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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf das Gebiet der Drucker. Genauer gesagt bezieht sich
diese Erfindung auf einen kostengünstigen Tintentropfendetektor.
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Herkömmliche Drucker, die Schwarzweißdrucker
und Farbdrucker umfassen, umfassen im allgemeinen einen oder mehrere
Druckköpfe,
die Tintentropfen auf Papier ausstoßen. Ein solcher Druckkopf
umfaßt normalerweise
mehrere Düsen,
durch die Tintentropfen ausgestoßen werden. Typischerweise
stößt ein Druckkopf
Tintentropen ansprechend auf Antriebssignale aus, die durch eine
Drucksteuerungsschaltungsanordnung in dem Drucker erzeugt werden.
Ein Druckkopf, der Tintentropfen ansprechend auf Antriebssignale
ausstößt, kann
auch als ein Tropfen-Auf-Aufforderung-Druckkopf bezeichnet werden.
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Ein Typ von Tropfen-Auf-Aufforderung-Druckkopf
verwendet piezoelektrische Kristalle, die ansprechend auf die Antriebssignale
Tintentropfen durch Düsen
in dem Druckkopf hinausdrücken.
Ein weiterer Typ von Tropfen-Auf-Aufforderung-Druckkopf verwendet
Wärmeelemente,
die ansprechend auf die Antriebssignale Tintentropfen durch Düsen in dem
Druckkopf hinauskochen. Solche Druckköpfe können auch als thermische Tintenstrahldruckköpfe bezeichnet
werden.
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Typischerweise werden die Düsen, durch
die Tintentropfen ausgestoßen
werden während
dem normalen Betrieb mit Papierfasern oder anderen Teilchen verstopft,
oder während
verlängerten
Leerlaufperioden mit trockener Tinte verstopft. Herkömmliche
Drucker umfassen normalerweise Mechanismen zum Reinigen des Druckkopf
und zum Entfernen der Teilchen. Ein solcher Mechanismus kann auch
als Druckkopfwartungsstation bezeichnet werden und kann Mechanismen
zum Wischen des Druckkopfs und Anlegen eines Saugvorgangs an den
Druckkopf umfassen, um alle blockierten Düsen zu reinigen.
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Herkömmlichen Druckern fehlt typischerweise
ein Mechanismus zum Bestimmen, ob der Druckkopf tatsächlich Reinigen
erfordert. Solche Drucker legen die Wartungsstation typischerweise
auf der Basis einer Bestimmung, ob der Druckkopf möglicherweise
Reinigen erfordert, an den Druckkopf an. Leider müssen solche
Drucker dann ein Überreinigen
verwenden, das normalerweise den Gesamtdruckdurchsatz verlangsamt.
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Es wäre wünschenswert, einen Drucker
mit einem Mechanismus zum Erfassen, ob Tintentropfen von dem Druckkopf
ausgestoßen
werden, zu versehen. Ein solcher Mechanismus könnte verwendet werden, um zu
bestimmen, ob ein Druckkopf tatsächlich
Reinigen erfordert. Außerdem
könnte
ein Mechanismus zum Erfassen von Tintentropfen verwendet werden,
um permanente Ausfälle
von einzelnen Düsen
zu erfassen, die beispielsweise durch Ausfälle von Wärmeelementen in einem thermischen
Tintenstrahldruckkopf bewirkt werden könnten.
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Ein mögliches Verfahren zum Erfassen
des Ausstoßes
von Tintentropfen von einem Druckkopf ist es, den Drucker mit einer
Tropfenerfassungsstation auszustatten, die piezoelektrisches Material
verwendet, und einer zugeordneten Schaltungsanordnung, die das Auftreffen
der Tintentropfen erfaßt,
die die Erfassungsstation treffen. Leider ist solches piezoelektrisches
Material relativ teuer und erhöht
die Herstellungskosten eines Druckers. Außerdem kann ein solcher Mechanismus
normalerweise keine extrem kleinen Tintentropfen erfassen, wie sie
bei Hochauflösungs-
und Farbdruckern verwendet werden. Darüber hinaus verliert piezoelektrisches
Material typischerweise an Empfindlichkeit, wenn sich Tinte an der
Oberfläche
desselben sammelt, wodurch die Fähigkeit
desselben reduziert wird, das Auftreffen von Tintentropfen zu erfassen.
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Eine weitere mögliche Lösung ist es, den Drucker mit
einem optischen Detektor auszustatten, der eine Lichtquelle und
einen Detektor umfaßt.
Typischerweise muß eine
Tintenstrahldüse
so ausgerichtet sein, daß Tintentropfen
zwischen der Lichtquelle und dem Detektor verlaufen, und Lichtstrahlen
abtrennen, die zwischen der Lichtquelle und dem Detektor verlaufen.
