema de accionamiento por correa.
Cuando se acelere el conjunto de lanzadera 3, alcanzará la velocidad de impresión deseada. La velocidad de la lanzadera de impresión 12 se mantiene constante por rápidos ajustes de la posición del motor lineal 20 que contrarrestan las variaciones de la posición producidas por vibraciones en la correa de accionamiento 24 que también actúan sobre el estator 21 del motor lineal 20. Los ajustes se pueden hacer en dirección hacia delante o hacia atrás. Todo el movimiento se controla usando los bucles de servocontrol 26, 27.
Cuando la lanzadera 12 esté a velocidad de impresión, también llegará a la posición de impresión deseada sobre la plataforma receptora 4. Esto se detecta usando el codificador magnético 10 a ambos lados del bastidor metro 2.
Según la posición de la lanzadera de cabezal de impresión móvil 12, se transfieren datos a los cabezales de impresión y se imprime una primera hilera de la imagen durante una primera exploración.
En la realización preferida se utiliza tinta que puede ser endurecida usando luz UV. Para hacer que los puntos registrados no migren, se endurece el recubrimiento exterior de las gotas de tintas lanzadas con lámparas UV montadas en la lanzadera de utilidad 14 y que siguen a la lanzadera de cabezal de impresión 12.
Al final de la primera exploración, el conjunto de lanzadera 3 se ralentiza después de depositar los últimos puntos de tinta. Cuando el formato de la imagen a imprimir es más pequeño que toda la plataforma receptora 4 o se usa un receptor de tamaño más pequeño, entonces no es necesario que el conjunto de lanzadera 3 use la longitud total del aparato impresor. Al final de la exploración, el soporte de cabezal de impresión 15 se coloca normalmente en otra posición transversal dependiente del esquema de registro elegido haciendo uso de cinglado y/o entrelazado.
El conjunto de lanzadera 3 se acelera ahora igualmente en la dirección inversa, y a la velocidad y tiempo correctos se imprime una segunda hilera de la imagen por los cabezales de impresión con una lámpara UV siguiente para hacer que los puntos impresos no migren.
Como se puede ver, las lámparas UV se disponen preferiblemente a ambos lados de los cabezales de impresión para poder imprimir durante la exploración y la retroexploración.
Como ya se ha mencionado anteriormente, la lanzadera de utilidad 14 puentea preferiblemente la lanzadera de cabezal de impresión.
Si solamente se necesita impresión unidireccional, se puede usar una disposición asimétrica, pero este método de registro implica automáticamente pérdida de tiempo puesto que la exploración inversa pasa mucho tiempo sin imprimir. Esto influye gravemente en la producción.
Después de la segunda exploración, el soporte de cabezal de impresión 15 es movido de nuevo a una posición transversal nueva y se lleva a cabo una tercera exploración (la segunda en la dirección hacia delante).
En un esquema de registro posible, se llevan a cabo un total de ocho exploraciones, registrando por ello ocho imágenes parciales que forman la imagen total y que se hacen no migratorias de forma intermedia por la lámpara de curado para contrarrestar los artefactos de imagen.
El bastidor metro 2 y la lanzadera de impresión 14 permanecen relativamente sin vibración durante la impresión.
Sin embargo, la aceleración y el movimiento de un conjunto de lanzadera 3, que pueden pesar aproximadamente 450 Kg, a aproximadamente 1 m/s no es posible sin vibraciones.
Se pueden reconocer varias causas de las vibraciones.
-debido a la aceleración relativa rápida del con
junto de lanzadera 3, la lanzadera 12 propiamen
te dicha se curvará ligeramente y la lanzadera
12 se pondrá a una ligera oscilación puesto que
las fuerzas de aceleración solamente actúan so
bre los extremos soportados. Para evitar la influencia de estas vibraciones, la lanzadera 12 deberá tener alta rigidez y su construcción también deberá incluir efectos amortiguadores, posiblemente con un amortiguador dedicado, para asegurarse de que estas vibraciones sean amortiguadas rápidamente antes de que la lanzadera de cabezal de impresión 12 llegue a la impresión posición. La frecuencia propia de la lanzadera 12 deberá ser al menos superior a 60Hz y preferiblemente superior a 80Hz.
