Anordnung zur Überwachung der Funktion eines Tintendruckkopfes

Abstract

 Anordnung zur Überwachung der Funktion eines Tintendruckkopfes. Es wird eine Erhöhung der Funktionssicherheit durch Erhöhung der Überwachungsgenauigkeit bei gesenktem Aufwand angestrebt. Aufgabengemäß soll eine ständige Überwachung durch Auswertung des Druckbildes erfolgen, wobei die Helligkeit des Aufzeichungsträgers ohne Einfluß auf die Überwachungsgenauigkeit sein soll.
Erfindungsgemäß ist nach dem Tintendruckkopf 1 ein Abtastkopf 2 mit mindestens zwei Schleifelektroden 21 einerseits auf den Aufzeichnungsträger 4 aufgesetzt und andererseits mit einer Auswerteschaltung 3 verbunden, die wiederum ausgangseitig mit der Ansteuerschaltung 5 für den Tintendruckkopf 1 verbunden ist.
In der Auswerteschaltung 3 werden die Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Aufzeichnungsträgers 4 zwischen den Schleifelektroden erfaßt.
Die Anordnung ist sowohl für Tintendruckköpfe nach dem Bubble-Jet-Prinzip als auch für Tintendruckköpfe mit Piezoaktoren geeignet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung der Funktion eines Tintendruckkopfes.
Derartige Druckköpfe werden in Bürodruckern und neuerdings auch in Frankiermaschinen und Produktbeschriftungsgeräten eingesetzt.
Ausfälle einzelner Düsen eines Tintendruckkopfes können entstehen durch:

• Verstopfung der Düsen- beziehungsweise Tintenkanäle durch Tintenpartikel,
• Verstopfung der Düsenöffnungen durch eingetrocknete Tinte oder/und Staub,
• Unterbrechung der Tintenkapillare durch Blasenbildung beziehungsweise Meniskusabriß,
• Gaseinschlüsse in der Tintenkammer,
• Fehler in der Ansteuerelektronik.

[0002] Diese Druckausfälle sind nicht nur störend im Schriftbild, sondern besonders kritisch bei sicherheitstechnisch relevanten Druckbilddaten, wie Wert, Datum, Maschinennummer bei Frankiermaschinen. Da eine Verschmutzung einzelner Düsen durch Staub jederzeit während des Betriebes möglich ist, kann ein Funktionsausfall einzelner Düsen selbst in unmittelbarem Anschluß an eine Funktionsprüfung des Tintendruckkopfes auftreten.
Deshalb besteht schon seit langem das Bedürfnis nach einer möglichst durchgängigen Überwachung von Tintendruckköpfen.

[0003] Es ist bekannt, vergleiche EP 0 257 570 A2, EP 0331 352 A2 und EP 0 416 849 B1, alle Druckdüsen eines Tintendruckkopfes pro Druckdurchlauf einmal anzusteuern, so daß ein Strich quer zur Zuführrichtung der Poststücke entsteht. Anschließend wird dieser Strich mittels eines optischen Sensors abgetastet.
Üblicherweise wird als optischer Sensor ein CCD-Zeilensensor eingesetzt, der bei beispielsweise 200 Düsen - je Düse beziehungsweise Druckpunkt eine Fotodiode - an sich relativ kostspielig ist, hinzu kommt noch eine aufwendige Auswerteschaltung, siehe auch EP 0 397 810 B1. Eine ständige Überwachung liegt hierbei nicht vor. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß der Frankierdruck mit roter Tinte auf Aufzeichnungsträger von sehr unterschiedlicher Helligkeit erfolgt, demzufolge kann die Helligkeitsdifferenz zwischen unbedrucktem und bedrucktem Aufzeichnungsträger von Fall zu Fall auch sehr unterschiedlich sein.
Bei einem dunklen Aufzeichnungsträger kann sie so gering sein, daß an die Empfindlichkeit des optischen Sensors kaum erfüllbar hohe Anforderungen gestellt werden.

[0004] Außerdem ist eine Vorrichtung zur Überwachung von Tintendruckköpfen bekannt, vergleiche DE 40 23 390 A1, bei der ein Ultraschallsensor die beim Druckvorgang emittierten Schallwellen aufnimmt und als Signal an eine Auswerteeinheit leitet. Der Ultraschallsensor ist entweder auf einer den Tintendruckkopf tragenden Kontaktplatte angeordnet oder im Aufbau des Tintendruckkopfes - sofern dieser schichtenweise aufgebaut ist - in Dünnfilmtechnik integriert.
Als Ultraschallsensoren sind Piezosensoren, Oberflächenfilter oder Polyphenylfolien verwendbar.

