[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung
von Fehlfunktionen von Düsen an Düsenstöcken eines Tintenstrahldruckers gemäss Anspruch
1 und Anspruch 7.
[0002] Für die Erzeugung von dekorierten Oberflächen auf einem Substrat, wie beispielsweise
keramische Fliesen, Möbelteile, Laminatfussböden, Paneele für Innen- und Aussenwände,
Bautextilien, grossformatige Fotos, werden in einem immer grösseren Umfang Digitaldrucker
insbesondere Tintenstrahldrucker eingesetzt. Ein Vorteil dieser sogenannten "drop
on demand" Technologie (DOD) gegenüber dem klassischen Tiefdruck oder Offsetdruck
ist die Fähigkeit, kleine Losgrössen ohne grossen Umrüstungsaufwand produktiv herstellen
zu können. Ferner sind Digitaldrucker im Vergleich zu den klassischen Druckvorrichtungen,
welche mit geprägten Zylindern, mit rotierenden Sieben oder mit Druckplatten arbeitenden
Verfahren funktionieren, wesentlich kompakter und einfacher zu bedienen.
[0003] Tintenstrahldrucker sind Matrixdrucker, bei denen durch den gezielten Abschuss bzw.
das Ablenken kleiner Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird.
[0004] Hochleistungs-Tintenstrahldrucker schleudern typischerweise bis zu einer Milliarde
kleinster Tintentröpfchen pro Quadratmeter auf ein zu bedruckendes Substrat, welches
unter einer Anzahl Düsen wenigstens eines Düsenstocks vorbeigeführt wird. Jedes einzelne
kleine Tröpfchen transportiert dabei ein Tintenvolumen von wenigen Pico - Litern.
Die aus den kleinen Düsen herausgeschleuderten Tröpfchen werden mit Auswurffrequenzen
von bis zu 20 kHz auf ein Substrat aufgetragen. Für einen Farbdruck werden in der
Regel Tinten in den Farben Cyan, Magenta, Gelb und der Schlüsselfarbe Schwarz (CMYK-
Farbmodell) verwendet. Das CMYK - Farbmodell ist ein subtraktives Farbmodell, das
die technische Grundlage für den modernen Vierfarbdruck bildet. Die Abkürzung CMYK
steht für die drei Farbbestandteile Cyan, Magenta, Yellow und den Schwarzanteil Key
als Farbtiefe. Ferner können zur Steigerung der Qualität, insbesondere beim Fotodruck,
Zusatzfarben, verwendet werden.
[0005] Wenn auch die Technologie der Druckköpfe und der eingesetzten Tinten sich in den
letzten Jahren stark verbessert hat, so bleibt eine für den Tintenstrahldruck spezifische
Fehlerquelle bestehen, nämlich die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Düse infolge
einer Verstopfung durch Fremdteile oder durch eingetrocknete Tintenreste blockiert
und damit keine Tröpfchen mehr ausstossen kann, oder aber im umgekehrten Fall, dass
eine Düse nicht mehr schliesst und permanent Tröpfchen ausstösst. Häufig sind dies
auch sogenannte "stotternde Düsen", d.h. unsicher schaltende Düsen.
[0006] Durch einen Düsenfehler entstehen linienförmige Störungen im Bild des ausgedruckten
Musters, welche je nach Ausprägung, nach Farbe und / oder nach dem Bildmuster in der
Umgebung der ausgefallenen Düsenspur selbst mehr oder weniger visuell auffällig sind.
Diese Störungen im Druckbild können eine erhebliche Qualitätsminderung darstellen.
[0007] Derzeit wird bei grosstechnischen Anwendungen des Tintenstrahldrucks regelmässig
eine visuelle Beobachtung durch das Bedienungspersonal durchgeführt. Im Falle eines
sichtbaren Düsenfehlers wird üblicherweise der Produktionsprozess gestoppt und die
Düsenköpfe in einem meistens automatisch ablaufenden Reinigungszyklus mit speziellen
Flüssigkeiten gereinigt. Jeder solcher Reinigungszyklus bedeutet einen Produktionsstillstand,
welcher typischerweise mit einem Produktionsausfall von cirka 5 bis 15 Minuten einhergeht.