-debido a la distribución desigual y variable del peso de la lanzadera 12 entre izquierda y derecha puesto que el soporte de cabezal de impresión 15 puede ser desplazado al lado izquierdo o derecho, es posible que tenga lugar un desequilibrio en las fuerzas en ambos lados del bastidor metro 2. Esto dará lugar a una tensión diferente de la correa 24, fuerzas más altas a generar por el motor lineal 20, etc.
Esto puede generar una deformación por inclinación
del sistema de impresión e influirá en las propiedades
del sistema. -se ha demostrado que el soporte de cable 5 introduce algunas vibraciones con una frecuencia de aproximadamente 60Hz mientras la impresión se realiza a una velocidad de 1m/s. -dado que es posible que el centro de peso esté situado más bajo o más alto que el punto de aplicación de las fuerzas de aceleración que actúan sobre las lanzaderas, se puede generar par que actúe sobre las lanzaderas 12, 14, produciendo vibración -durante la impresión, la longitud de la correa 24 entre las lanzaderas 12, 14 y el motor de accionamiento de correa 23 cambia de forma conti
nua, donde también las propiedades de vibración cambian de forma continua dando lugar posiblemente a vibraciones. Aunque el bastidor metro 2 es muy rígido, se puede producir cierta curvatura ligera debido al gran peso del conjunto de lanzadera 3. El valor de esta curvatura depende naturalmente de la posición de las lanzaderas.
Todos estos factores influyen en el funcionamiento de los servos 26, 27 de los motores de accionamiento. Generalmente la función, o tarea, de un servo se puede describir de la siguiente manera.
Se envía una señal de orden al “controlador de posición” del servo. El controlador de posición es el dispositivo que guarda información acerca de los varios trabajos o tareas. Ha sido programado para activar el motor/carga, es decir, cambiar de velocidad/posición.
La señal pasa entonces a la sección de servocontrol
o “amplificador”. El servocontrol toma esta señal de nivel de potencia bajo e incrementa, o amplifica, la potencia hasta niveles apropiados dando lugar realmente al movimiento del servo motor/carga.
Estas señales de nivel de potencia bajo deben ser amplificadas: se necesitan niveles de voltaje más altos para girar el servo motor a velocidades más altas apropiadas y se requieren niveles de corriente más altos para proporcionar par para mover cargas más pesadas.
Dicha potencia es suministrada al servocontrol (amplificador) desde la “fuente de alimentación”. También suministra el voltaje de nivel bajo requerido para operación de los circuitos integrados.
Cuando se aplica potencia al servo motor, la carga comienza a moverse, la velocidad y la posición cambian. Cuando la carga se mueve, un tacómetro, un resolucionador
o un codificador detecta el movimiento y proporciona una señal que es “enviada de nuevo” al controlador. Esta señal de “realimentación” informa al controlador de posición si el motor está haciendo el trabajo apropiado.
El controlador de posición observa esta señal de re-alimentación y determina si la carga está siendo movida adecuadamente por el servo motor; y, en caso negativo, entonces el controlador hace las correcciones apropiadas. Por ejemplo, suponiendo que la señal de orden era mover la carga a 1000 rpm. Por alguna razón está girando realmente a 900 rpm. La señal de realimentación informará al controlador de que la velocidad es 900 rpm.
El controlador compara entonces la señal de orden (velocidad deseada) de 1000 rpm y la señal de realimentación (velocidad real) de 900 rpm y observa un error. El controlador envía entonces una señal de aplicar más voltaje al servo motor para aumentar la velocidad hasta que la señal de realimentación sea igual a la señal de orden, es decir, no haya error.