[0005] Mit dieser Vorrichtung kann die Funktion der einzelnen Tintendruckkammer beziehungsweise Düse festgestellt werden, jedoch nicht, ob der Tintentropfen auch an der zugeordneten Stelle auf dem Aufzeichnungsträger landet. Das bedeutet, die recht häufigen Schiefspritzer werden hiermit nicht erfaßt. Hinzu kommt, daß die Auswerteeinheit desto umfangreicher und komplizierter sein muß, je weniger Ultraschallsensoren man einsetzen will.

[0006] Zweck der Erfindung ist eine Erhöhung der Funktionssicherheit von Tintendruckköpfen durch Erhöhung der Überwachungsgenauigkeit bei gesenktem Aufwand.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ständige Überwachung der Funktion eines Tintendruckkopfes durch Auswertung des Druckbildes vorzunehmen, wobei die Helligkeit des Aufzeichnungsträgers ohne Einfluß auf die Überwachungsgenauigkeit beziehungsweise die Empfindlichkeit der Prüfanordnung sein soll.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den Patentansprüchen gelöst.

[0009] Die Erfindung geht von zwei seit langem bekannten, aber bezüglich dem erfinderischen Zweck bisher unbeachtet gebliebenen, Sachverhalten aus.

[0010] Erstens wird für dokumentenechte Abdrucke, wie Frankierabdrucke, eine Tinte eingesetzt, die sowohl auf Wasseranteilen als auch überwiegend auf Lösungsmitteln, wie Glykol, basiert.
Wenn Tintentröpfchen auf dem Aufzeichnungsträger auftreffen, so werden dieselben sofort von diesem aufgenommen. Man bezeichnet das als "die Tinte schlägt im Papier weg". Die Druckstellen sind dann zwar wischfest, die gebundene Tinte ist aber im Aufzeichnungsträger noch flüssig. Damit ist die Leitfähigkeit in den frischen Druckpunkten größer als in den unbedruckten Stellen.
Zweitens sind Ausführungsformen von Thermodruckköpfen bekannt, die an ihrer Stirnseite eine kammförmige Struktur von Elektroden aufweisen, an denen das Farbband gemeinsam mit dem Aufzeichungsträger entlanggeführt wird, vergleiche EP 0 067 969 B1 und DE 32 18 731 A1. Bekanntlich ist beim üblichen Thermodruckverfahren zwischen Aufzeichnungsträger und Thermodruckkopf ein wärmeempfindliches Farbband angeordnet, von dem gezielt Farbteile durch partielle Wärmeeinwirkung auf den Aufzeichnungsträger übertragen werden.
Bei einer anderen Ausführungsform, vergleiche DE 28 55 631 A1 und DE 31 43 135 C2, weist der Thermodruckkopf gleichfalls einen Schreibkamm auf, bei dem Elektroden nebeneinanderliegend auf einen Träger angeordnet sind und mit einer Ansteuerschaltung in Verbindung stehen. Farbband und Aufzeichnungsträger sind hierbei aber eins. Es werden partiell Metallpartikel herausgebrannt und dadurch eine Farbschicht freigelegt.

[0011] Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Elektroden als Fühler beziehungsweise Schleifelektroden auf den Aufzeichnungsträger aufgesetzt und in einer nachgeschalteten Auswerteschaltung die Änderung der Leitfähigkeit jeweils zwischen zwei Elektroden erfaßt.
Anstatt der Durchgangswiderstandsänderung kann auch eine Kapazitätsänderung ausgewertet werden.

[0012] Analog zum Thermodruckkopf werden die Schleifelektroden zu einem Abtastkopf zusammengefaßt und mit entsprechenden Steuerschaltungen versehen.

[0013] Der Abtastkopf wird in Transportrichtung des Aufzeichnungsträgers nach dem Tintendruckkopf angeordnet. Der Abstand zwischen Abtastkopf und Tintendruckkopf wird so gewählt, daß die Tinte im Aufzeichnungsträger gerade weggeschlagen ist. Das heißt, die Druckpunkte sind wischfest, aber noch nicht vollständig getrocknet.
Kennzeichnend für die zu prüfenden Druckbilder ist, daß sie eine geschlossene Verbindung zwischen den Schleifkontakten schaffen.