Eine permanente visuelle Überwachung durch das Bedienungspersonal ist zudem kostenintensiv
und nicht sehr zuverlässig.
[0008] Eine Abhilfe wird durch eine häufige routinemässige Durchführung von Reinigungszyklen
als vorbeugende Massnahme zur Vermeidung dieser Druckfehler geschaffen. Jedoch führen
auch diese Reinigungszyklen zu Produktionsausfällen.
[0009] Einige Hersteller entwickelten Druckköpfe mit integrierten Sensoren zur einzelnen
Überwachung jeder Düse. Neben einem erhöhten konstruktiven und kostenintensiven Aufwand
ist auch hierbei ein automatisches Auslösen einer Reinigung erforderlich. Dies ist
jedoch mit einem Produktionstop und damit mit einem Absinken der Produktivität verbunden.
[0010] Die
US 2007/0195351 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur Reduzierung der Sichtbarkeit von Fehlern
des Tintenstrahldrucks beim Bedrucken klassischer Printmedien, Hierbei wird das bedruckte
Medium mit einem Scanner abgetastet, die Fehlstellen analysiert und einfache Korrekturmassnahmen
vorgenommen. Voraussetzung hierbei ist jedoch, dass der Düsenfehler unmittelbar nach
dem Druck in dem vom Scanner erzeugten Inspektionsbild gut sichtbar ist und als Vergleichsinformation
für eine Sichtbarkeit des Fehlers ein fehlerfreies elektronisches Soll-Bild zur Verfügung
steht.
[0011] In der
US 2005 / 0078138 A1 ist ein Verfahren beschrieben, indem mit Hilfe eines Lasers und einer optischen Sensorik
ein korrekter Tröpfchenauswurf aus den zahlreichen Düsen eines Düsenstock überwacht
werden kann. Solche "Tröpfchen-Beobachtungs-Sensoren" sind einerseits sehr schwierig
in den engen Zwischenraum zwischen Düsenplatte und Substrat einzubauen und andererseits
mit erhöhten Kosten verbunden. Zudem liefert eine derartige Überwachung keine Aussage
über die Sichtbarkeit des Düsenfehlers im fertigen Druckbild.
[0012] Die
US 6,352,331 B1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem in bestimmten Zeitintervallen Testmuster auf
das Substrat gedruckt werden. Diese Muster werden mit Hilfe von Kamerasystemen erfasst
und auf Düsenfehler untersucht. Systeme, welche Testmuster benötigen, haben den erheblichen
Nachteil, dass sie die Produktion des laufenden Auftrags unterbrechen. Diese Testmuster
müssen dann wieder aus dem Druckauftrag entfernt werden. Dies ist insbesondere beim
Bedrucken von kontinuierlichen Bahnen, wie beispielsweise Dekorfolie als Rollenware
für die Möbelindustrie, von erheblichem Nachteil.
[0013] Die
EP 1 642 089 B1 lehrt ein auf der Besonderheit der menschlichen Wahrnehmung von mehrfarbig gemusterten
Strukturen, wie beispielsweise Holzdekore, beruhendes Verfahren der Qualitätsüberwachung
von Dekordruck durch gleichzeitige Überwachung der Farbstatistiken und der Bildschärfe.
Insbesondere beschreibt diese Schrift, dass eine Veränderung der Bildschärfe als Farbverschiebung
wahrgenommen wird. Ausfallende Tintenstrahldüsen bilden einen derartigen Ort reduzierter
Bildschärfe und können daher über die Sichtbarkeit als Streifen hinaus auch als lokale
Farbverschiebung störend wahrgenommen werden.
[0014] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und kostengünstige
Anordnung zur Erkennung von Düsenfehlern zu schaffen.
[0015] Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen
von Düsen an Düsenstöcken eines Tintenstrahldruckers, bestehend aus wenigstens einer
Beleuchtungsquelle, einem Kamerasystem, einer Steuereinheit und einer Auswerteeinheit,
wobei die einzelnen Düsenstöcke mit jeweils einer von mehreren Druckfarben drucken.
