KR102576892B1 - 관절형 아암에 의해 이동되는 프린트헤드에서 잉크 위핑 및 공기 흡입을 감쇠시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

관절형 아암에 의해 이동되는 프린트헤드에서 잉크 위핑 및 공기 흡입을 감쇠시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

잉크젯 프린터는 프린터 내의 프린트헤드의 수직 변위에 의해 유발된 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력 변화를 보상하기 위해 프린트헤드에 결합된 진공 시스템의 작동을 조정한다. 잉크젯 프린터는 매니폴드 내의 최적 압력과 현재 압력 사이의 차이를 결정하여 압력 조정을 위해 매니폴드에 결합된 진공을 작동시키거나, 현재 프린트헤드 수직 위치를 이전에 관찰된 수직 위치와 상관시키고 이전에 관찰된 수직 위치와 관련된 진공 값을 사용하여 진공을 작동시키는 제어기를 포함한다.

Description

관절형 아암에 의해 이동되는 프린트헤드에서 잉크 위핑 및 공기 흡입을 감쇠시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR ATTENUATING INK WEEPING AND AIR INGESTION IN A PRINTHEAD MOVED BY AN ARTICULATING ARM}
본 개시는 일반적으로 프린트헤드로부터 잉크 액적(drop)을 방출함으로써 잉크 이미지를 생성하는 디바이스에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 3차원 공간을 통해 조작되는 프린트헤드로부터 잉크 액적을 방출하는 디바이스에 관한 것이다.
잉크젯 이미징 디바이스는 프린트헤드로부터 액체 잉크를 방출하여 이미지 수용 표면 상에 이미지를 형성한다. 프린트헤드는 소정 유형의 어레이로 배열된 복수의 잉크젯을 포함한다. 각각의 잉크젯은 프린트헤드 제어기에 결합된 열 또는 압전 액추에이터(actuator)를 갖는다. 프린트헤드 제어기는 이미지를 위한 디지털 데이터에 대응하는 발사 신호를 생성한다. 프린트헤드 내의 액추에이터는 잉크 챔버 내로 확장됨으로써 발사 신호에 응답하여 이미지 수용 부재 상으로 잉크 액적을 방출하고 발사 신호를 생성하는 데 사용된 디지털 이미지에 대응하는 잉크 이미지를 형성한다.
양질의 인쇄를 위해, 프린트헤드 내의 잉크의 압력은 프린트헤드 내의 잉크젯의 노즐 내의 잉크 메니스커스(meniscus)를 적절히 설정하도록 조정되어야 한다. 정적 프린트헤드 구성에 대해, 이러한 조정은 전형적으로 드물게 행해지는데, 왜냐하면 프린트헤드가 프레임 또는 다른 안정된 구조체에 고정식으로 장착되고, 잉크 전달 시스템이 잉크를 비교적 일정한 압력으로 프린트헤드에 전달하기 때문이다. 전달 압력은 하나 이상의 프린트헤드에 공급하는 잉크 공급부 내의 압력을 모니터링하는 제어기에 의해 조절되고, 압력이 조정을 필요로 할 때, 제어기는 잉크 공급부를 주위 압력으로 통기시키거나 양압 소스(positive pressure source)로부터의 압력을 인가한다. 프린트헤드 내의 압력은 잉크의 자유 표면을 프린트헤드의 매니폴드를 향해 끌어당기도록 진공 압력 밸브를 수동으로 작동시킴으로써 프린터 유지 보수 동안 때때로 조정된다.
프린트헤드를 수직 부재를 따라 이동시켜 프린트헤드가 수직 부재 반대편에 위치된 물체의 어레이 상에 잉크 이미지를 형성할 수 있게 하는 프린터가 개발되었다. 이러한 시스템 구성은 공간을 절약하고 프린터가 소매 환경 내에 배치될 수 있게 하며 따라서 물체는 그들이 구입될 때 맞춤 인쇄될 수 있다. 프린트헤드의 수직 편위(vertical excursion)가 문제가 될 수 있는데, 왜냐하면 고정 위치에 위치된 잉크 공급부와 프린트헤드 사이의 높이에 있어서의 변화는 프린트헤드 내의 정수압(hydrostatic pressure) 변화를 초래하기 때문이다. 프린트헤드 내의 이들 정수압 변화를 보상하지 못하는 것은 프린트헤드가 하향으로 이동될 때 프린트헤드 노즐로부터의 잉크 위핑(weeping)을 초래하거나, 프린트헤드가 상향으로 이동될 때 프린트헤드가 공기를 흡입할 수 있을 정도로 잉크가 프린트헤드 내로 후퇴되는 것을 초래한다. 수직 이동 프린트헤드 내의 정수압 변화에 의해 야기되는 영향을 해결하는 것이 유용할 것이다.