Por lo tanto, un servo implica varios dispositivos. Es un sistema de dispositivos para controlar algún elemento (carga). El elemento (carga) que es controlado (regulado) puede ser controlado de cualquier manera, es decir, posición, dirección, velocidad. La velocidad o posición es controlada en relación a una referencia (señal de orden), a condición de que se use el dispositivo de re-alimentación apropiado (dispositivo de detección de error). Se comparan las señales de realimentación y orden, y se hacen las correcciones. Así, la definición de un servo sistema es que consta de varios dispositivos que controlan o regulan la velocidad/posición de una carga.
Sin embargo, los servos deben ser compensados para asegurar la operación apropiada. Posiblemente podrían operar al menos en dos modos distintos:
El primer modo de operación, el estado transitorio (también se puede denominar estado de respuesta dinámica), tiene lugar cuando el orden de entrada cambia. Esto hace que el motor/carga acelere/decelere, es decir, cambie de velocidad. Durante este período de tiempo, hay asociado un
1) tiempo requerido para que el motor/carga llegue
a una velocidad/posición final (tiempo de subi
da),
2) tiempo requerido para que el motor/carga se es
tabilice y
3) una cierta cantidad de sobredisparo que resulta
aceptable.
El segundo modo de operación, estado constante, tiene lugar cuando el motor/carga ha alcanzado la velocidad final, es decir, la operación continua. Durante este tiempo, hay una exactitud asociada siguiente (la exactitud con la que funciona la máquina). Esto se denomina típicamente error de estado de régimen. La máquina podría ser capaz de operar en estos dos modos distintos con el fin de manejar las varias operaciones requeridas para el rendimiento de la máquina. Y para que la máquina funcione sin excesivo sobredisparo, se estabilice dentro de períodos de tiempo adecuados y tenga un error mínimo de estado de régimen, el servo puede ser ajustado o compensado.
La compensación implica el ajuste o la sintonización de la ganancia y anchura de banda del servo. Ante todo, se considera la definición de estos términos por orden y a continuación cómo afectan a rendimiento. La ganancia es una relación de salida en función de la entrada. Por lo tanto, es una medida de la amplificación de la señal de entrada. En un servo controlador, la ganancia afecta a la exactitud (es decir, la proximidad de la velocidad o posición deseadas a la velocidad o posición reales del motor). Una ganancia alta permitirá un pequeño movimiento exacto y la máquina será capaz de producir partes precisas.
La anchura de banda se expresa o mede en frecuencia.
En un servo, la anchura de banda es una medida de lo rápidamente que el controlador/motor/máquina puede responder. Cuanto más ancha sea la anchura de banda, más rápidamente podrá responder la máquina. Una respuesta rápida permitirá a la máquina reaccionar rápidamente. Sin embargo, la anchura de banda tiene que ser limitada debido a
1) limitaciones de los componentes que pueden mane
jar solamente tanta potencia. Además, el incre
mento de la ganancia aumenta los componentes, el
costo y la complejidad.
2) las condiciones resonantes determinan que algu
nas frecuencias deban ser evitadas. Las máquinas
no deben operar en el punto resonante; de lo
contrario se producirá inestabilidad y daño se
vero.
En un aparato de impresión como en la realización preferida esto dará lugar rápidamente a perturbaciones visibles en la imagen.
En conclusión, los servos son compensados o “sintonizados” normalmente mediante ajustes de ganancia y respuesta de modo que la máquina opere satisfactoriamente.
Esto se puede hacer poniendo un simple filtro de paso bajo, pero también hay filtros más complicados. Un ejemplo es, por ejemplo, un filtro bicuadrático en el que se puedan poner más parámetros.
Sin embargo debido a la complejidad del aparato cuyas propiedades cambian de forma continua durante la operación y el deseo de obtener una producción alta, es imposible poner la ganancia y anchura de banda a un valor deseado sin perder de forma significativa propiedades dinámicas de los servocontroles, dando lugar a un menor rendimiento y producción.
Se puede obtener un control mucho mejor usando un servocontrol que tenga una cierta inteligencia de compensación y filtración digital adaptativa en el bucle de re-alimentación donde la inteligencia y la filtración digital adaptarán los parámetros de servocontrol a las propiedades reales del sistema.
