JP2021024127A - 記録装置および記録方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 用紙移動量センサの補正は工場でのキャリブレーション後においては困難であり、経年変化やその他の要因により生じたズレを補正することができない。誤差がのった移動量をもとに搬送を行うことで白スジ、ムラといった印字不良が発生する。【解決手段】 記録媒体を搬送せずに異なる複数のドット形成要素各々によって記録媒体に複数のドットを形成し、複数のドットが形成された記録媒体を搬送手段によって搬送しながら取得手段を用いて形成した複数のドット各々に対応する画像のデータを含む複数の画像データを取得し、取得した複数の画像データに基づいて複数のドット間の距離を検出し、距離の検出結果に基づいて搬送手段を制御することを特徴とする。【選択図】 図6

Description

本発明は記録装置および記録方法に関するものである。
画像記録装置内に用紙等の媒体を搬送させながら記録手段によって画像を形成する画像記録装置においては、エンコーダなどを用いた間接的な検出方法を用いて記録媒体の移動量を類推する制御をおこなっている。しかし、間接的な検出方法では、記録媒体の特性や搬送機構の構造の影響で、記録媒体の実際の移動量とは一致しない。特許文献1では、記録媒体の移動量の検出精度を向上させるために、記録媒体の紙面状態を定期的に撮像することにより変位量を算出する技術が提案されている。
特開2009−160944 号公報
しかしながら、上記特許文献1の技術のような撮像デバイスを用いた移動量の検出手法においてはセンサ個体毎の光学系倍率バラツキや変化、取り付けバラツキなどにより検出値が異なる。例えば、基準位置から傾いて取り付けられた場合には、その傾きの角度に応じた誤差が検出した移動量に反映される。これらの誤差要因を取り除く方法として、製造段階である基準を測定し、検出した値を補正する情報を持たせる方法がある。しかし、装置の使用環境を要因とする移動量検出の誤差には十分に対処できず、検出精度に懸念がある。本発明は上記を鑑みなされたものであり、記録媒体の移動量を精度良く検出することを目的とする。
そのために本発明は、記録媒体を所定方向に搬送する搬送手段と、前記所定方向に配列された複数のドット形成要素を備え、記録媒体にドットを記録するための記録ヘッドと、前記搬送手段によって搬送されている移動中の記録媒体の表面を、撮像手段によって所定のタイミングで複数回撮像することによって複数の画像のデータを取得する取得手段と、前記取得手段が取得した複数の画像のデータに基づいて前記複数回の撮像の間に記録媒体が移動した移動量を検知する検知手段と、前記検知手段で検知された移動量に基づいて前記搬送手段を制御する制御手段と、を有する記録装置であって、記録媒体を搬送せずに前記異なる複数のドット形成要素各々によって前記記録媒体に複数のドットを形成し、前記複数のドットが形成された記録媒体を前記搬送手段によって搬送しながら前記取得手段を用いて形成した前記複数のドット各々に対応する画像のデータを含む複数の画像データを取得し、前記検知手段を用いて、取得した前記複数の画像データに基づいて前記複数のドット間の距離を検知し、前記制御手段は、前記記録媒体に画像を記録する際に前記距離の検知結果に基づいて前記搬送手段を制御することを特徴とする記録装置である。
本発明によれば、記録ヘッドの長さと関連づけて移動量を補正することにより、記録媒体の移動量を高い精度で検出できる。
実施形態の記録装置の一例の斜視図である。 実施形態の記録装置の一例の制御系のブロック図である。 実施形態に係る撮像ユニットの一例の模式図である。 実施形態に係るテンプレートマッチング処理方法の一例を示す模式図である。 実施形態に係るインク滴の中心位置の算出方法の例の説明図である。 実施形態に係る移動量の検知の処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係るインク滴間距離を算出する方法の一例の模式図である。 実施形態に係るインク滴を吐出した時の様子を示す模式図である。