잉크젯 프린터 작동 방법은 프린트헤드의 노즐에서의 잉크 메니스커스가 잉크 위핑 및 공기 흡입을 억제하는 위치에 유지될 수 있게 한다. 방법은 프린트헤드를 3차원 공간에서 수직으로 이동시키는 단계, 및 제어기로, 3차원 공간 내에서의 프린트헤드의 수직 변위로부터 발생하는 프린트헤드 내의 잉크 압력 변화들을 보상하기 위해 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 진공 소스(vacuum source)를 작동시키는 단계를 포함한다.
잉크젯 프린터는 프린트헤드의 노즐에서의 잉크 메니스커스가 잉크 위핑 및 공기 흡입을 억제하는 위치에 유지될 수 있게 하는 방법을 구현한다. 잉크젯 프린터는 3차원 공간에서의 수직 이동을 위해 구성된 프린트헤드, 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 진공 - 진공은 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 구성됨 -, 및 진공에 작동가능하게 연결된 제어기 - 제어기는 프린트헤드의 수직 변위로부터 발생하는 프린트헤드 내의 잉크 압력 변화들을 보상하기 위해 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 진공을 작동시키도록 구성됨 - 를 포함한다.
잉크젯 프린터는 관절형 아암(articulated arm)에 장착된 프린트헤드를 포함하여 프린트헤드가 물체 주위에 3차원 공간에서 조작될 수 있게 한다. 그러한 프린터는 프린트헤드가 3차원 공간에서 조작될 때 프린트헤드의 노즐에서의 잉크 메니스커스가 잉크 위핑 및 공기 흡입을 억제하는 위치에 유지될 수 있게 하는 방법을 구현한다. 잉크젯 프린터는 프린트헤드, 프린트헤드가 장착된 관절형 아암 - 관절형 아암은 프린트헤드를 적어도 수직으로 이동시키도록 구성된 적어도 하나의 서보(servo)를 가짐 -, 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 진공 - 진공은 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 구성됨 -, 및 진공 및 관절형 아암 내의 적어도 하나의 서보에 작동가능하게 연결된 제어기 - 제어기는 프린트헤드를 3차원 공간에서 이동시키도록 서보를 작동시키도록, 그리고 관절형 아암에 의한 프린트헤드의 수직 변위로부터 발생하는 잉크 압력 변화들을 보상하기 위해 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 진공을 작동시키도록 구성됨 - 를 포함한다.
프린트헤드의 노즐에서의 잉크 메니스커스가 잉크 위핑 및 공기 흡입을 억제하는 위치에 유지될 수 있게 하는 시스템 및 방법의 전술한 태양 및 다른 특징이 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 설명에서 설명된다.
도 1은 프린트헤드 내의 정수압 변화로부터의 불리한 영향 없이 물체 상에 잉크 이미지를 인쇄하기 위해 3차원 공간을 통해 프린트헤드를 이동시키는 관절형 아암을 갖는 잉크젯 인쇄 시스템의 개략도.
도 2는 관절형 아암에 장착된 프린트헤드 내의 압력을 모니터링하고 프린트헤드 내의 압력을 유지하는 진공 시스템을 조정하기 위해 도 1에 도시된 프린터에 사용되는 진공 시스템 조절기의 블록도.
도 3은 도 2의 진공 시스템 조절기를 사용하여 관절형 아암에 장착된 프린트헤드 내의 압력을 모니터링하고 프린트헤드 내의 압력을 유지하는 진공 시스템을 조정함으로써 도 1의 인쇄 시스템을 작동시키기 위한 프로세스의 흐름도.
도 4는 관절형 아암을 이동시키는 데 사용되는 서보 신호를 모니터링하고 프린트헤드 내의 압력을 유지하는 진공 시스템을 조정하기 위해 도 1에 도시된 프린터에 사용되는 진공 시스템 조절기의 블록도.
도 5는 도 4의 진공 시스템 조절기를 사용하여 관절형 아암을 이동시키는 데 사용되는 서보 신호를 모니터링하고 프린트헤드 내의 압력을 유지하는 진공 시스템을 조정함으로써 도 1의 인쇄 시스템을 작동시키기 위한 프로세스의 흐름도.