Ein zu bedruckendes Substrat ist mit Hilfe des Kamerasystems erfassbar, wobei das
bedruckte Substrat zeitlich sequentiell mit Licht in den Farben der eingesetzten Druckfarben
von der wenigstens einen Beleuchtungsquelle beleuchtet wird. Eine sequentielle Farbsteuerung
und die jeweilige Zeitdauer der Beleuchtung der wenigstens einen Beleuchtungsquelle
und eine Zusammenwirken mit dem Kamerasystems erfolgt von der Steuereinheit, wobei
die Auswerteeinheit eingerichtet ist, die von dem Kamerasystem erfassten Bilder des
Druckmusters des Substrats mittels Verfahren der Bildverarbeitung hinsichtlich Fehlmuster
auszuwerten, wobei das Vorhandensein eines Fehlmusters als Kriterium für eine Fehlfunktion
wenigstens einer Düse auswertbar ist.
[0016] In vorteilhafter Weise wird damit die Produktivität eines Tintenstrahldruckers signifikant
gesteigert, da eine die Produktion unterbrechende Wartung und / oder eine Durchführung
von Reinigungszyklen nur dann gestartet werden müssen, wenn auch tatsächlich ein Düsenfehler
und damit ein Fehlmuster aufgetreten ist und vorzugsweise zudem dieses Fehlmuster
im Endprodukt eine vorgegebene Sichtbarkeitsschwelle überschreitet.
[0017] Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
[0018] In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die wenigstens
eine Beleuchtungsquelle ausgeführt, zusätzlich Licht im Nahen Infrarotbereich (NIR)
auszugeben. Das Licht im Nahen Infrarotbereich liegt vorzugsweise im Bereich von 780
bis 1000 nm.
[0019] Es kann alternativ hierzu auch eine weitere Beleuchtungsquelle zur Aussendung von
Licht im Nahen Infrarotbereich vorgesehen sein. Insbesondere zur Beleuchtung der Farbe
Schwarz wird Licht im NIR Bereich verwendet.
[0020] Ferner kann die Beleuchtungsquelle ausgeführt sein, sequenziell die Beleuchtungsfarbe
zu ändern, wobei die Beleuchtungsquelle vorzugsweise als eine Linienbeleuchtungsquelle
ausgebildet ist. Es können aber auch verschiedene Beleuchtungsquellen vorgesehen sein.
[0021] Das Kamerasystem kann als ein monochromer Zeilensensor ausgeführt sein, mit dem das
bedruckte Substrat über eine Optik, vorzugsweise quer zur Vorschubrichtung des Substrats,
auf die Sensorzeile des monochromen Zeilensensors abbildbar ist.
[0022] Mit der Auswerteeinheit kann weiter ein Mass für die Sichtbarkeit des Fehlmusters
in dem Druckmuster des Substrates erzeugt werden, wobei hierzu vorzugsweise ein Verhältnis
einer Signalstärke des Fehlmusters im erfassten Bild des Druckmusters des Substrats
des Kamerasystems zu der unmittelbaren Umgebung des Fehlmusters ermittelbar ist.
[0023] Abhängig vom Grad der Sichtbarkeit und den Qualitätsanforderungen des Druckauftrags
kann automatisch oder über die Benutzerführung entschieden werden ob:
- unterbrechungsfrei weitergedruckt wird oder
- in einen Druckauftrag umgeschaltet wird, in welchem der aufgetretene und weiter bestehende
Düsenfehler visuell toleriert werden kann oder
- die Produktion gestoppt wird und ein Reinigungszyklus für mindestens den betroffenen
Düsenkopf durchgeführt wird.
[0024] In einer ergänzenden Ausgestaltung kann ein Gehäuse vorgesehen sein, welches in den
Abmassen im Wesentlichen dem eines Druckkopfes eines jeweiligen Tintenstrahldruckers
entspricht, wobei dabei vorzugsweise die Abmessungen, die Befestigungselemente und
die Zuführung der elektrischen Signalleitungen identisch ausgeführt sind.