[0014] Die Fehlertoleranz des Sensors ist über die Anordnung der Schleifkontakte an unterschiedlichen Stellen - Schleifelektrodenkamm mit unterschiedlichen Lücken - in unterschiedlicher Breite und in unterschiedlicher Anzahl sowie in unterschiedlichem Abstand untereinander modifizierbar.

[0015] Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, möglichst viele Schleifkontakte - maximal ein Schleifkontakt mehr als Düsen im Tintendruckkopf sind - vorzusehen und prozessorgesteuert den Zeitpunkt der Messung zwischen ganz unterschiedlichen Paaren von Schleifkontakten in Abhängigkeit von der ausgelösten Soll-Druckinformation zu steuern. Es ist auch die gleichzeitige Abfrage mehrerer Schleifkontaktpaare denkbar.

[0016] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß auf Grund der federnden Schleifelektroden eine ständige Selbstreinigung des Abtastkopfes erfolgt und eine Verschmutzung der Kontakte vermieden wird.

[0017] Vor Beginn jeder Messung ist ein automatischer Nullabgleich, bezogen auf den trockenen, jeweils eingesetzten Aufzeichnungsträger, möglich.

[0018] Die Anordnung ist für alle Tintendrucktechnologien, wie Bubble-Jet, Piezo, Continuous gleichermaßen gut geeignet.

[0019] Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Fig. 1

Ein Blockschaltbild einer Anordnung mit einem Tintendruckkopf und einer Druckbildauswertung,

Fig. 2

ein ausführliches Blockschaltbild der Druckbildauswertung.

[0021] Zur Vereinfachung und zum leichteren Verständnis ist die Darstellung schematisiert ausgeführt.

[0022] Gemäß Fig. 1 wird ein Tintendruckkopf 1 von einer Ansteuerschaltung 5 angesteuert. Entsprechend den von einem Ausgang 52 übergebenen Ansteuerdaten erzeugt der Tintendruckkopf 1 Druckpunkte beziehungsweise ein Druckpunktmuster auf einem Aufzeichnungsträger 4.

[0023] Der Aufzeichungsträger 4 wird im Druckbereich nach dem Tintendruckkopf 1 mittels eines Abtastkopfes 2 mit Schleifelektroden 21 abgetastet. Die Schleifelektroden 21 sind federnd kraftschlüssig auf den Aufzeichnungsträger 4 aufgesetzt. Die Änderungen der elektrischen Eigenschaften - Leitwert, Dielektrizitätskonstante - zwischen zwei Schleifelektroden 21 werden als elektrische Signale an eine mit dem Abtastkopf 2 verbundene Auswerteschaltung 3 gegeben und in dieser ausgewertet. Das Auswerteergebnis wird der Ansteuerschaltung 5 für den Tintendruckkopf 1 zugeleitet und in derselben mit dem Druckimpulsmuster verglichen, das den abgetasteten Druck ausgelöst hat. Wenn das Vergleichsergebnis Abweichungen über ein zulässiges Maß hinaus aufweist, werden der Druckvorgang gesperrt und für den Tintendruckkopf ein Reinigungszyklus eingeleitet. Danach wird wieder auf Druckbetrieb mit Überwachung umgeschaltet. Sollten nach wie vor unzulässig große Abweichungen auftreten, so wird die Druckeinrichtung gänzlich gesperrt. Die Ablaufsteuerung erfolgt durch die Ansteuerschaltung 5, die einen Master-Prozessor enthält.

[0024] Gemäß Fig. 2 ist der Abtastkopf 2 mit n-Schleifelektroden 21 und n Ausgängen 22 versehen. Die Ausgänge 22 sind an erste Eingänge 311 eines ersten "1 aus n"-Multiplexers 31 und an erste Eingänge 321 eines zweiten "1 aus n"-Multiplexers 32 angeschlossen. Zweite Eingänge 312, 322 der Mulitplexer 31, 32 sind gemeinsam mit einem Multiplex-Steuerausgang 351 eines Slave-Prozessors 35 verbunden.
Gesteuert von dem Slave-Prozessor 35 werden jeweils ein ausgewählter erster Eingang 311, 321 jedes Multiplexers 31, 32 aktiviert und dadurch das zugehörige Ausgangssignal angenommen beziehungsweise zwei der 1 bis n Ausgänge 22 des Abtastkopfes 2 abgefragt.
Besteht das Bedürfnis, gleichzeitig zwei oder mehr Druckpunktlinien auszuwerten, so werden dafür dann vier oder entsprechend mehr "1 aus n"-Mulitplexer benötigt.
Beiden Multiplexern 31, 32 ist ein gemeinsamer Impedanzwandler 33 nachgeschaltet, der wiederum über einen A/D-Wandler 34 und nachfolgende Datenleitungen mit Eingängen 353 des Slave-Prozessors 35 verbunden ist. Der Slave-Prozessor 35 ist mit seinem Ausgang 352 mit einem Steuereingang 51 der Ansteuerschaltung 5 zusammengeschaltet. Wie aus den vorstehenden Ausführungen entnehmbar ist, kann ein Abtastkopf 2 minimal mit zwei Schleifelektroden bestückt sein, die entsprechend dem Außenbereich des Druckes oder entsprechend dem besonders relevanten Innenbereich des Druckes angeordnet sein können. Das ist eine Ermessensfrage, da Schiefspritzer die Drucklinie zwischen zwei Elektroden unterbrechen können und dann als Fehler erfaßt werden.