도 1은 프린터 부근에 위치된, 물체(46)와 같은, 물체의 표면 상에 잉크 이미지를 형성하기 위한 프린트헤드(26)로 구성된 관절형 아암(14)을 갖는 잉크젯 프린터(10)를 예시한다. 관절형 아암(14)은 예를 들어 미국 캘리포니아주 롱 비치 소재의 엡손 아메리카 인크.(Epson America, Inc.)로부터 입수가능한 엡손(Epson) C4 로봇 아암과 같은 6-축 로봇 아암일 수 있다. 관절형 아암(14)은 프린트헤드가 물체(46)의 모든 측부, 상부, 및 후부 반대편으로 이동할 수 있게 하는 이동을 위해 구성되지만, 도면 축척은 도면을 단순화하기 위해 이러한 범위와 합치하지 않는다. 관절형 아암(14)은 아암 세그먼트들을 서로 결합시키는 서보(18, 22, 50, 54)를 포함하며, 이들 서보는 아암 세그먼트를 수직으로, 수평으로, 그리고 이들 방향의 조합들로 이동시키도록 구성된다. 또한, 서보(54)는 프린트헤드(26)를 틸팅(tilting) 및 회전시켜 프린트헤드의 요(yaw), 롤(roll), 및 피치(pitch)에 있어서의 변화를 초래하도록 작동된다. 본 문서에 사용되는 바와 같이, 용어 "수직"은 이동되는 구성요소 또는 구성요소의 일부분의 중력 포텐셜(gravitational potential)을 변화시키는 이동의 방향을 의미한다. 본 문서에 사용되는 바와 같이, 용어 "수평"은 구성요소 또는 구성요소의 일부분에 대한 중력 포텐셜을 그것이 이동 전에 보유한 중력 포텐셜로 유지하는 이동의 방향을 의미한다. 프린트헤드가 수평 위치로 유지될 때, 프린트헤드 면(face)의 종축은 프린트헤드를 통해 동일한 중력 포텐셜에 있다. 그때 프린트헤드에 중심설정된 3개의 직교 축은 종축에 대응하는 X 축, X 축의 동일한 중력 포텐셜에 있고 X 축과 수평 평면을 형성하는 Y 축, 및 X 축 및 Y 축 둘 모두에 수직이고 프린트헤드 또는 프린트헤드의 일부분의 중력 포텐셜에 있어서의 변화에 대응하는 Z 축을 정의한다. 따라서, "요"는 X-Y 평면에서의 Z 축을 중심으로 한 프린트헤드의 회전으로 정의되고, "피치"는 Y-Z 평면에서의 X 축을 중심으로 한 회전으로 정의되고, "롤"은 X-Z 평면에서의 Y 축으로 정의된다. 제어기(42)는 관절형 아암(14)의 아암 세그먼트를 이동시키도록, 그리고 프린트헤드를 틸팅 및 롤링(rolling)하여 프린트헤드(26)를 물체(46) 반대편에 다양한 위치 및 배향으로 위치시키도록 서보를 작동시키는 신호를 생성한다.
프린트헤드가 고정식으로 장착된 잉크 저장조(reservoir) 내의 잉크의 자유 표면 위로 사전결정된 거리를 두고 수평 배향으로 유지되는 시스템에서, 프린트헤드의 잉크젯에서 적절한 메니스커스를 유지하기 위해 진공 제어가 필요하지 않은데, 왜냐하면 프린트헤드 내의 정수압이 비교적 일정하게 유지되기 때문이다. 프린트헤드가 로봇 아암의 기부에 관하여 고정식으로 장착된 잉크 전달 시스템(30)의 잉크 저장조 내의 잉크의 레벨에 대해 이동하는 경우, 메니스커스의 더욱 강건한 제어가 요구된다.
또한 도 1 및 프린트헤드(26)가 잉크 전달 시스템(30)의 잉크 저장조 내의 잉크 레벨에 대해 이동하는 시스템(10)에 관하여, 프린트헤드가 관절형 로봇 아암(14)에 의해 3차원 공간을 통해 조작되고 있는 동안 프린트헤드(26)의 노즐에서 음의 잉크 메니스커스를 유지하기 위해 진공 소스(38)가 프린트헤드(26) 내부의 매니폴드에 또는 잉크 전달 시스템(30)의 저장조 내의 헤드 공간에 작동가능하게 연결된다. 제어기(42)는 압력 변환기(pressure transducer)(34)에 의해 생성된 신호를 사용함으로써 프린트헤드(26)의 매니폴드 내의 압력을 사전결정된 값으로 유지하도록 진공 시스템(38)을 작동시킨다. 압력 변환기(34)는 프린트헤드(26)의 매니폴드 내의 잉크 압력을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된다. 압력 변환기는 프린트헤드(26)에 또는 그것 내에 장착되거나 기송관(pneumatic tube) 등에 의해 매니폴드에 작동가능하게 연결될 수 있다.