Leider ist die Schaltungsanordnung für solch einen optischen Detektor
normalerweise aufwendig und erhöht
daher die Herstellungskosten eines Druckers. Außerdem erfordert eine solche
Technik normalerweise eine sehr feine Steuerung über das Positionieren des optischen
Detektors bezüglich
Düsen,
die getestet werden. Darüber
hinaus kann Nebel oder Sprühen
von der Düse
den optischen Detektor verunreinigen und Zuverlässigkeitsprobleme verursachen.
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Eine weitere mögliche Lösung, die für thermische Tintenstrahldruckköpfe spezifisch
ist, ist es, den Druckkopf selbst mit einem akustischen Detektor
auszustatten. Typischerweise erfaßt ein solcher akustischer Tropfendetektor
die Stoßwelle,
im Zusammenhang dem Zusammenbruch von Tintenblasen in dem Drucker. Leider
können
solche Tintenblasenstoßwellen
auch auftreten, wenn keine Tinte von dem Druckkopf ausgestoßen wird.
Außerdem
können
akustische Messungen durch große
Strompulse, die während
dem Druckerbetrieb auftreten, verfälscht werden. Darüber hinaus
ist der akustische Detektor und die zugeordnete Signalverstärkerschaltungsanordnung
für einen
solchen akustischen Detektor normalerweise aufwendig und erhöht die Gesamtherstellungskosten
eines Druckers.
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Die US-A-4,323,905 offenbart eine
Tintentropfenerfassungseinrichtung, bei der Tintentropfen auf eine metallisierte
Spule auftreffen und die Spule biegen, um eine Änderung bei der Kapazität zu bewirken,
die erfaßt und
ausgewertet wird.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Tintentropfensalvendetektor vorgesehen, der folgende
Merkmale umfaßt:
ein Erfassungselement, das mit einem elektrischen Stimulus beaufschlagt wird,
wenn es von jedem Tintentropfen in einer Reihe von Tintentropfensalven
getroffen wird, die von einem Druckkopf ausgestoßen werden sollen;
einen
Erfassungsverstärker,
der mit dem Erfassungselement gekoppelt ist, und eine Verarbeitungseinrichtung, die
mit dem Erfassungsverstärker
verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß:
eine Einrichtung zum
Herstellen einer Potentialdifferenz zwischen dem Druckkopf und dem
Erfassungselement vorgesehen ist, wodurch bewirkt wird, daß sich eine
elektrische Ladung in den ausgestoßenen Tintentropfen sammelt,
wobei der elektrische Stimulus das Beaufschlagen des Erfassungselements
mit der gesammelten Ladung ist, daß der Erfassungsverstärker auf
eine Frequenz abgestimmt ist, mit der die Tintentropfensalven von
dem Druckkopf ausgestoßen
werden sollen und daß die
Verarbeitungseinrichtung eine Amplitude eines Ausgangssignals bestimmt,
das durch den Erfassungsverstärker
bei der Frequenz erzeugt wird, mit der die Tintentropfensalven ausgestoßen werden
sollen, so daß die
Amplitude eine Charakteristik der Tintentropfen darstellt, die während jeder
Salve ausgestoßen
werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Erfassen von Tintentropfensalven
von einem Druckkopf vorgesehen, das folgende Schritte umfaßt:
Erzeugen
eines elektrischen Signals ansprechend auf jede einer Reihe von
Salven von Tintentropfen von dem Druckkopf;
Erfassen und Verstärken der
elektrischen Signale, um ein Ausgangssignal mit einer Frequenz zu
erzeugen, mit der die Salven von dem Druckkopf ausgestoßen werden;
und
Bestimmen einer Amplitude des Ausgangssignals bei der Frequenz
durch Durchführen
einer Digitalsignalverarbeitungsfunktion bezüglich des Ausgangssignals,
so daß die
Amplitude eine Charakteristik der Tintentropfen in jeder Salve an zeigt,
wobei das elektrische Signal durch Herstellen einer Potentialdifferenz
zwischen dem Druckkopf und der Erfassungseinrichtung erzeugt wird,
wodurch bewirkt wird, daß sich
eine elektrische Ladung in den ausgestoßenen Tintentropfen sammelt
und bewirkt wird, daß das
elektrische Signal durch das Beaufschlagen der Erfassungseinrichtung
mit der gesammelten Ladung bewirkt wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist ein Tintentropfendetektor vorgesehen,
der folgende Merkmale umfaßt:
ein
Erfassungselement, das mit einem elektrischen Stimulus beaufschlagt
wird, wenn dasselbe durch eine Reihe von Tintentropfensalven kontaktiert
wird, die von einem Druckkopf ausgestoßen werden, wobei die Tintentropfensalven
in einem vorbestimmten Muster von Frequenzen erscheinen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tintentropfendetektor
ferner folgende Merkmale umfaßt:
eine
Einrichtung zum Herstellen einer Potentialdifferenz zwischen dem
Druckkopf und dem Erfassungselement, wodurch bewirkt wird, daß sich eine
elektrische Ladung in den ausgestoßenen Tintentropfen sammelt, wobei
der elektrische Stimulus das Beaufschlagen des Erfassungselements
mit der gesammelten Ladung ist;
einen Erfassungsverstärker, der
auf das vorbestimmte Muster von Frequenzen abgestimmt ist, wobei
der Erfassungsverstärker
ansprechend darauf, daß die
Tintentropfensalven das Erfassungselement kontaktieren, ein Ausgangssignal
erzeugt;
eine Verarbeitungseinrichtung, die eine Amplitude
des Ausgangssignals bei jeder Frequenz in dem vorbestimmten Muster
von Frequenzen bestimmt, so daß jede
Amplitude eine Charakterisierung der Tintentropfen in jeder entsprechenden
Salve liefert.