[0025] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird zudem mit einem Verfahren zur Erkennung
von Fehlfunktionen von Düsen eines Tintenstrahldruckers gelöst. Den einzelnen Düsenstöcken
wird hierbei jeweils eine von mehreren Druckfarben zugeordnet, wobei ein zu bedruckendes
Substrat mit Hilfe eines Kamerasystems erfasst wird, wobei das bedruckte Substrat
zeitlich sequentiell mit Licht in den Farben der eingesetzten Druckfarben beleuchtet
wird, wobei die zeitliche Reihenfolge und die jeweiligen Zeitdauer einer Beleuchtung
eines Beleuchtungsquelle und die Steuerung des Kamerasystems mittels einer Beleuchtungssteuerung
vorgenommen wird, wobei die von dem Kamerasystem erfassten Bilder eines Druckmusters
des Substrats mittels Verfahren der Bildverarbeitung hinsichtlich Fehlmuster ausgewertet
werden, wobei das Vorhandensein eines Fehlmusters als Kriterium für eine Fehlfunktion
wenigstens einer Düse ausgewertet wird.
[0026] In vorteilhafter Weise wird das bedruckte Substrat zusätzlich mit Licht im Nahen
Infrarot Bereich beleuchtet. Die Fehlmuster entsprechen linienförmig verlaufenden
Streifen, welche vorzugsweise in Druckrichtung ausgebildet sind.
[0027] In einem weiteren Verfahrensschritt ermittelt die Auswerteeinheit ein Mass für die
Sichtbarkeit des Fehlmusters in dem Druckmuster des Substrates, wobei hierzu vorzugsweise
ein Verhältnis einer Signalstärke des Fehlmusters im erfassten Bild des Kamerasystems
zu der unmittelbaren Umgebung des Fehlmusters bestimmt wird und das Mass für die Sichtbarkeit
angezeigt wird und wobei vorzugsweise die Steuereinheit bei Überschreitung einer vorgegebenen
Schwelle in einen Druckauftrag umgeschaltet wird, in welchem der aufgetretene und
weiter bestehende Düsenfehler visuell toleriert werden kann oder bestehende Düsenfehler
visuell toleriert werden können oder die Produktion gestoppt wird und ein Reinigungszyklus
für mindestens den betroffenen Düsenkopf durchgeführt wird.
[0028] Zweckmässig werden eine Zeitdauer der Beleuchtung des bedruckten Substrats im Bildfeld
des Kamerasystems in der jeweiligen Farbe und eine Integrationszeit des Kamerasystems,
insbesondere des monochromen Zeilensensors, so gewählt, dass sich das Fehlmuster von
dem Muster des bedruckten Substrates unterscheidet.
[0029] Das Kamerasystem weist einen monochromen optischen Zeilensensor auf, welcher das
bedruckte Substrat über eine Optik, vorzugsweise quer zur Vorschubrichtung des Substrats,
auf die Sensorzeile des monochromen optischen Zeilensensors abbildet.
[0030] Die Beleuchtung und das Kamerasystem werden in vorteilhafter Weise zeitlich synchron
gesteuert, so dass jeweils ein Bild des bedruckten Substrates in der jeweiligen Druckfarbe
von dem Kamerasystem erfasst wird.
[0031] Die Druckfarben entsprechen bevorzugt den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz
(CMYK).
[0032] In einem weiteren Verfahrensschritt werden zusätzlich aus den nacheinander unter
den geschalteten Beleuchtungen von dem Kamerasystem aufgenommenen Bildern des Druckmusters
mittels Berechnung integraler Farbabweichungsmasse eine kolorimetrische Stabilität
des gedruckten Motivs des Substrates überwacht.
[0033] Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
[0034] Es zeigt:
- Fig. 1
- in einer schematischen Darstellung die Dekoration einer Fliese mit vier stationären
Düsenstöcken
- Fig. 2a-c
- Ausschnitte eines durch einen Tintenstrahldrucker erzeugten Fliesendekors mit einem
Düsenfehler, beispielhaft eine verstopften Düse
- Fig. 3
- eine Ausführung für die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen
von Düsen an Düsenstöcken eines Tintenstrahldruckers
- Fig. 4
- eine besonders einfache Ausgestaltung der Auswertung des erfindungsgemässen Verfahrens
und
- Fig. 5
- Helligkeitsverläufe eines optisch aufsummierten Zeilenbildes eines optischen monochromen
Zeilensensors jeweils für vier Beleuchtungen NIR, YELLOW, CYAN und MAGENTA.