프린트헤드가 이동함에 따라, 액압 수격 작용(hydraulic water hammer)이 프린트헤드 내에서 발생하게 하는 임의의 방향으로의 프린트헤드 및 공급 관 내의 잉크의 가속을 위해 그리고 높이 변화가 일어날 때 메니스커스를 유지하기 위해 진공 레벨이 조정된다. 제어기는 제어기가 로봇 아암을 작동시키기 위해 로봇 아암 제어 데이터를 사용하고 있기 때문에 프린트헤드 이동이 일어나기 전에 진공 제어를 시작함으로써 압력 변화를 미연에 방지하는 피드 포워드 제어 루프(feed forward control loop)를 구현하도록 구성되며, 따라서 제어기는 경로 데이터를 사용하고, 공급 관 내의 잉크 및 프린트헤드에 작용하는 동적 힘을 식별할 수 있으며, 따라서 그것은 진공 제어에서 오버슈트(overshoot) 및 지연 시간을 감소시키도록 진공 소스(38)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어기는 수직 변위의 사전결정된 증분으로 경로를 따른 복수의 위치를 선택하고, 제1 선택된 위치와 관련된 진공 값을 사용하여 진공을 작동시키며, 이어서 프린트헤드가 그 위치에 접근함에 따라 경로를 따른 다음 선택된 위치와 관련된 다른 진공 값으로 진공을 작동시키기 시작할 수 있다. 이러한 진공의 작동은 경로 내의 마지막 위치에 도달할 때까지 계속된다.
제어기(42)는 프로그래밍된 명령어를 실행하는 범용 또는 특수 프로그램가능 프로세서로 구현될 수 있다. 프로그래밍된 기능을 수행하는 데 요구되는 명령어 및 데이터는 프로세서 또는 제어기와 관련된 메모리에 저장될 수 있다. 프로세서, 그의 메모리, 및 인터페이스 회로는 전술된 작동뿐만 아니라 후술되는 작동을 수행하도록 제어기를 구성한다. 이들 구성요소는 인쇄 회로 카드 상에 제공되거나 주문형 집적 회로(ASIC) 내의 회로로서 제공될 수 있다. 회로들 각각이 별개의 프로세서로 구현될 수 있거나, 다수의 회로가 동일 프로세서 상에서 구현될 수 있다. 대안적으로, 회로는 초고밀도 집적(VLSI) 회로 내에 제공되는 개별 구성요소 또는 회로로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 회로는 프로세서, ASIC, 개별 구성요소, 또는 VLSI 회로의 조합으로 구현될 수 있다. 작동 동안, 생성될 이미지를 위한 이미지 데이터가 프린트헤드(26)로 출력되는 프린트헤드 제어 신호의 생성 및 처리를 위해 스캐닝 시스템 또는 온라인 또는 워크 스테이션 접속 중 어느 하나로부터 제어기(42)로 전송된다. 프린트헤드에서 음의 잉크 메니스커스를 유지하기 위해 제어기(42)에 의해 수행되는 다른 기능이 아래에서 논의된다.
진공 시스템(38)을 작동시키고 프린트헤드(26)의 매니폴드 내의 압력을 조절하는 데 사용되는 피드백 루프를 보여주는 블록도가 도 2에 도시된다. 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하여, 제어기(42)는 설정점(set point) 또는 기준 전압과 압력 변환기(34)로부터 수신된 신호 사이의 차이를 식별한다. 이러한 차이는 설정점 또는 기준 전압으로부터의, 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력에 있어서의 변화를 나타낸다. 제어기는 이러한 식별된 차이를 사용하여 진공 시스템(38)을 작동시켜 프린트헤드(26)의 매니폴드 내의 압력을 조절한다. 압력 변환기(34)는 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력을 나타내는 신호를 생성하고, 제어 루프는 계속된다.
설정점 또는 기준 값은 경험적 방식으로 얻어진다. 구체적으로, 프린트헤드의 노즐 내의 최적 위치에 또는 그 부근에 잉크 메니스커스를 위치시키는 데 필요한 진공 값은 프린트헤드의 이동 범위의 한 위치에서 현미경 카메라의 사용을 통해 잉크 메니스커스를 시각적으로 검사함으로써 정적으로 결정된다. 압력 변환기에 의해 생성된 신호는 이어서 목표 제어 설정점 값(SP) 또는 기준 전압으로서 사용된다. 기준 전압은 제어기에의 하드-와이어드 입력(hard-wired input)으로서 제어기(42)에 공급될 수 있거나 설정점은 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리에 저장될 수 있으며, 따라서 제어기는 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 대응하는 데이터 값을 저장된 값과 비교할 수 있다. 잉크 전달 시스템(30)의 저장조 내의 잉크 표면에 관하여 프린트헤드의 높이를 변화시키고 정수압 변화를 야기하는 프린트헤드의 수직 편위가 도 2에 도시된 바와 같이 제어된 프로세스 값(PV)으로서 변환기에 의해 생성된 신호에 의해 반영된다. 제어기는 SP-PV 차이를 0을 중심으로 한 사전결정된 범위 내의 값으로 감소시키도록 비례 밸브를 작동시킴으로써 진공 압력을 변경한다. 구체적으로, 프린트헤드가 하강하기 때문에 프린트헤드 내의 압력이 증가할 때, 제어기는 수반되는 차이 증가를 결정하고, 프린트헤드에 인가되는 진공을 증가시켜 프린트헤드 내부 압력을 감소시킨다. 프린트헤드가 상승하기 때문에 프린트헤드 내의 압력이 감소할 때, 제어기는 수반되는 차이 감소를 검출하고, 프린트헤드에 인가되는 진공을 감소시켜 프린트헤드 내부 압력을 증가시킨다. 진공은 펌프, 진공 벤츄리(vacuum venturi), 또는 양의 공기 압력 소스로 생성될 수 있다.