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Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung
minimieren die Kosten eines Druckers durch Verwenden bereits existierender
Digitalsignalverarbeitungselemente und kostengünstiger analoger Erfassungsschaltungsanordnung.
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Andere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung
offensichtlich.
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Die vorliegende Erfindung ist mit
Bezugnahme auf spezielle beispielhafte Ausführungsbeispiele derselben beschrieben
und nachfolgend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.
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1 stellt
einen kostengünstigen
Tintentropfendetektor dar, der bereits existierende Digitalsignalverarbeitungselemente
in einem Drucker zusammen mit kostengünstigen analogen Erfassungselementen
verwendet;
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2 stellt
eine beispielhafte Reihe von Tintentropfensalven dar, die während einem
Tintentropfentestzyklus von dem Druckkopf abgefeuert werden;
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3 stellt
die Digitalsignalverarbeitungsschritte dar, die durch den Druckerprozessor
durchgeführt werden;
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4 ist
ein Graph, der die Tropfenerfassungswerte über der Anzahl von Tintentropfen
zeigt, die in jedem der Salven eines Tintentropfentestzyklus enthalten
sind; und
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5abis 5c stellen verschiedene beispielhafte Konfigurationen
für das
Erfassungselement dar.
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1 stellt
einen kostengünstigen
Tintentropfendetektor dar, der bereits existierende Digitalsignalverarbeitungselemente
in einem Drucker zusammen mit kostengünstigen ana logen Erfassungselementen
verwendet. Die bereits existierenden Digitalsignalverarbeitungselemente
umfassen einen Analog/Digital-Wandler 18, einen Druckerprozessor 20 und
einen Speicher 22. Die kostengünstigen analogen Erfassungselemente umfassen
ein elektrostatisches Erfassungselement 14 und einen Erfassungsverstärker 16.
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Die Digitalsignalverarbeitungsfähigkeit,
die durch die bereits existierenden Elemente in dem Drucker geliefert
wird, ermöglicht
die Verwendung einer relativ wenig empfindlichen, langsamen und
daher kostengünstigen
Implementierung des Erfassungsverstärkers 16. Die Digitalsignalverarbeitung
ermöglicht
die Extraktion eines zuverlässigen
Tropfenerfassungswerts von dem kostengünstigen Verstärker, obwohl
das Ausgangssignal des kostengünstigen
Verstärkers
geringer sein kann als das elektrische Rauschen desselben.
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Ein Druckkopf ist während der
Tintentropfenerfassung gegenüberliegend
zu dem Erfassungselement 14 in einem Abstand von mehreren
Millimetern positioniert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Druckkopf 10 3
mm entfernt von dem Erfassungselement 14 positioniert.
Das Erfassungselement 14 kann in einer bestehenden Wartungsstation
in dem Drucker angeordnet sein. Das Erfassungselement 14 wird
durch eine Leistungsversorgung 24 mit einem Spannungspotential
V0 versorgt. Der Druckkopf 10 wird
mit einer Antriebsspannung VDRIVE zum Betätigen der
Tintentropfenabfeuerungsmechanismen seiner Düsen versorgt. Das Spannungspotential
VDRIVE, das in dem Druckkopf 10 angelegt
ist, ist im Vergleich zu V0 relativ niedrig.