図1は本実施形態のインクジェット記録ヘッド(以下、ヘッド)を用いて記録を行なうインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
図1に示すようにインクジェット記録装置(以下、記録装置)11はインクジェット記録ヘッド)13(以下、ヘッド13)をキャリッジ12に搭載し、キャリッジ12をX方向に往復移動させて記録を行う。X方向は記録媒体の搬送方向であるY方向と交差する方向である。ヘッド13はX方向に移動しながら外部入力装置200(後述)からの印字データに従ってインクを吐出して記録を行なう
記録紙などの記録媒体Pは給紙機構14を介して給紙を行い、所定方向(ここではY方向)に搬送される。記録位置まで搬送して記録位置においてヘッド13から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。
記録装置11のキャリッジ12にはヘッド13を搭載するのみならず、ヘッド13に供給するインクを貯留するインクタンク15を装着する。インクタンク15はキャリッジ12に対して着脱自在になっている。
図1に示した記録装置11はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ12にはマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロ(Y)、ブラック(K)のインクを夫々、収容した4つのインクカートリッジを搭載している。これら4つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。
この実施形態のヘッド13は1インチの幅を一度に印刷可能な記録ヘッドで、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用しており、複数の電気熱変換体(不図示)を備えている。
この複数の電気熱変換体はドット形成要素であり、1インチの長さに配列された各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。
なお、記録装置11は各走査の間に記録媒体を配列された吐出口の列の長さ(ここでは1インチ)より短い距離だけ搬送し、単位領域に対して記録ヘッドを複数回移動させて記録を行う、所謂マルチパス記録を実行可能である。
本実施形態による撮像ユニットSは、ヘッドと比べて下流側に設置され記録媒体Pを印字面と同じ面を撮像可能なように設置されている。
1パス印刷動作時には、キャリッジ12を走査することにより1インチの幅の印字を行い、次に搬送モータを駆動することにより記録媒体Pを1インチ分の搬送を行う。この搬送において誤差が生じると境界部分に濃淡の帯状ムラが生じる。
図2は実施形態のインクジェットプリンタの回路構成図の一例である。200はインクジェットプリンタ本体、200は外部入力装置であり、PCやHDDなどである。201はプリンタシステム全体を制御するためのCPUであり、202はプリンタ特有のハードウエア制御を行なうASICである。
次にASIC202の内部回路の動作について説明する。外部インターフェース回路203は、外部入力装置と接続される。外部インターフェース回路203には、USBインターフェース回路やLANインターフェース回路やIDEインターフェース回路など、外部入力装置と接続されるインターフェース回路を含む。CPUインターフェース回路204はCPUと接続して、CPUから各ブロックの通信を制御する。
メモリ制御回路205は、外部インターフェース回路203、SRAM206、画像データ処理回路207、吐出画像生成回路208、ヘッドインターフェース回路209、DDR212と接続している。メモリ制御回路205は、外部入力装置200から入力される画像データをSRAM206に転送を行なう。また、SRAM206とDDR212へのデータの読み出しや書き込み制御も行なっている。SRAM206はSRAMなどのワークバッファであり、記録画像データが特定サイズに分割されて格納されている。このSRAMの個数は色数分ある構成や、ノズル数分ある構成などがある。