수직 이동 부재에 장착된 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력을 조절하기 위한 프로세스가 도 3에 도시된다. 아래의 논의에서, 기능 또는 동작을 수행하는 프로세스(300)에 대한 언급은 프린터 내의 다른 구성요소와 관련하여 기능 또는 동작을 수행하도록 저장된 프로그램 명령어를 실행하는, 제어기(42)와 같은, 제어기의 작동을 지칭한다. 프로세스(300)는 예시 목적을 위해 도 1의 프린터(10)에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
시험 셋업(test setup)이 프린트헤드를 수직으로 이동시키는 프린터에 사용될 프린트헤드의 노즐 내의 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대한 압력을 식별하는 데 사용된다(블록(304)). 이러한 식별된 압력은 이어서 프린트헤드가 프린터 내에 설치될 때 프린트헤드 내의 압력을 조절하는 제어기에 기준 전압을 제공하는 데, 또는 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리에 저장되는 데이터 값을 생성하는 데 사용된다(블록(308)). 프린트헤드(26)가 관절형 아암(14)에 장착되고 진공 시스템(38), 잉크 전달 시스템(30), 및 압력 변환기(34)가 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 후에, 압력 변환기(34)로부터의 신호가 제어기(42)에 의해 모니터링되고(블록(312)), 기준 전압 또는 저장된 설정점 값과 비교된다(블록(316)). 2개의 값 사이의 차이가 0을 중심으로 한 사전결정된 범위보다 클 때(블록(320)), 제어기(42)는 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력을 이러한 사전결정된 범위 내에 있게 하도록 진공 시스템(38)의 작동을 조정한다(블록(324)). 이러한 제어 루프는 프린터가 오프라인 상태로 될 때까지 계속된다(블록(328)).
일 실시예에서, 약 -0.5 내지 -2.5 인치의 범위의 수압이 프린트헤드 내의 음의 잉크 메니스커스를 유지하기에 충분하지만, 프린트헤드의 구성 및 크기에 따라 다른 범위가 사용된다. 프린트헤드 파라미터는 또한 프린트헤드가 요잉, 피칭, 또는 롤링될 수 있는 정도를 제한할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 잉크젯 프린트헤드는 프린트헤드의 종축을 따른 9.5 인치의 길이를 갖는다. 이러한 프린트헤드가 롤링되어서 하나의 단부가 프린트헤드의 다른 단부 바로 위에 있으면, 진공이 다른 단부에서 잉크 메니스커스를 유지하기에 충분할지라도 더 낮은 중력 포텐셜에 있는 프린트헤드의 단부가 잉크를 누출한다. 전형적으로, 대부분의 프린트헤드는 폭이 그리 넓지 않아, 즉 종축에 수직이고 z-축에 평행한 축을 따른 프린트헤드 면을 가로지르는 거리가 그리 크지 않아, 프린트헤드의 피치는 하부 잉크젯이 누출되게 하기에 충분히 극단적일 수 있다. 물론, 요는 프린트헤드 내의 잉크젯을 수직으로 변위시키지 않으며, 따라서 진공 레벨은 프린트헤드의 요 운동 동안 비교적 일정하다.
대안적인 제어 스킴(scheme)이 도 4에 도시된 제어 루프를 사용함으로써 도 1의 프린터(10)에서 구현될 수 있다. 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 사용하여, 제어기(42)는 제어기가 관절형 아암(14)의 서보에 내리는 명령으로부터 하나의 프린트헤드 위치로부터 그의 다음 위치로의 프린트헤드의 수직 변위를 식별한다. 이러한 변위는 잉크 메니스커스가 최적으로 위치되는 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력을 제공하는 진공 설정과 상관된다. 수직 변위와 진공 설정 사이의 상관 관계는 룩업 테이블(LUT)(404)에 저장된다. 제어기는 LUT(404)에 의해 반환되는 진공 설정을 사용하여 진공 시스템(38)을 작동시키고 프린트헤드(26)의 매니폴드 내의 압력을 조절한다. 따라서, 압력 변환기(34)는 이러한 실시예에서 필요하지 않다.