Beispielsweise ist VDRIVE bei einem Ausführungsbeispiel
etwa 5 Volt und die Leistungsversorgung 24 legt eine V0 von etwa 100 Volt an. Dies führt zu einem
elektrischen Feld zwischen dem Druckkopf 10 und dem Erfassungselement 14 von
etwa 30 Volt/mm.
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Der Druckkopf 10 stößt während einem
Tintentropfentestzyklus eine Reihe von Tintentropfen 12 aus. Das
relativ hohe elektrische Feld zwischen dem Druckkopf 10 und
dem Erfas sungselement 14 bewirkt die Akkumulation elektrischer
Ladung in den Abschnitten der Tintentropfen 12 am nächsten zu
dem Erfassungselement 14, während dieselben von einer Düse des Druckkopfs 10 abscheren.
Während
sich jeder der Tintentropfen 12 von dem Druckkopf 10 trennt,
behält
er seine akkumulierte elektrische Ladung bei. Jeder der Tintentropfen 10 befördert somit
seine induzierte Ladung zu dem Erfassungselement 14.
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Folglich beaufschlagt jeder der Tintentropfen 12 eine
Spitze oder einen Impuls elektrischer Ladung auf das Erfassungselement 14,
während
derselbe Kontakt herstellt. Diese Spitzen oder Pulse auf dem Erfassungselement 14 sind
durch einen Eingangskondensator CIN mit
einem Eingang des Erfassungsverstärkers 16A wechselstromgekoppelt.
Der Erfassungsverstärker 16 erzeugt
ein Ausgangssignal 40, ansprechend auf die elektrische
Spannung, die durch die Salven der Tintentropfen 12 auf
das Erfassungselement 14 ausgeübt wird. Der Erfassungsverstärker 16 verstärkt die
Pulse und liefert Filtern.
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Der Erfassungsverstärker 16 ist
ein relativ kostengünstiger
Verstärker,
der nicht ausreichend Empfindlichkeit oder Geschwindigkeit aufweist,
um einzelne der Tintentropfen 12 zu erfassen. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der Erfassungsverstärker 16 mit
einem Zweistufeneinzelversorgungsbetriebsverstärker realisiert, der auf einem
CMOS-integrierte-Schaltung-Chip
implementiert ist. Die erste Stufe ist mit dem Erfassungselement 14 wechselstromgekoppelt
und wandelt den elektrischen Strom, der durch die Tintentropfen 12 zu
dem Erfassungselement 14 übertragen wird, in eine Spannung
um. Die zweite Stufe liefert eine Spannungsverstärkung des Spannungsausgangs
der ersten Stufe, um das Ausgangssignal 40 zu liefern.
Der Gewinn der zweiten Stufe ist eingestellt, so daß eine Millisekunde
Strompuls von 200 Picoampere an dem Eingang zu der ersten Stufe
zu einem 2,5-Volt-Pulse des Ausgangssignals 40 führt.
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Um die geringe Empfindlichkeit und
Geschwindigkeit des Erfassungsverstärkers 16 auszugleichen, werden
die Tintentropfen 12 in einer Reihe von Salven abgefeuert,
die eine vorbestimmte Frequenz oder ein vorbestimmtes Muster von
Frequenzen aufweisen. Der Erfassungsverstärker 16 ist eingestellt,
um Signale von dem Erfassungselement 14 bei der Frequenz
oder Frequenzen des vorbestimmten Musters zu verstärken. Das Ausgangssignal 40 von
dem Erfassungsverstärker 16 wird
an einen Analog/Digital-Wandler 18 geliefert, der eine digitalisierte
Version erzeugt. Diese digitalisierte Version des Ausgangssignals 40 wird
an den Druckerprozessor 20 geliefert, der den Signalverarbeitungscode 62 ausführt.
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Wenn der Druckerprozessor 20 den
Signalverarbeitungscode 62 ausführt, führt derselbe eine Digitalsignalverarbeitungsfunktion
auf der digitalisierten Version des Ausgangssignals 40 durch.
Die Digitalsignalverarbeitungsfunktion, die durch den Druckerprozessor 20 durchgeführt wird,
bestimmt einen Betrag oder eine Größe des Ausgangssignals 40 bei
der vorbestimmten Frequenz oder bei dem vorbestimmten Muster von
Frequenzen, bei der Tintentropfen von dem Druckkopf 10 ausgestoßen werden.
Dieser Betrag liefert dann einen Tropfenerfassungswert, der dann
verwendet wird, um Tintentropfen zu charakterisieren, die während einem Tintentropfentestzyklus
von dem Druckkopf 10 ausgestoßen werden. Ein Charakteristikum,
für dessen
Bestimmung der Tropfenerfassungswert verwendet wird, ist, ob während dem
Tintentropfentestzyklus irgendwelche Tintentropfen ausgestoßen wurden.