Un mejor control sobre la colocación del soporte de cabezal de impresión 15 viene dado por un sistema, que tiene al menos una lanzadera 12, y que incluye al menos un sistema de servocontrol 26, donde el sistema de servocontrol 26 tiene inteligencia de compensación que adapta específicamente los cambios en las propiedades de resonancia del sistema de colocación.
El sistema de colocación incluye el sistema motor, carriles 9, bastidor y sistemas de medición.
La adaptación evita la aparición de oscilaciones resonantes que darían lugar a artefactos de imagen o incluso al no funcionamiento del aparato impresor.
El sistema con la inteligencia de compensación tiene preferiblemente un sistema de servocontrol 26 incluyendo al menos un elemento de programación de ganancia. La ganancia del bucle servo 26 tiene que ser controlada y puede ser gestionada usando un programa específico.
Dado que el método de mover el sistema de motor lineal para imprimir automáticamente incluye mover el dispositivo de accionamiento de correa 23, 24, 25, es preferible que el sistema de control incluya una dirección de alimentación hacia delante. Esto significa que el segundo sistema motor 23, 24, 25 ya ha arrancado cuando el primer sistema motor 20 se pone en movimiento para anticiparse al arranque inevitable cuando la distancia de la lanzadera caiga fuera del valor deseado. Esto significa que el sistema de control esclavo 27 también recibe la posición/velocidad deseadas del sistema de control maestro 26, de modo que pueda accionar el dispositivo de acciona-miento esclavo ya antes de que tenga lugar una posición/velocidad del sistema de control maestro 26, es decir, el sistema de control esclavo puede anticipar los errores de colocación/velocidad en el sistema de control maestro. El control de alimentación directa evita grandes errores de colocación/velocidad en el bucle de control maestro 26 y ensancha la anchura de banda del sistema de control de movimiento general.
El sistema de control usa una inteligencia de compensación que tiene en cuenta la posición de la lanzadera de cabezal de impresión 12. Esto significa que, dependiendo de la posición de la lanzadera de cabezal de impresión 12 a lo largo de los carriles 9 y dependiendo de la posición del soporte de cabezal de impresión 15 (entre posiciones transversales izquierda y derecha extremas), se adopta filtración.
Preferiblemente también la aceleración de la lanzadera de cabezal impresor 12 es tomada en cuenta por la inteligencia de compensación para obtener una dirección de alimentación óptima hacia delante. Esta aceleración puede ser estimada usando las señales de control de accionamiento, pero también se puede medir usando el sistema de detección de posición 10, 19 en el bastidor metro
2.
La lanzadera en el sistema de control es normalmente la lanzadera de cabezal de impresión que soporta los cabezales de impresión.
En una realización preferida que usa los sistemas de dos motores, el servo sistema 26 incluye una arquitectura jerárquica para controlar dos sistemas motores donde un segundo servo 27 está subordinado jerárquicamente al primer servo 26.
En la realización preferida, el sistema incluye un segundo servo sistema 27 donde el primer servo sistema 26 incluye un motor lineal 20 y el segundo servo sistema 27 incluye un sistema de accionamiento por correa.
En la realización preferida el estator 21 del motor del primer servo sistema 26 está situado en la correa 24 del mecanismo de accionamiento de correa del segundo servo sistema 27. En la realización descrita, ésta es la misma base que en la que se montan los carros 13de la lanzadera de utilidad.
Para tener las propiedades deseadas, el primer servo sistema 26 es un sistema de colocación de alta exactitud y el segundo servo sistema 27 es un sistema de colocación que tiene menos exactitud.
Dependiendo de la construcción del aparato impresor, es preferible que la inteligencia de compensación tenga en cuenta la influencia del soporte de cable 5.