画像データ処理回路207は、SRAM206に格納された画像データに対して画像処理を行なう。ここでいう画像処理とは、境界処理、エッジ処理、HV変換、スムージング、不吐補間などの処理であるが、この限りではない。
吐出画像生成回路208は、画像処理が終了した画像データを記録ヘッドのノズルに合わせた形式のデータ(以下、吐出画像データという)に変換する。転送タイミング制御回路210は、駆動ローラ6の回転を検知するエンコーダセンサ214より入力される信号を逓倍することで信号の転送タイミング信号を生成している。ヘッドインターフェース回路209は、吐出画像データを転送タイミング信号のタイミングで記録ヘッド1へ転送する。DDR212は、ASIC202に外付けされる受信バッファである。受信バッファには、画像補正処理が行なわれた画像データが格納される。11は装置本体駆動回路であり、モータ115の駆動、ヘッドユニットリフト機構(不図示)の制御を行っている。
搬送制御回路213は、撮像ユニット3にて撮像した画像が入力される。撮像ユニット3で撮像した画像から移動量を算出し、この移動量が、転送された先の転送タイミング制御回路210にて吐出タイミングの補正や、装置本体駆動回路211にてモータ制御の補正等の記録動作の制御に使用される。例えばシリアルプリンタで記録媒体が目標値よりも大きく進んだ場合には、エンコーダのカウント数を変更し、1回当たりの搬送長さを短くすることが挙げられる。また、搬送制御回路213は算出した検出精度をCPU201へ送り、CPU201で検出精度を判断し各種パラメータの変更を行う。なお、搬送制御回路213の詳細に関しては後述する。
図3は本実施形態の撮像ユニットの構成例の一例を示す図である。撮像ユニット3は、イメージセンサ301、光源302、レンズ303から構成される。イメージセンサ301は、受光素子を1次元に配列してなるラインセンサまたは2次元に配列してなるエリアセンサを用いたものとすることができる。また、受光素子としてはCCDやCMOSなどを用いたものとすることができる。
光源302は、LEDやレーザーを用いたものとすることができる。光源302は、記録媒体Pに光を照射できるものであれば、上記に限らない。
レンズ303は、記録媒体Pに入射した反射光を集光するためのレンズである。
動作原理は、記録媒体Pに対して、光源302が記録媒体Pの表面に光を照射し、イメージセンサ301はその反射光を一定時間間隔で取り込む。受光した光に基づいて記録媒体Pの光照射面上の像を結像し、画像データに変換する。また、ここではイメージセンサ301は、光源302による反射光を取り込む構成を例にしたが、光源302を記録媒体Pの裏面側に配置し、透過光を取り込む構成でもよい。
図4は実施形態におけるテンプレートマッチング処理方法を示す図である。本実施形態において、この処理は搬送制御回路213内で、例えばASIC内のメモリ(不図示)に格納されたプログラムに基づき実行される。本実施形態のテンプレートマッチング処理は以下のように行う。移動する記録媒体の表面を、撮像ユニットが複数回撮像し、あるタイミングでの撮像画像を基準画像とし、その基準画像内の一部の特徴点(テンプレート)が、別のタイミングでの撮像画像で検出される位置を求める。図5では説明のために、仮に、テンプレートサイズが4×4ピクセル、基準撮像画像400、探索撮像画像403は、画像サイズが8×32ピクセルで撮像された画像とする。用紙搬送方向は、図示の矢印の方向とする。また、用紙搬送方向の移動量を検出するため、用紙搬送方向(Y方向)を長手方向とする。X方向はY方向に比べて移動量が少ないので画素サイズを小さくしている。