Ein weiteres Charakteristikum ist das Volumen der Tintentropfen,
die während
dem Tintentropfentestzyklus ausgestoßen werden. Ein weiteres Charakteristikum
ist die Geschwindigkeit der Tintentropfen, die während dem Tintentropfentestzyklus
ausgestoßen
werden.
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2 stellt
ein beispielhaftes Muster von Tintentropfensalven 30–32 dar,
die während
einem Tintentropfentestzyklus von dem Druckkopf 10 abgefeuert
werden. Jede der Salven 30–32 umfaßt eine
Reihe von 8 Tintentropfen. Bei ei nem Ausführungsbeispiel weist jede der
Salven 30–32 eine
Dauer von T0 und eine Periode von T1 auf. Die Gesamtzahl der Salven 30–32 in
einem Tintentropfentestzyklus ist gleich N. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die vorbestimmte Frequenz der Salven 30–32 während der
Dauer eines Tintentropfentestzyklus 1/T1.
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Bei einem Beispiel ist T0 0,8
Millisekunden und T1 ist 1,6 Millisekunden, was einen Arbeitszyklus
von 50 Prozent ergibt. Die vorbestimmte Frequenz der Salven 30–32 ist
1/1,6 Millisekunden oder 625 Hertz. Die Abfeuerungsrate von einzelnen
Tintentropfen während
jeder der Salven 30–32 ist
10 Kilohertz. Für
dieses Ausführungsbeispiel
ist der Erfassungsverstärker 16 auf
625 Hertz eingestellt, was im Vergleich zu der 10-Kilohertz- Düsenabfeuerungsrate
der von dem Druckkopf 10 relativ langsam ist.
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Ein Signalverlauf 40 stellt
das Ausgangssignal 40 des Erfassungsverstärkers 16 ansprechend
auf die Salven 30–32 dar.
Der Signalverlauf 40 weist eine periodische Form auf, die
der Frequenz der Salven 30–32 grob entspricht.
Der Analog/Digital-Wandler 18 tastet den Signalverlauf 40 während jedem
Zyklus des Signalverlaufs 40 bei gleichen Zeitintervallen
mehrere Male ab. Beispielsweise beginnt der Analog/Digital-Wandler 18
das Abtasten des Signalverlaufs 40 zu einem Zeitpunkt t1
und beendet einen Abtastzyklus zu einem Zeitpunkt t2, was genau
vor dem Beginn der Salve 31 ist. Der Analog/Digital-Wandler
beginnt dann mit dem Abtasten des nächsten Zyklus des Signalverlaufs 40,
der der Salve 31 entspricht, zu einem Zeitpunkt t3, und
so weiter.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
werden die Salven 30 –32 von
dem Druckkopf 10 in einem vorbestimmten Muster von Frequenzen
ausgestoßen.
Ein solches vorbestimmtes Muster kann ein sich verschiebendes Muster
von Frequenzen sein. Beispielsweise kann sich die Frequenz der Salven 30–32 in
einem wiederholenden Muster von 500 Hertz bis 525 Hertz zu 550 Hertz
und zurück
zu 500 Hertz verschieben. Jede Fre quenz in dem sich verschiebenden
Muster liegt innerhalb des Frequenzantwortbereichs des Verstärkers 16.
Das sich verschiebende Muster von Frequenzen vermeidet Fehler, die
durch eine Bedingung bewirkt werden können, bei der eine spezielle
Frequenz der Salven 30–32 mit
einer Frequenz von Rauschen übereinstimmt,
das in der Umgebung des Druckers existiert. Das sich verschiebende
Muster macht es wahrscheinlich, daß eine oder mehrere der Frequenzen
in dem Muster frei von Rauschen sein werden und zum Aufbereiten eines
Tropfenerfassungswerts verwendbar sind. Es ist vorzuziehen, daß die Frequenzen
in dem sich verschiebenden Muster nicht Mehrfache voneinander sind.
Es ist außerdem
vorzuziehen, daß die
Frequenzen dem sich verschiebenden Muster keine Harmonische voneinander
sind.
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3 stellt
ein Ausführungsbeispiel
der Digitalsignalverarbeitungsschritte dar, die durch den Druckerprozessor 20 durchgeführt werden,
wenn derselbe den Signalverarbeitungscode 62 ausführt. Bei
Schritt 100 verwendet der Druckerprozessor 20 den Analog/Digital-Wandler
18, um S digitalisierte Abtastwerte für jeden der N Zyklen des Ausgangssignals 40 von
dem Erfassungsverstärker 16 zu
erhalten. Bei Schritt 102 erzeugt der Druckerprozessor ein signalgemitteltes
Datenarray durch Überlagern
der S Abtastwerte für
jeden der N Zyklen des Ausgangssignals 40 und Erzeugen
eines gemittelten Werts für
jeden der S Abtastwerte. Die gemittelten Werte in dem signalgemittelten
Datenarray eliminieren Rauschen in dem Ausgangssignal 40.