[0035] Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahldrucker mit vier stationären Düsenstöcken 3. Für eine
Dekorierung, d.h. einer Aufbringung eines Druckmusters 30 auf ein Substrat 4 werden
vier Grundfarben CYAN C, MAGENTA M, YELLOW Y und BLACK K verwendet. Jeder Grundfarbe
C, M, Y, K ist jeweils ein Düsenstock 3 zugeordnet. Ein Düsenstock 3 umfasst eine
Vielzahl kleiner Düsen 2 durch die Farbtröpfchen auf das Substrat 4 gebracht werden.
Das Substrat 4 besteht aus einem hellen keramischen Rohling - der Fliese 5. Hierbei
wird das helle Substrat 4 mechanisch mit konstanter und bekannter Geschwindigkeit
unter der Anordnung der vier Düsenstöcken 3 bewegt (gezeigt mit einem Pfeil in Fig.
1). Die Düsenstöcke 3 schleudern aus einer Vielzahl kleinster Düsen 2 entsprechend
dem zu druckenden Druckmuster 30 Tintentröpfchen in der jeweiligen Grundfarbe K (schwarz),
der Grundfarbe Y (Yellow), der Grundfarbe M (Magenta) und der Grundfarbe C (CYAN)
auf das Substrat 4. Das Druckmuster 30 ist als eine RIP-Datei (Raster Image Prozessor
Datei) in einem Speicher 24 abgelegt und von diesem durch die Steuereinheit 6 abrufbar.
Die Düsen 2 der Düsenstöcke 3 erzeugen ein durch kleinste Punkte gebildetes erkennbares
farbiges Dekor - das Druckmusters 30.
[0036] Die mit dem Druckmuster 30 versehene Fliese 5 wird anschliessend durch ein Kamerasystem
8 erfasst. Nach dem Stand der Technik werden für solche Aufgaben der Oberflächeninspektion
Farb-Zeilenkameras eingesetzt, welche ein zeilenweise aufgebautes RGB - Farbbild der
Oberfläche erzeugen und einer Auswerteeinheit zuleiten. Wie in Fig. 2 verdeutlicht,
sind die durch eine verstopfte Düse oder durch eine nicht mehr schliessende Düse erzeugten
sehr dünnen Längslinien in einem RGB - Farbbild nicht oder nur sehr schwer zu erkennen.
[0037] Die Fig. 2a zeigt den Ausschnitt eines durch einen Tintenstrahldrucker erzeugten
Fliesendekors eines Druckmusters 30 mit einem Düsenfehler durch eine einzelne verstopfte
Düse 2 der Farbe Y. Eine Auswertung erfolgt bekanntermassen über eine Analyse des
RGB - Farbbilds. Dargestellt ist in Fig. 2a schematisch eine Helligkeitsbildauszug
des RGB - Farbbildes des Kamerasystems 8 der Fig. 1. Hierbei ist in einem aus dem
RGB - Farbbild gebildeten monochromen Helligkeitsbild der Düsenfehler nicht zu erkennen.
[0038] In der Fig.2 b ist das gleiche Druckmuster 30 mit dem gleichen Düsenfehler der Düse
2 der Farbe Y gezeigt. Dargestellt ist schematisch ein BLAU - Farbauszug des RGB Farbbildes
des Kamerasystems 8. Die ausgefallene Düse 2 ist sehr schwach als helle Linie erkennbar.
Ein Düsenfehler in dem durch das Fehlen der Grundfarbe Y prinzipiell stärker erscheinende
BLAU - Auszug des RGB - Farbbildes des Kamerasystems 8 ist also nur äusserst schwach
zu erkennen. Das gleiche gilt für die Farbauszüge ROT und GRU EN. Das Ergebnis der
Darstellung in Fig. 2b wurde durch rechnerische Transformation des RGB-Farbraums des
Kamerasystems 8 (Fig. 1) in den CMYK-Farbraum erzeugt.