まず、あるタイミングで撮像された基準撮像画像400からテンプレート401を生成する。テンプレート401を用いて探索撮像画像403の全体を探索し最も一致している箇所402を求める。そして、テンプレート401の座標と一致度が最も高い箇所402(目標画像)の座標との差分を移動量として検出する。テンプレート決定方法としては、撮像画像の中の一番特徴的な領域を検出し、その箇所をテンプレートとする方法などがある。テンプレートマッチング処理の代表的な計算手法として、SAD(Sum of Absolute Difference)、SSD(Sum of Squared Difference)を用いることができる。また、ZNCC(Zero−mean Normalized Cross−Correlation)を用いてもよい。これらの方法では、撮像された画像の画素値(輝度で表されている場合は輝度値)を利用してテンプレートと対象とする領域との相関の程度を示す値として相関値を導出する。ZNCCは正規化相互相関法として用いられるものであり、テンプレートおよび画像の輝度値の平均値をそれぞれの画素の輝度値から引いて計算するので、明るさの変動があっても安定的に類似度を計算することができる。しかし、計算負荷が大きく、目標画像を見つけるための処理の効率としては次に述べるSAD、SSDよりは低い。一方、SADはテンプレート画像の画素値と撮像によって得られた画像の画素値の差の絶対値和を相関値として求める方法、SSDは差の2乗和を相関値として求める方法である。これらは計算負荷が小さいため高速処理が可能であるが、テンプレートと画像と間の輝度値の差の絶対値の合計を利用するので、撮像期間中の明るさの変動には弱い傾向がある。テンプレートサイズが、精度と処理時間に与える影響はトレードオフの関係にあり、大きくすると、相関精度は高くなるが処理時間が長くなり、小さくすると処理時間は短くなるが相関精度が低くなる。
図5は本実施形態を実現するための搬送制御回路213での紙面上のインク滴中心位置の算出方法を示す図である。
画像処理によりインク滴501の中心位置を測定する。撮像ユニットSにて取得した画像においてY軸と並行となる1つの線502上での輝度(画素値)の分布503を作成する。輝度分布より急峻に変化するエッジ(図5の場合、輝度が0近傍まで変化する座標をエッジと判断している)を2点検出し、2点間の中心座標を求め、得られた座標をインク滴のY軸での中心位置とする。なお、図5ではY軸での中心を求めているが、X軸に関しても同様の方法で算出が可能である。また、図5では記録媒体上においてY軸に並行する一つの線上での分布を作成して中心位置を算出しているが、501を通り、Y軸と並行でX軸上の位置が異なる2つ以上の線上で中心位置をそれぞれ求め、これらを平均したものを用いるなどしてもよい。また、インク滴の中心位置を求める手法には制限はなく、他の手法(例えばハフ変換)を利用してもよい。
図6は本実施形態の記録媒体の移動量を検出するための方法の一例を示すフローチャートである。図7は図6のフローチャートの実施したときの撮像により得られた画像を図示したものである。
記録媒体をインクの吐出が可能な位置まで搬送し、第1のインク滴701(下流側)と第2のインク滴702(上流側)を吐出する(S601)。図8はS601を行うときの様子を図示したものである。本実施形態ではドット形成要素であるノズルがY方向に配列され、両端のノズル間距離が称呼値で1インチ(25.4mm)離れたヘッド13を使用したが、製造ばらつきやヘッドの取付傾きにより機器ごとに個体差が生じている。
つぎに、ヘッドよりも下流に位置している撮像ユニットSの画面内に第1のインク滴の全体が入るまで記録媒体を搬送する(S602)。その位置で撮像ユニットSにて画像を取得し、画面内のどの座標に第1のインク滴があるか求める(S603)。ここで取得した第1のインク滴を記録した画像を画像A(703)とする。インク滴の座標の算出には図5に記載の方法で、X軸及びY軸の輝度の中心位置を算出する。次に、第2のインク滴の全体が撮像ユニットSの画面内に入るまで搬送する(S604)。S603と同様の方法で撮像ユニットSにて画像を取得し画面内のどの座標に第2のインク滴があるか求める(S605)。ここで取得した第2のインク滴を記録した画像を画像B(707)とする。S604にて第1のインク滴の画像と第2のインク滴の画像を取得するまでの搬送において、撮像ユニットSは連続的に記録媒体を撮像する(704,705,706)。撮像し得られた画像を基に搬送制御回路がテンプレートマッチングを実施し画像Aと画像B間の記録媒体の移動距離を求める(例えば、画像703と画像704間でテンプレートマッチングを実施し移動距離ΔY1を算出する)。これを各画像間で実施し和をとることで画像A画像B間の移動量が算出できる)。画面内のインク滴の座標を求めるのは、搬送制御回路213でも良いし、CPU201であっても良い。