Das signalgemittelte Datenarray enthält 5 gemittelte Werte.
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Bei Schritt 104 bestimmt der Druckerprozessor 20 einen
Tropfenerfassungswert von dem signalgemittelten Datenarray durch
Anpassen des Datenarrays an einen Zielsignalverlauf mit einer Frequenz
gleich der vorbestimmten Frequenz der Salven 30–32.
Bei einem Ausführungsbeispiel
wird das signalgemittelte Datenarray an eine Funktion angepaßt, die
die folgende Form aufweist:
Asin(ωt + θ)
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sDie Amplitude A liefert den Tropfenerfassungswert,
der die Amplitude des Ausgangssignals 40 bei der vorbestimmten
Frequenz der Tropfen 30–32 ist, die w ist.
Bei dem obigen Beispiel ist w gleich 625 Hertz. Der Phasenwinkel Θ ist ein
Charakteristikum der speziellen Implementierung des Erfassungsverstärkers 16 und
wird bei einem Ausführungsbeispiel
durch eine Messung bestimmt und für den Druckerprozessor 20 gespeichert.
Alternativ kann der Phasenwinkel θ als eine Variable auf gleiche
Weise abgeleitet werden wie die Amplitude A.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Zielsignalverlauf eine Rechteckwelle, die die vorbestimmte
Salvenzyklusfrequenz aufweist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Zielsignalverlauf ein experimentell abgeleiteter Signalverlauf,
der mit der tatsächlich
gemessenen Antwort des Erfassungsverstärkers 16 übereinstimmt.
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Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
extrahiert der Druckerprozessor
20 den Tropfenerfassungswert
von dem Datenarray durch Multiplizieren des Datenarrays durch ein
Sinusarray und ein Kosinusarray, anschließendes Summieren der Ergebnisse
und dann Ziehen der Quadratwurzel der Summe der Quadrate gemäß der folgenden
Gleichung:
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Der Druckerprozessor 20 ist
mit Nachschlagetabellen versehen, die die Werte für die Sinus-
und Kosinusarrays enthalten.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
führt der
Digitalsignalprozessor 20 eine schnelle Fourier-Transformation
(FFT) an der digitalisierten Version des Ausgangssignals 40 durch
und extrahiert dann die Amplitude bei den Frequenzen von Interesse,
nämlich
der vorbestimmten Frequenz der Salven 30 –32.
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Der resultierende Tropfenerfassungswert
bei Schritt 104 ist proportional zu der Anzahl von Tropfen, die
von dem Druckkopf 10 abgefeuert werden. Der resultierende
Tropfenerfassungswert ist ebenfalls proportional zu dem Volumen
der Tintentropfen, die ausgestoßen
werden, und der Geschwindigkeit der Tintentropfen, die ausgestoßen wurden,
abhängig
davon, welches Charakteristikum bestimmt wird. Beispielsweise ist
der Tropfenerfassungswert eine lineare Funktion der Anzahl von Tintentropfen
in jeder der Salven 30–32,
der Anzahl von Düsen,
die während
jedem der Salven 30–32 abgefeuert
werden, und der Vorspannung V0, die an das Erfassungselement 14 angelegt
wird, falls die Geschwindigkeit und das Volumen der Tintentropfen
konstant bleiben.
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Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem die
Tropfen 30–32 in
einem vorbestimmten Muster von Frequenzen angeordnet sind, kann
der Schritt der Signalmittelbildung minimiert oder ausgelassen werden.
Ein Tropfenerfassungswert wird für
jede der Frequenzen in dem vorbestimmten Muster der Salven 30–32 bestimmt,
unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken oder deren Äquivalente.
Beispielsweise kann für
jede Frequenz in dem vorbestimmten Muster ein Datenarray erzeugt
werden, und ein Signalverlaufanpassungsschritt kann an jedem der
Datenarrays durchgeführt
werden. Die resultierenden Tropfenerfassungswerte werden dann für eine Vielzahl
von Bestimmungen verwendet, wie es hierin nachfolgend beschrieben
ist.
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4 ist
ein Graph, der den Tropfenerfassungswert über der Anzahl von Tintentropfen
zeigt, die in jeder der Salven 30–32 eines Tintentropfentestzyklus
enthalten sind. Der Graph zeigt die Vorteile der Verwendung von
Tintentropfensalven mit mehreren Tintentropfabfeuerungen bezüglich der
relativ geringen Empfindlichkeit des Erfassungsverstärkers 16.