[0039] In Fig. 2 c ist das gleiche Druckmuster 30 mit dem gleichen Düsenfehler der Düse
2 der Farbe Y gezeigt. In Fig. 2c ist ein Y - Farbauszug des Druckmusters 30 als Bildaufnahme
eines Zeilensensors 10 des Kamerasystems 8 (dargestellt in Fig. 3) nach Anwendung
des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Die ausgefallene Düse ist hierbei deutlich
als fehlendes Y-Signal zu erkennen. Im Bildsignal des Kamerasystems 8 ist ein "linienförmiges
Signal" mit der Amplitude NULL vorhanden.
[0040] Wie in Fig. 2c gezeigt, ist im Gegensatz zu den bekannten Methoden (Fig. 2a, Fig.
2b) ein Düsenfehler einer oder mehrerer Düsen 2 des Düsenstockes 3 für die Farbe Y
sehr deutlich im Bild des Kamerasystems 8 in Form einer dunklen Linie erkennbar. Hier
fehlt die Farbe Y. Das Kamerasystem 8 kann mit einem CMYK Farbfilter ausgeführt sein
(nicht dargestellt).
[0041] Erfindungsgemäss wird für die Inspektion des CMYK Druckmusters 30 eines Tintenstrahldruckers
mit den Druckfarben CMYK für die Dekoration flächiger Substrate 4 eine sehr kostengünstige
CMYK- Kamera nachgebildet. In Fig. 3 ist eine Ausführung der erfindungsgemässe Vorrichtung
zur Erkennung von Fehlfunktionen von Düsen 2 an Düsenstöcken 3 eines Tintenstrahldruckers
gezeigt.
[0042] Das im Durchlauf zu dekorierende Substrat 4 wird in bekannter Weise im subtraktiven
Mehrfarben- CMYK - Druckverfahren mit Hilfe von vier Tintentröpfchen ausstossenden
Düsenstöcken 3 K,Y,M und C nach Vorgabe eines Druckmusters dekoriert.
[0043] Nach dem Verlassen der Druckstöcke 3 wird das Substrat 4 mit einem quer zur Vorschubrichtung
installiertem Kamerasystem 8 bildgebend abgetastet. Das Kamerasystem 8 beinhaltet
einen monochromen (d.h. schwarz / weiss) arbeitenden Zeilensensor 10, mit dem eine
zeilenförmige Bildaufnahme erfolgt.
[0044] Die bedruckte Oberfläche wird dabei über eine Optik (nicht dargestellt) quer zur
Vorschubrichtung des Substrats auf die Sensorzeile des Zeilensensors 10 abgebildet.
[0045] Mit dem optischen Erfassen des bedruckten Substrates 4 von dem Zeilensensor 10 wird
das Substrat 4 von vier Beleuchtungsquellen 12 in den Farben CYAN, MAGENTA, YELLOW
und im Nahen Infrarotbereich NIR belichtet. Dabei sendet die Beleuchtungsquellen 14
Licht in der Farbe CYAN, die Beleuchtungsquelle 16 Licht in der Farbe MAGENTA, die
Beleuchtungsquelle 18 Licht in der Farbe YELLOW und die Beleuchtungsquelle 20 Licht
im Nahen Infrarotbereich aus. Die Beleuchtungsquellen 12, 14, 16, 20 werden nacheinander
kurzzeitig eingeschaltet. Eine Steuereinheit 6 dient zur Steuerung der Beleuchtungsquellen
12, 14, 16, 20. Alternativ hierzu (nicht dargestellt) kann nur eine Beleuchtungsquelle
12 vorgesehen sein, welche Licht in den vorher aufgeführten Farben abwechselnd sendet.
[0046] Die Ausgangsignale des Zeilensensors 10 werden von einer Auswerteeinheit 22 für die
Erkennung eines oder mehrerer linienförmige Düsenfehler ausgewertet, welche durch
verstopfte (blockierte) Düsen 22 innerhalb eines Düsenstocks 4 oder aber durch offene
(nicht mehr schliessende) oder unregelmässig arbeitende Düsen 22 erzeugt werden. Das
Ergebnis der Inspektion wird auf einer Anzeigeeinheit 26 fortlaufend dargestellt und
/ oder als Steuersignal in die Druckersteuerung über eine Schnittstelle 28 übertragen.