La configuración maestro-esclavo de los bucles de servocontrol 26, 27 como se ha explicado anteriormente es solamente una realización posible de dos servosistemas de accionamiento 26, 27 que usan una arquitectura jerárquica para controlar dos servosistemas de accionamiento donde un segundo servosistema de accionamiento está subordinado jerárquicamente a un primer servosistema de accionamiento. En la realización, el sistema incluye un primer servo sistema incluyendo un motor lineal 20 y un segundo servo sistema 27 incluyendo un sistema de accionamiento por correa. En una realización preferida, la parte estacionaria del motor lineal del primer servo sistema está montada en la correa del mecanismo de accionamiento de correa del segundo servo sistema.
Las figuras 5A y 5B muestran los componentes que influyen en el funcionamiento de los servosistemas que pueden ser usados en la realización descrita según la invención:
-el suelo en el que se coloca el aparato
-el bastidor base 1
-el bastidor metro 2 que descansa en el bastidor
base 1 separado por aisladores de vibración
-el motor de accionamiento de correa 23 en el
bastidor base 1 -la correa 24 para mover la lanzadera de utilidad 14 -la lanzadera de utilidad 14 y el estator 21 del motor lineal 20. -la lanzadera de cabezal de impresión 12 con rotor acoplado del motor lineal 20. -el sensor de posición 10, 19 que detecta la posición de la lanzadera de cabezal de impresión
12.
-el sensor de distancia 28 que indica la posición relativa de la lanzadera de cabezal de impresión 12(+ rotor lineal) y la lanzadera de utilidad 14(+ estator lineal).
La figura 6A muestra el modelo dinámico equivalente del mismo sistema.
El modelo representa solamente un lado del mecanismo de accionamiento de impresión y por lo tanto podría estar duplicado. Cada componente se ilustra como una masa mientras que la interacción entre las masas se representa como un componente que actúa como un muelle y un componente paralelo que actúa como un amortiguador entre las masas.
El bastidor base 1 se coloca en el suelo usando pequeñas patas e incluso estas patas tienen parámetros que determinan la interacción entre el suelo y bastidor base
1.
Como resultado de la presente invención, los aisladores de vibración entre el bastidor base 1 y el bastidor metro 2 dan los parámetros de interacción entre ellos dejando el bastidor metro relativamente libre de fuerzas y vibración.
Por otra parte, como resultado de la invención, las fuerzas del motor esclavo 23 actúan entre el bastidor base 1 y la masa del motor de accionamiento de correa 23 que se pone en movimiento por la rotación.
La correa 24 propiamente dicha determina la interacción entre la masa móvil del motor 23 y la masa de la lanzadera de utilidad 14 con el estator 21 del motor lineal 20.
Las fuerzas del motor lineal 20 actúan entre la masa de la lanzadera de utilidad 14 y la masa de la lanzadera de cabezal de impresión 12.
El dispositivo de medición 28 mide la posición de la masa de lanzadera de cabezal de impresión 12 con relación a la masa de la lanzadera de cabezal de impresión 12 (sensor de distancia) y la posición de la masa de la lanzadera de cabezal de impresión 12 a la masa del bastidor metro 2 (sistema codificador magnético 10, 19).
Debido a la variación de la distribución del peso, la longitud de la correa 24 entre el motor 23 y la lanzadera 14, todos los parámetros pueden variar.
Debido al movimiento transversal del soporte de cabezal de impresión 15, la masa de la lanzadera de cabezal de impresión 12 que actúa en un lado también puede variar.
La influencia del soporte de cable 5 no está incluida en este modelo, pero se podría incluir, si fuese necesario.
Como se ha indicado anteriormente, el modelo solamente da los componentes de un lado del aparato impresor y se facilita un dispositivo de filtración digital adaptativa para cada lado del aparato.
El segundo modelo podría añadirse en el otro lado donde la masa del bastidor podría ser común.
En la figura 6B se representa un sistema de servocontrol integrado que se podría facilitar donde todas las mediciones sirvan como entrada y el filtro adaptivo digital realice filtración en base a las mediciones en ambos lados del aparato impresor. Se facilita un solo motor de accionamiento de correa 23 y las poleas 25 a ambos lados del bastidor metro 2 están acopladas por un eje cardánico.