ここまでの処理により、(1)画像A内での第1のインク滴の中心の座標(X1,Y1)、(2)画像B内での第2のインク滴の中心の座標(X2,Y2)、(3)画像Aと画像B間での記録媒体の移動量(ΔX,ΔY)の3つが得られる。これら3つの情報からインク滴間の距離、すなわちドット間距離(ΔNX,ΔNY)を算出する(S606)。この距離はドットを形成したノズル間の距離に対応する。図7に示してあるように、画像Aと画像B間の移動距離ΔYは各画像間の移動距離の加算(ΔY=ΔY1+ΔY2+ΔY3+ΔY4)によって求まる。また、インク滴間距離ΔNYは、ΔYに画像内でのインク滴間の相対的な位置の差(Y2−Y1)を加算したもの(ΔNY=ΔY+Y2−Y1)で求まる(Xについても同様の方法で求められる)。
このようにして算出した第一のインク滴と第二のインク滴の距離を基準に撮像ユニットの縮尺の補正、具体的にはノズル間距離の称呼値をΔNX、ΔNYとして規格化し、この値をもとに媒体の搬送量補正をしながら印刷を行うことができる。記録ヘッドの製造において、フォトリソグラフィーを利用するなどしてノズルの位置を高精度に形成できる場合には、ノズル間距離で規格化するこの方法が特に有効である。例えば上述したマルチパス記録で単位領域に4回の移動で記録する4パス印字を行う際には、ノズル間距離の検出結果に基づいて、検出したノズル間距離の4分の1を目標値(ΔNY/4)として移動量を検出しながら搬送を行う。これにより、各パスの記録画像間のズレを抑えることができる。
より詳しく説明すると、記録媒体の移動量は、「変位した画素数[pixel]」と「1画素あたりの長さ[um/pixel]」を積算することで求める。そのためS606で求めたインク滴間の距離は、例えば撮像ユニットS内のレンズが熱の影響で屈折率の変化により画像倍率が変化した場合では、1画素あたりの長さが変化するため1inchとは一致しない。例えば、1画素あたりの長さが10[um/pixel]の場合、元のレンズの倍率を1とし熱の影響により1.1倍に変化した場合では、1画素あたりの長さが9[um/pixel]として取得されてしまう。このような場合、同じ距離移動した場合でも倍率が1.1倍の方が、移動する画素数としては通常の場合と比べて大きくなる。移動量を求める場合には、移動した画素数に対して10[um/pixel]を積算し、移動距離を求めるため実際の移動距離よりも長く算出されてしまう。このような検出ズレがある場合、そのままの検出値を基に搬送すると搬送ズレが生じスジやムラといった印刷品位への悪影響が生じる。
本実施形態では、検出したインク滴間の距離ΔNYを求めることで、熱の影響などでΔNYが1inchからズレた場合でも、検出したΔNYを基準として搬送を行うことで、記録における搬送ずれを抑制できる。検出したその2分の1(ΔNY/2)、或いは4分の1(ΔNY/4)ごとに搬送することで、ノズル間距離ごとの搬送を実現することができる。このようにしてドット間距離の検知結果に基づいて搬送を制御することができる。
ノズル間距離ごとの搬送をしながら印刷することにより、これまで熱の影響などで撮像ユニットS内のレンズ屈折率の変化による画像倍率の変化が生じた場合でも常にノズル長さと一致した搬送が行える。そのため、搬送ズレによる印字のムラを防ぐことができた(S607)。また、ヘッドの位置ズレやノズル間距離のばらつきに対しても同様な効果が得られるため、ばらつきが生じても印字のムラを防ぐことができ、画質の向上を得ることができる。
撮像ユニットSを用いた記録媒体の移動量の検出において工場とユーザ先で環境(例えば温度)が異なった際に検出距離に誤差が生じた場合でも、ノズル間の距離で規格化した搬送が行える。本手法の効果として、ノズル間距離を基準とした搬送が実現できるので、印字パス間でのムラや白スジなどを防ぐことができる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に基づき種々の変形も可能である。例えば本実施形態ではヘッド13として、インクジェットヘッドのノズルを用いたがドットを記録可能なものであればその他の記録方式であっても構わない。