Beispielsweise erzielt der Erfassungsverstärker 16 bei der Frequenz von
Interesse ein niedriges Ausgangssignal, wie es durch den Graph gezeigt
ist, wenn in jeder der Salven 30–32 5 oder weniger
Tropfen enthalten sind.
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Die Werte bei diesem Graph werden
durch den Druckerprozessor 20 für eine nachfolgende Verwendung
gespeichert, wenn Tintentropfen erfaßt werden oder Tintentropfen,
die von dem Druckkopf 10 ausgestoßen werden, charakterisiert
werden. Die Daten für
diesen Graph können
zu dem Zeitpunkt der Herstellung in eine Tabelle in dem Signalverarbeitungscode 62 vorprogrammiert
werden, oder der Druckerprozessor 20 kann die Daten zu
jedem Zeitpunkt nach der Herstellung sammeln.
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Der Druckerprozessor 20 vergleicht
den Tropfenerfassungswert oder die Werte, die von einem Tintentropfentestzyklus
erhalten werden, mit der gespeicherten Darstellung dieses Graph,
um die Anzahl von Tropfen zu bestimmen, die durch den Druckkopf 10 während dem
Tintentropfentestzyklus abgefeuert werden. Falls der Tropfenerfassungswert
von einem Tintentropfentestzyklus beispielsweise innerhalb eines
Toleranzwerts der Anzahl N1 liegt, kann daraus geschlossen werden,
daß während jeder
der Salven 30–32 10
Tintentropfen das Erfassungselement 14 getroffen haben.
Falls die Antriebssteuerelektronik für den Druckkopf 10 zehn
Abfeuerungen pro Salve betätigt
hat, kann daraus geschlossen werden, daß die spezielle Düse des Druckkopfs 10,
der getestet wird, richtig funktioniert. Falls andererseits die
Antriebssteuerelektronik 10 Abfeuerungen betätigt hat
und der resultierende Tropfenerfassungswert wesentlich unterhalb
N1 liegt, kann daraus geschlossen werden, daß die spezielle zu testende
Düse nicht
richtig funktioniert.
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Die Tropfenerfassungswerte sind sinnvoll
zum Aufbereiten einer Gut/Schlecht-Entscheidung für jede der
Düsen in
dem Druckkopf 10. Beispielsweise testet der Druckerprozessor 20 bei
einem Ausführungsbeispiel opportunistisch
einige Düsen
während
dem Betrieb am Ende eines Druckzyklus auf einer Seite. Falls der
Tropfenerfassungswert von einem speziellen Tintentropfentestzyklus
zu niedrig ist, legt der Drucker den Druckkopf 10 an die
Wartungsstation in dem Drucker an. Falls nach einer mehrfachen Reinigung
die spezielle Düse
oder die Düsen
nach wie vor schlecht sind, kann der Druckerprozessor 20 dessen
Druckalgorithmus einstellen, der in dem Druckcode 60 enthalten
ist, um die schlechte Düse
auszugleichen oder einem Benutzer eines Druckers eine Fehleranzeige
zu liefern, daß der
Druckkopf 10 ersetzt werden sollte.
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Der Tropfenerfassungswert ist auch
sinnvoll zum Charakterisieren der einzelnen Düsen des Druckkopfs 10,
um eine Grauskalierung oder Farbauflösung zu verbessern. Beispielsweise
kann der Druckerprozessor 20 kumulative Tropfenerfassungswerte
für jede
der Düsen
des Druckkopfs 10 erhalten. Diese Pro-Düse-Tropfenerfassungs-Daten
können
verwendet werden, um die Größe oder
das Volumen der einzelnen Tropfen, die durch spezielle Düsen in dem
Druckkopf 10 ausgestoßen
werden, auf einer Pro-Düse-Basis
zu schätzen.
Das Volumen von Tintentropfen von einzelnen Düsen kann aufgrund einer Prozeßschwankung
während der
Herstellung des Druckkopfs 10 variieren. Das Volumen von
Tintentropfen von einer speziellen Düse kann auch im Verlauf der
Zeit variieren, während
der Druckkopf 10 übermäßig verwendet
wird. Der Druckerprozessor 20 kann die Pro-Düse-Tropfenerfassungs-Daten verwenden,
um die Anzahl von Tintentropfen, die von speziellen Düsen ausgestoßen werden,
für einen
gewünschten
Grauskalierungspegel einzustellen.