Debido a sus características, el sistema tiene puntos resonantes y antirresonantes que, sin embargo, cambian de frecuencia y magnitud debido a las características cambiantes. Como técnica de filtración se puede usar un filtro de ranura móvil, pero se necesitan técnicas de filtración digital más complicadas.
La finalidad del dispositivo de filtración digital es regular la ganancia en un rango deseado de frecuencia y filtrar algunas frecuencias de la señal de medición y el bucle de realimentación. La filtración también puede estar adaptada a la reacción o comportamiento dinámico esperado de los bastidores 1, 2 durante la operación. Incluso se puede desarrollar un sistema en el que el sistema de filtración digital tenga una “función de autosintonización” donde la filtración se regula para obtener parámetros de filtración ideales para la configuración específica e incluso para pequeñas variaciones de diseño del aparato impresor que influyan en el comportamiento dinámico.
Preferiblemente, se ha de evitar la aparición de fenómenos de resonancia perturbadores adaptando parámetros de diseño mecánicos favorables, evitando así posiblemente la necesidad de técnicas de filtración complicadas.
La alimentación hacia delante en el sistema compensa la elasticidad de la correa. Al arrancar el mecanismo de accionamiento de correa 23, la correa 24, debido a las fuerzas ejercidas, se alarga aproximadamente 1,5 mm y la lanzadera de utilidad 14 con el estator lineal 21 empezará a moverse un poco después de arrancar el motor 23 del mecanismo de accionamiento de correa. Para permitir la operación suave, el mecanismo de accionamiento de correa 23, 24, 25 deberá arrancar con anterioridad de modo que el motor lineal 20 se mueva en el tiempo correcto a la velocidad correcta.
Se puede entender que la alimentación hacia delante es diferente con respecto a los movimientos de exploración y retroexploración puesto que la longitud de la correa entre la lanzadera 14 y motor 23 también difiere. Al igual que la alimentación hacia delante, al parar la lanzadera 14, hay que tener en cuenta la distensión de la correa 24 y el acortamiento acompañante del segmento de correa. La rotación del mecanismo de accionamiento de correa se puede parar un poco antes.
Como se ha mencionado anteriormente, la lanzadera de cabezal de impresión 12 es acelerada por el motor lineal 20 después de arrancar el mecanismo de accionamiento de correa. Esto significa que el motor lineal 20 tiene que ser capaz de acelerar el peso total de la lanzadera de cabezal de impresión 12 bastante rápidamente y que el mecanismo de accionamiento de correa solamente acelera la lanzadera de utilidad 14.
Esto significa que el motor lineal de alta precisión 20 tiene que ser muy grande y por lo tanto más costoso y pesado. Se podría hacer una configuración alternativa si se utiliza una configuración en la que la lanzadera de utilidad 14 empuje la lanzadera de cabezal de impresión 12 a la velocidad operativa.
Al comienzo de la exploración, el mecanismo de accionamiento de correa 23, 24, 25 arranca primero y la lanzadera de utilidad trasera 14 puede hacer contacto con la lanzadera de cabezal de impresión 12 de manera controlada. Entonces la masa combinada de ambas lanzaderas 12, 14 puede ser acelerada por el motor de accionamiento de correa 23. Una vez a la velocidad operativa, el motor lineal 20 solamente tiene que proporcionar una pequeña aceleración para separar la lanzadera de cabezal de impresión 12 de la lanzadera de utilidad 14 para llegar a la operación de impresión normal, como se ha descrito anteriormente.