Claims (7)

  1. 記録媒体を所定方向に搬送する搬送手段と、
    前記所定方向に配列された複数のドット形成要素を備え、記録媒体にドットを記録するための記録ヘッドと、
    前記搬送手段によって搬送されている記録媒体の表面を、撮像手段によって所定のタイミングで複数回撮像することによって複数の画像のデータを取得する取得手段と、
    前記取得手段が取得した複数の画像のデータに基づいて前記複数回の撮像の間に記録媒体が移動した移動量を検出する検出手段と、
    前記検出手段で検出された移動量に基づいて前記搬送手段を制御する制御手段と、を有する記録装置であって、
    記録媒体を搬送せずに前記複数のドット形成要素によってそれぞれに対応する複数のドットを前記記録媒体に形成し、前記複数のドットが形成された記録媒体を前記搬送手段によって搬送しながら前記取得手段を用いて形成した前記複数のドットに対応する画像のデータを含む複数の画像データを取得し、前記検出手段を用いて、取得した前記複数の画像データに基づいて前記複数のドット間の距離を検出し、前記制御手段は、前記記録媒体に画像を記録する際に前記距離の検出結果に基づいて前記搬送手段を制御することを特徴とする記録装置。
  2. 前記複数の画像のデータに対応する複数の画像のうちの一つを基準画像とし、前記基準画像の一部をテンプレート画像に決定する決定手段と、前記複数の画像のうちの前記基準画像とは別の画像に対して前記テンプレート画像を用いてテンプレートマッチング処理を行う処理手段を更に備え、前記検出手段は、前記テンプレートマッチング処理の結果に基づいて記録媒体の移動量を検出することを特徴とする請求項1に記載の記録装置。
  3. 前記テンプレートマッチング処理は、正規化相互相関法を用いた処理であることを特徴とする請求項2に記載の記録装置。
  4. 前記記録ヘッドを前記所定方向と交差する方向に複数回移動させて記録媒体に記録を行い、各走査の間に搬送手段によって記録媒体を前記複数のドット形成の列より短い距離だけ搬送するマルチパス記録を実行可能であり、
    前記制御手段は、前記マルチパス記録おいて、前記検出手段による距離の検出結果に基づいて前記搬送手段を制御して記録媒体を搬送する距離を補正することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の記録装置。
  5. 記録媒体を搬送せずに配列された複数のドット形成要素のうち両端の部分のドット形成要素によって前記記録媒体にドットを形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の記録装置。
  6. 前記複数のドット形成要素はインクを吐出するための複数のノズルであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の記録装置。
  7. 記録媒体を所定方向に搬送する搬送手段と、前記所定方向に配列された複数のドット形成要素を備え、記録媒体にドットを記録するための記録ヘッドと、を備えた記録装置における記録方法であって、
    前記搬送手段によって搬送されている移動する記録媒体の表面を、撮像手段によって所定のタイミングで複数回撮像することによって複数の画像のデータを取得し、取得した複数の画像のデータに基づいて前記複数回の撮像の間に記録媒体が移動した移動量を検出し、検出した移動量に基づいて前記搬送手段を制御し、
    記録媒体を搬送せずに前記複数のドット形成要素によってそれぞれに対応する複数のドットを前記記録媒体に形成し、前記複数のドットが形成された記録媒体を前記搬送手段が搬送しながら形成した前記複数のドットに対応する画像のデータを含む複数の画像データを取得し、取得した前記複数の画像データに基づいて前記複数のドット間の距離を検出し、前記記録媒体に画像を記録する際に前記距離の検出結果に基づいて前記搬送手段を制御することを特徴とする記録方法。
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