압력과 위치의 상관 관계는 경험적 방식으로 얻어진다. 구체적으로, 관절형 아암에 의한 프린트헤드의 수직 변위의 범위에 걸쳐 복수의 프린트헤드 위치에서 프린트헤드의 노즐 내의 최적 위치에 또는 그 부근에 잉크 메니스커스를 위치시키는 데 필요한 진공 값은 복수의 위치에서 현미경 카메라의 사용을 통해 잉크 메니스커스를 시각적으로 검사하고 각각의 위치에서 진공 값을 기록함으로써 정적으로 결정된다. 제어기가 프린트헤드를 위치시키도록 서보를 작동시킴에 따라, 서보 명령이 프린트헤드의 수직 변위를 결정하도록 처리된다. 프린트헤드의 결과적인 위치는 이전에 관찰된 위치들 중 하나와 상관되고, 대응하는 진공 값이 식별된다. 이러한 진공 값은 프린트헤드 내의 압력을 조정하도록 진공 시스템을 작동시키기 위해 제어기에 의해 사용된다. 따라서, 정수압 변화를 야기하는 프린트헤드의 수직 편위는 프린트헤드가 그 위치에 또는 그 부근에 있을 때 진공 시스템을 작동시키기 위한 진공 값을 식별하기 위해 이전에 관찰된 위치와 상관된다. 제어기는 프린트헤드가 이동되는 위치가 2개의 이전에 관찰된 위치 사이에 있을 때 진공 값을 외삽할 수 있다.
프린트헤드에 대한 위치 데이터를 사용하여 수직 이동 부재에 장착된 프린트헤드의 매니폴드 내의 압력을 조절하기 위한 프로세스가 도 5에 도시된다. 아래의 논의에서, 기능 또는 동작을 수행하는 프로세스(500)에 대한 언급은 프린터 내의 다른 구성요소와 관련하여 기능 또는 동작을 수행하도록 저장된 프로그램 명령어를 실행하는, 제어기(42)와 같은, 제어기의 작동을 지칭한다. 프로세스(500)는 예시 목적을 위해 도 1의 프린터(10)에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
시험 셋업이 프린트헤드의 수직 변위 범위에 걸쳐 복수의 위치에서 잉크 메니스커스를 관찰하는 데 사용되며, 잉크 메니스커스가 프린트헤드의 노즐 내의 최적 위치에 또는 그 부근에 있을 수 있게 하는 각각의 위치에서의 진공 값이 기록된다(블록(504)). 이러한 수직 위치와 진공 값의 상관 관계는 이어서 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리 내에 룩업 테이블로서 저장되거나, 대응하는 양의 수직 변위에 대한 진공 값을 식별하기 위한 공식을 결정하는 데 사용된다(블록(508)). 프린터(10)가 작동된 후에, 제어기(42)는 인쇄 위치에서 프린트헤드의 수직 위치에 있어서의 변화를 식별하기 위해 서보 명령을 모니터링한다(블록(512)). 식별된 위치 변화는 LUT에 저장된 진공 설정에 접근하는 데 사용되고, 가장 가까운 위치의 진공 설정이 반환된다(블록(516)). 식별된 위치가 LUT를 포함하는 메모리에 저장된 2개의 위치로부터 거의 동등하게 떨어져 있기 때문에 다수의 진공 설정이 반환되면(블록(520)), 진공 설정은 2개의 반환된 진공 값으로부터 내삽된다(블록(524)). 식별된 진공 값은 이어서 진공 시스템(38)의 작동을 조정하는 데 사용된다(블록(528)). 이러한 제어 루프는 프린터가 오프라인 상태로 될 때까지 각각의 수직 위치에서 계속된다.

Claims (34)

  1. 잉크젯 프린터로서,
    매니폴드 및 복수의 노즐들을 가진 프린트헤드로서, 상기 매니폴드 및 상기 복수의 노즐들은 상기 프린트헤드 내에 있고, 상기 매니폴드는 상기 복수의 노즐들에 잉크를 공급하도록 상기 복수의 노즐들에 유체 (fluidly) 연결되는, 상기 프린트헤드,
    상기 잉크젯 프린터 내에 고정 장착된 저장조로서, 상기 저장조는 상기 프린트헤드 내의 상기 매니폴드에 잉크를 공급하도록 상기 매니폴드에 유체 및 직접 연결되는, 상기 저장조,
    상기 프린트헤드가 장착된 관절형 아암 (articulated arm) 으로서, 상기 관절형 아암은 적어도 하나의 서보 (servo) 를 가지고, 상기 서보는 상기 매니폴드의 잉크와 상기 저장조의 잉크 사이의 높이 (elevational) 변경을 하도록 3 차원 공간내에서 상기 프린트헤드를 이동시켜, 상기 프린트헤드의 배향을 변경하여, 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용 (hydraulic water hammer) 을 생성하기에 충분한 속도들에서 상기 프린트헤드를 가속하도록 구성되는, 상기 관절형 아암,
    상기 프린트헤드의 상기 매니폴드에 작동가능하게 연결된 진공으로서, 상기 진공은 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 구성되는, 상기 진공,
    상기 프린트헤드의 상기 매니폴드에 유체 연결되는 압력 변환기 (pressure transducer) 로서, 상기 압력 변환기는 상기 프린트헤드 내의 상기 잉크 압력을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 압력 변환기, 및
    상기 압력 변환기, 상기 관절형 아암의 상기 적어도 하나의 서보, 및 상기 진공에 작동가능하게 연결된 제어기로서, 상기 제어기는, 상기 관절형 아암의 상기 적어도 하나의 서보를 작동시켜, 3 차원 공간내에서 상기 프린트헤드를 이동시켜, 상기 프린트헤드의 배향을 변경하여, 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용을 생성하기에 충분하게 상기 프린트헤드를 가속하도록, 상기 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 의해 나타낸 상기 잉크 압력과 상기 3 차원 공간 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 잉크 메니스커스 (meniscus) 의 최적 위치에 대응하는 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하도록, 그리고 상기 진공을 작동시켜, 상기 프린트헤드 내의 상기 잉크 압력을 조정하여, 상기 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 의해 나타낸 상기 잉크 압력과 상기 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대응하는 미리 정해진 압력 사이의 식별된 차이를 사용하여 상기 높이 및 배향 변경에 의해 상기 프린트헤드에서 발생한 잉크 압력 변경을 보상하도록 구성되면서, 상기 제어기는 상기 관절형 아암의 상기 적어도 하나의 서보를 작동시켜, 상기 3 차원 공간 내에서 상기 프린트헤드를 이동시켜, 상기 프린트헤드의 배향을 변경하고 그리고 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용을 생성하기에 충분하게 상기 프린트헤드를 가속하도록 구성되는, 상기 제어기