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Der Tropfenerfassungswert ist auch
sinnvoll zum Einstellen der Antriebsspannungen für einzelne oder Gruppen von
Düsen in
einem thermischen Druckkopf, um die Lebensdauer der Wärmeelemente
zu verbessern, die in demselben enthalten sind. Prozeßsteuerschwankungen
während
der Herstellung eines thermischen Druckkopfs können bewirken, daß bestimmte
Düsen bei
einer höheren
oder niedrigeren Antriebsspannung abfeuern als andere. Außerdem können Gruppen
von Düsen
höhere
Antriebsspannungen erfordern, aufgrund von Busschwankungen bei einem
thermischen Druckkopf und auf Prozeßsteuerschwankungen zwischen
den Düsen.
Darüber
hinaus können
diese Einschaltenergiepegel für
einzelne Düsen
im Verlauf der Zeit mit ausgedehnter Verwendung des thermischen
Druckkopfs variieren. Der Druckerprozessor könnte Abfeuerungsversuche an
einzelnen Düsen
oder Gruppen von Düsen
durchführen,
um den minimalen Antriebsspannungspegel zu erfassen, der zum Abfeuern
von Tintentropfen erforderlich ist. Während diesen Versuchen variiert
der Druckerprozessor 20 die Antriebsspannungen oder die
Pulsbreite der Antriebsspannungen, bis der Tropfenerfassungswert
optimale Antriebsbedingungen für
eine spezielle Düse
anzeigt. Der Druckerprozessor 20 wählt einen Minimalspannungsbetriebspunkt
aus, der die Lebensdauer der Wärmeelemente
in dem thermischen Druckkopf erweitert.
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5a-5c zeigen
verschiedene Konfigurationen für
das Erfassungselement 14. Bei jeder Konfiguration ist das
Erfassungselement in einer Mulde oder einem Speibecken enthalten,
das Testtintentropfen aufnimmt, die von dem Druckkopf 10 abgefeuert
werden. Das Speibecken verhindert, daß Testtintentropfen andere
Teile des Druckers verunreinigen. Das Speibecken kann ein bestehendes
Speibecken in der Wartungsstation des Druckers sein, oder ein zusätzliches
Speibecken, das für
eine Tintentropfenerfassung vorgesehen ist.
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5a zeigt
das Erfassungselement 14 als eine Schicht von elektrisch
leitfähigem
Kunststoffschaum, der in einem Speibecken 50 angeordnet
ist. Die Schaumschicht 14 ist kompri mierbar und absorbiert
Tintentropfen, um eine Druckerverunreinigung zu verhindern. Die
Schicht 14 ist durch eine elektrische Signalleitung (nicht
gezeigt) elektrisch mit dem Eingangskondensator CIN für den Erfassungsverstärker 16 gekoppelt.
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5b zeigt
das Erfassungselement 14 als ein Gitter von feinem rostfreien
Stahldraht, der an der Öffnung
des Speibecken 54 positioniert ist. Der rostfreie Stahldraht 14 ist
durch eine elektrische Signalleitung (nicht gezeigt) elektrisch
mit dem Eingangskondensator CIN für den Erfassungsverstärker 16 gekoppelt.
Das Speibecken 54 enthält
eine Schicht 52 aus nicht leitfähigem Schaum, der die Testtintentropfen
absorbiert.
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5c zeigt
eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application
Specific Integrated Circuit) 64, die in der Mulde eines
Speibeckens 54 enthalten ist. Die ASIC 64 implementiert
die Schaltungsanordnung des Erfassungsverstärkers 16. Die ASIC 64 ist
durch eine isolierende Schicht 68 umhüllt. Das Erfassungselement 14 ist
eine Metallschicht, die auf der isolierenden Schicht 68 angeordnet
ist, und ist durch ein Durchgangsloch 66 durch die isolierende
Schicht 68 elektrisch mit der Schaltungsanordnung auf der
ASIC 64 gekoppelt. Eine Schicht 60 aus isolierendem
Schaum bedeckt die Mulde des Speibeckens 56.
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Bei einer Alternative zum Plazieren
in einem Speibecken einer Wartungsstation kann das Erfassungselement 14 unter
einem Papierweg in einem Druckbereich gegenüberliegend zu dem Druckkopf 10 positioniert sein.
Ein solches Erfassungselement 14 kann aus einer leitfähigen Anschlußfläche aus
Schaum oder einem metallischen oder einem leitfähigen Kunststoffbauglied aufgebaut
sein.
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Die vorhergehende detaillierte Beschreibung
der vorliegenden Erfindung ist zu Darstellungszwecke vorgesehen
und soll nicht ausschließlich
sein oder die Erfindung auf das genau offenbarte Ausführungsbeispiel beschränken. Folglich
ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die angehängten Ansprüche definiert.