Verwendete Bezugszeichen:

[0025] 

1

Tintendruckkopf

2

Abtastkopf mit Schleifelektroden

21

Schleifelektroden

22

Ausgänge des Abtastkopfes 2

3

Auswerteschaltung

31

erster "1 aus n"-Multiplexer

311

erste Steuereingänge des ersten "1 aus n"-Multiplexers

312

zweiter Steuereingang des ersten "1 aus n"-Multiplexers

32

zweiter "1 aus n"-Multiplexer

321

erste Steuereingänge des zweiten "1 aus n"-Multiplexers

322

zweiter Steuereingang des zweiten "1 aus n"-Multiplexers

33

Impedanzwandler

34

Impedanzwandler

34

A/D-Wandler

341

Datenausgänge des A/D-Wandlers 34

35

Slave-Prozessor

351

Multiplex-Steuerausgang des Slave-Prozessor 35

352

Datenausgang des Slave-Prozessor 35

4

Aufzeichnungsträger

5

Ansteuerschaltung für den Tintendruckkopf

51

Steuereingang der Ansteuerschaltung

52

Datenausgang der Ansteuerschaltung

d

Durchmesser eines Druckpunktes

dma

maximaler Abstand zweier Schleifelektroden 21

dmi

minimaler Abstand zweier Schleifelektroden 21

m

Anzahl der Düsen eines Tintendruckkopfes 1

n

Anzahl der Schleifelektroden eines Abtastkopfes

Ansprüche

1. Anordnung zur Überwachung der Funktion eines Tintendruckkopfes mittels Auswertung des Druckbildes auf dem Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Tintendruckkopf (1) ein Abtastkopf (2) mit mindestens zwei Schleifelektroden (21) einerseits auf den Aufzeichnungsträger (4) aufgesetzt und andererseits mit einer Auswerteschaltung (3) verbunden ist, die zur Erfassung von Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Aufzeichnungsträgers (4) zwischen den Schleifelektroden (21) dient.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Abstand (dmi) zweier benachbarter Schleifelektroden (21) gleich ist dem Durchmesser (d) eines Druckpunktes und daß der maximale Abstand (dma) zweier benachbarter Schleifelektroden (21) gleich ist der längsten von Druckpunkten gebildeten Linie quer zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers (4) in einem Druckdurchlauf.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl (n) der Schleifelektroden (21) um eins größer ist als die Anzahl (m) der Düsen des Tintendruckkopfes (1).

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (3) ausgangsseitig mit einem Steuereingang (51) einer Ansteuerschaltung (5) für den Tintendruckkopf (1) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (3) aus mindestens zwei "1 aus n"-Multiplexern (31, 32), einem diesen nachgeschalteten, gemeinsamen Impedanzwandler (33), einem diesem nachgeschalteten A/D-Wandler (34) sowie einem nachfolgenden Slave-Prozessor (35) besteht,
daß die Ausgänge (22) des Abtastkopfes (2) über n-Datenleitungen mit ersten Steuereingängen (311, 321) der Multiplexer (31, 32) verbunden sind,
daß ein Multiplex-Steuerausgang (351) des Slave-Prozessors (35) mit zweiten Steuereingängen (312, 322) der Multiplexer (31, 32) verbunden ist und
daß ein Datenausgang (352) des Slave-Prozessors (35) mit einem Steuereingang (51) der einen Master-Prozessor enthaltenden Ansteuerschaltung (5) für den Tintendruckkopf (1) verbunden ist.

Zeichnung