    를 포함하는, 잉크젯 프린터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기에 입력되는 기준 전압으로서, 상기 기준 전압은 상기 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력에 대응하는, 상기 기준 전압을 더 포함하는, 잉크젯 프린터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 기준 전압과 비교하여, 상기 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 의해 나타낸 상기 잉크 압력과 상기 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별된 차이를 식별하도록, 그리고
    상기 압력 변환기로부터의 상기 신호와 상기 기준 전압 사이의 식별된 상기 차이가 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정하도록
    추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리에 저장되는 설정점 값 (set point value) 으로서, 상기 설정점 값은 상기 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력에 대응하는, 상기 설정점 값을 더 포함하는, 잉크젯 프린터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 설정점 값과 비교하여, 상기 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 의해 나타낸 상기 잉크 압력과 상기 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하도록,
    식별된 상기 차이가 미리 정해진 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정하도록
    추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 범위는 0 을 중심으로 하는, 잉크젯 프린터.
  7. 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법으로서,
    제어기로, 상기 잉크젯 프린터 내에 고정 장착된 잉크 저장조에 대하여 프린트헤드의 배향 및 높이를 변경하고 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용을 생성하기에 충분하게 상기 프린트헤드를 가속하도록, 상기 프린트헤드가 장착된, 관절형 아암의 적어도 하나의 서보를 작동하는 단계,
    상기 제어기로, 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력에 대응하는 압력 변환기에 의해 생성된 신호와 상기 잉크젯 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 복수의 노즐들 내의 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대응하는 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하는 단계, 및
    상기 제어기로, 상기 프린트헤드의 배향 변경, 높이 변경 및 가속으로부터 발생하는 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력 변경들을 보상하기 위해 식별된 상기 차이를 사용하여 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 상기 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 진공 소스 (vacuum source) 를 작동시키는 단계
    를 포함하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기에 기준 전압을 제공하는 단계로서, 상기 기준 전압은 상기 잉크젯 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력에 대응하는, 상기 제어기에 기준 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 차이를 식별하는 단계는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 기준 전압과 비교하여 2 개의 신호들 사이의 차이를 식별하는 단계, 및
    상기 압력 변환기로부터의 상기 신호와 상기 기준 전압 사이의 식별된 상기 차이가 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정하는 단계
    를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리에 설정점 값을 저장하는 단계로서, 상기 설정점 값은 상기 잉크젯 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력에 대응하는, 상기 저장하는 단계를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차이를 식별하는 단계는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 설정점 값과 비교하여 상기 신호와 상기 설정점 값 사이의 차이를 식별하는 단계, 및
    상기 신호와 상기 설정점 값의 식별된 상기 차이가 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정하는 단계
    를 더 포함하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 범위는 0 을 중심으로 하는, 잉크젯 프린터를 작동시키기 위한 방법.