Durante la deceleración, después de imprimir, la lanzadera de cabezal de impresión 12 se podría anclar al lado delantero de la lanzadera de utilidad 14 y el motor de accionamiento de correa 23 podría proporcionar la deceleración de ambas lanzaderas 12, 14 sin la participación del motor lineal hasta que el conjunto de lanzadera 3 se pare. Entonces, el conjunto de lanzadera 3 es acelerado de nuevo en la dirección inversa por el mecanismo de accionamiento de correa 23, 24, 25, empujando también por ello la lanzadera de cabezal de impresión 12 a la velocidad operativa. El motor lineal 20 libera entonces de nuevo la lanzadera de impresión 12 de la lanzadera de utilidad 14 y puede comenzar la impresión. Esto permitiría un motor lineal 20 menos potente y por ello más ligero y más barato, además de reducir el peso del conjunto de lanzadera 3.
Tal operación incluye preferiblemente el uso de servocontroles que tengan distintos modos de operación con parámetros puestos según las circunstancias de aceleración/estado constante/deceleración.
Habiendo descrito en detalle realizaciones preferidas de la presente invención, ahora será evidente a los expertos en la técnica que se puede hacer numerosas modificaciones en ella sin apartarse del alcance de la invención definido en las reivindicaciones anexas.
NÚMEROS DE REFERENCIA
1 Bastidor base
2 Bastidor metrológico o Metro
3 Conjunto de lanzadera
4 Plataforma receptora
5 Soporte de cable
6 Vigas laterales del bastidor base
7 Traviesas del bastidor base 8 Aisladores de vibración 9 Carriles de guía o mecanismo de guía 10 Codificador magnético 11 Carro de lanzadera de cabezal de impresión
5 12 Lanzadera de cabezal de impresión 13 Carro de lanzadera de utilidad 14 Lanzadera de utilidad 15 Soporte de cabezal de impresión 16 a Mecanismo de movimiento lateral
10 17 Motor para a mecanismo de movimiento lateral 18 Guías deslizantes 19 Sensor de cabezal magnético 20 Motor lineal (primer sistema motor) 21 Estator de motor lineal
15 22 Rotor de motor lineal 23 Motor de accionamiento de correa 24 Correa 25 Poleas 26 Primer bucle servo
20 27 Segundo bucle servo 28 Sistema sensor de distancia

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de impresión digital incluyendo: -un bastidor base (1); -un conjunto de lanzadera (3) que tiene al menos
    una lanzadera de cabezal de impresión (12) incluyendo un cabezal de impresión para imprimir una imagen en un receptor;
    -un sistema de accionamiento de motor para mover dicho conjunto de lanzadera (3) donde las fuerzas de accionamiento y de reacción durante el movimiento del conjunto de lanzadera (3) actúan sobre el bastidor base (1); caracterizado porque el sistema de impresión digital incluye además:
    -un bastidor metrológico (2) que es soportado indirectamente por el bastidor base (1); y
    -una plataforma receptora (4) para sujetar dicho receptor; donde
    -el bastidor metrológico (2) soporta la plataforma receptora (4); y
    - el bastidor metrológico (2) incluye medios para determinar la posición de la lanzadera de cabezal de impresión (12) con respecto a dicho bastidor metrológico (2).
  2. 2. El sistema de impresión según la reivindicación 1, donde el bastidor metrológico (2) incluye al menos un codificador (10) para determinar la posición de la lanzadera de cabezal de impresión con respecto a dicho bastidor metrológico (2).
  3. 3. El sistema de impresión según la reivindicación 1
    o 2, donde el sistema de accionamiento incluye una correa
    (24) que tiene las poleas (25) y los motores (23) situados en el bastidor base (1).
  4. 4. El sistema de impresión según la reivindicación 1
    o 2, donde las fuerzas de acción del sistema de acciona-miento de motor actúan sobre el conjunto de lanzadera (3) en una orientación paralela al recorrido de impresión.
  5. 5. El sistema de impresión según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el bastidor metrológico (2) está acoplado indirectamente al bastidor base
    5 (1) mediante medios de aislamiento de vibración (8).
  6. 6. El sistema de impresión según la reivindicación 5, donde los medios de aislamiento de vibraciones (8) introducen una frecuencia propia inferior a 8Hz del bastidor de metrología (2) al bastidor base (1).
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