  13. 잉크젯 프린터로서,
    복수의 노즐들을 가진 프린트헤드,
    상기 잉크젯 프린터 내에 고정 장착된 잉크 저장조로서, 상기 잉크 저장조는 상기 프린트헤드내의 상기 복수의 노즐들에 잉크를 공급하도록 상기 프린트헤드에 유체 연결되는, 상기 잉크 저장조,
    상기 프린트헤드가 장착된 관절형 아암으로서, 상기 관절형 아암은 적어도 하나의 서보를 가지고, 상기 서보는 상기 잉크 저장조의 잉크 레벨에 대하여 상기 프린트헤드의 높이를 변경을 하도록 그리고 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용을 생성하기에 충분하게 상기 프린트헤드를 가속하고 3 개의 독립적인 방향들로 상기 프린트헤드의 배향을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 다른 서보를 작동시키도록 구성되는, 상기 관절형 아암,
    상기 프린트헤드에 유체 연결되는 압력 변환기로서, 상기 압력 변환기는 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력을 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 상기 압력 변환기,
    상기 프린트헤드에 작동가능하게 연결된 진공으로서, 상기 진공은 상기 프린트헤드 내의 잉크 압력을 조정하도록 구성되는, 상기 진공, 및
    상기 진공, 상기 압력 변환기, 상기 관절형 아암의 상기 적어도 하나의 서보 및 상기 적어도 하나의 다른 서보에 작동가능하게 연결된 제어기로서, 상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 서보를 작동시켜, 상기 잉크 저장조의 잉크 레벨에 대하여 상기 프린트헤드의 높이를 변경하고 상기 프린트헤드 내에 액압 수격 작용을 생성하기에 충분하게 상기 프린트헤드를 가속하도록, 상기 관절형 아암의 상기 적어도 하나의 다른 서보를 작동시켜, 상기 잉크젯 프린터 내의 상기 프린트헤드의 배향을 변경하도록 상기 프린트헤드를 요 (yaw), 롤 (roll), 및 피치 (pitch) 하도록, 그리고 상기 진공을 작동시켜, 상기 압력 변환기에 의해 생성된 신호에 대응하는 상기 잉크 압력과 상기 잉크젯 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 잉크 메니스커스의 최적 위치에 대응하는 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하여, 상기 관절형 아암에 의해 상기 프린트헤드의 높이 변경, 배향 변경, 및 가속으로부터 발생한 잉크 압력 변경을 보상하도록 상기 프린트헤드 내의 상기 잉크 압력을 조정하도록 구성되는, 상기 제어기
    를 포함하는, 잉크젯 프린터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 제어기가 상기 관절형 아암을 작동시켜 상기 프린트헤드를 이동시키는 경로를 따른 복수의 위치들을 선택하도록,
    상기 복수의 위치들 중의 각각의 위치에 대한 진공 값을 식별하도록,
    상기 경로를 따른 제 1 선택된 위치와 관련된 진공 값을 사용하여, 상기 프린트헤드가 상기 제 1 선택된 위치에 도달할 때까지, 상기 진공을 작동시키도록,
    상기 경로를 따른 다음 선택된 위치와 관련된 진공 값을 사용하여, 상기 프린트헤드가 상기 다음 선택된 위치에 도달할 때까지, 상기 진공을 작동시키도록
    추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 복수의 위치들 중의 각각의 선택된 위치에 도달함에 따라 진공 작동을 위해 상기 경로를 따른 다음 선택된 위치와 관련된 진공 값으로 계속 전이하도록,
    상기 프린트헤드의 이동을 위해 다른 경로가 선택될 때까지 상기 복수의 위치들 중의 마지막 선택된 위치와 관련된 진공 값으로 상기 진공을 작동시키도록
    추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 프린트헤드의 식별된 수직 위치로부터 등거리에 있는 2 개의 가장 가까운 이전에 식별된 수직 위치들과 관련된 2 개의 진공 값들로부터 상기 진공을 작동시키기 위한 진공 값을 외삽하도록 추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기에 입력되는 기준 전압으로서, 상기 기준 전압은 상기 잉크젯 프린터 내의 상기 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력에 대응하는, 상기 기준 전압을 더 포함하는, 잉크젯 프린터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 기준 전압과 비교하여 2 개의 신호들 사이의 차이를 식별함으로써,
    상기 압력 변환기로부터의 상기 신호와 상기 기준 전압 사이의 식별된 상기 차이가 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정함으로써
    상기 잉크 압력과, 상기 잉크젯 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하도록 추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기에 작동가능하게 연결된 메모리에 저장되는 설정점 값으로서, 상기 설정점 값은 상기 잉크젯 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 결정된 잉크 압력에 대응하는, 상기 설정점 값을 더 포함하는, 잉크젯 프린터.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 압력 변환기에 의해 생성된 상기 신호를 상기 설정점 값과 비교하여 상기 신호와 상기 설정점 값 사이의 차이를 식별함으로써,
    식별된 상기 차이가 미리 결정된 범위 밖에 있을 때 상기 진공의 작동을 조정함으로써,
    상기 잉크 압력과, 상기 잉크젯 프린터 내의 미리 정해진 위치에서 상기 프린트헤드의 상기 복수의 노즐들 내의 상기 잉크 메니스커스의 상기 최적 위치에 대응하는 상기 미리 정해진 잉크 압력 사이의 차이를 식별하도록 추가로 구성되는, 잉크젯 프린터.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 범위는 0 을 중심으로 하는, 잉크젯 프린터.
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