[0047] Das bewegte Substrat 4 wird also durch Auswurf von Tintentröpfchen mit einer Auflösung
von 300 dpi bedruckt und von einem nachgeschalteten optischen monochromen Zeilensensor
10 des Kamerasystems 8 abtastet. Ferner wird eine vorzugsweise diffuse Beleuchtung
des Substrates 4 durch vier schaltbare vorzugsweise zeilenförmige Beleuchtungen der
Beleuchtungsquellen 12, 14, 16, 20 mit den Farben CYAN, MAGENTA, YELLOW und NIR erzeugt.
Der Zeilensensor 10 arbeitet mit einer Auflösung, welche ähnlich oder höher ist, als
die des Düsenkopfes. Das mit dem Duckmuster 30 bedruckte Substrat 4 wird aus einer
senkrechten Blickrichtung über eine Linienoptik von dem Zeilensensor 10 erfasst.
[0048] Mit vier zeitlich aufeinanderfolgenden Belichtungen können daher ohne Signalverarbeitung
oder Bildsignal-Transformationen vier aufeinanderfolgende Zeilensignale erzeugt werden,
deren Signale direkt dem entsprechenden C, M, Y oder K Farbauszug entsprechen.
[0049] Der Farbauszug K (für BLACK) wird dabei erfindungsgemäss mit einer Lichtquelle im
Nahen Infrarot NIR belichtet. Vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von 750 -980
nm belichtet. In diesem Wellenlängenbereich erscheinen alle C, M, Y Farben im fast
gleichen Grauton. Die karbonhaltigen schwarzen Tintenpigmente absorbieren hingegen
sehr stark, so dass die Beleuchtungsquelle 20 im genannten NIR Bereich optimal für
eine Erkennung von schwarzen Tintentröpfchen geeignet sind.
[0050] Durch diese Bildaufnahme mit zeitlich nacheinander eingeschalteten C,M,Y,K Beleuchtungen
der Beleuchtungsquellen 12, 14, 16, 20 werden mit einem preiswerten monochromen Zeilensensor
10 auf einfache Weise vier monochrome Zeilenbilder erzeugt, welche den Farbauszügen
C,M,Y und K eines vom Tintenstrahldrucker erzeugten CMYK Druckmusters 30 entsprechen.
Es sind hierbei keine zusätzlichen Berechnungen im analogen oder digitalen Signalbereich
notwendig.
[0051] Diese vier Farbauszugs-Zeilenbilder haben in Querrichtung der Fliese 5 die volle
Bildpunkt-Auflösung des monochromen Zeilensensors 10, beispielsweise 300 dpi. In Vorschubrichtung
ist die Auflösung lediglich ein Viertel infolge der vier nacheinander folgenden Belichtungen
mit Licht der Farben CYAN, MAGENTA, YELLOW und dem des Nahen Infrarots.
[0052] Diese Reduzierung der Auflösung in Vorschubrichtung ist aber erfindungsgemäss für
die Erkennung von Düsenfehler ohne Belang, da diese Fehler sich als ausgedehnte längliche
Streifen mit einer entweder blockierte Düse 2 oder mit einer nicht mehr schliessende
Düse 2 ausprägen. Erfindungsgemäss wird eine gute Diskriminierung eines Düsenfehlers
in dem gedruckten Motiv auf dem Substrat 4 erreicht und durch eine genaue Lokalisierung
der fehlerhaften Düse 2 eine gute Identifizierung des fehlerhaften Düsenstocks 3 der
Farben C, Y, M oder K.
[0053] Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können die für den Tintenstrahldruck typischen
Düsenfehler automatisch frühzeitig erkannt werden und ihre Sichtbarkeit bewertet werden.
[0054] Die Erkennung eines linienförmigen Düsenfehlers im oft komplex gemusterten Druckmuster
30 kann erfindungsgemäss nach Fig. 4 in einer besonders einfachen Weise dadurch gesteigert
werden, indem der Zeilensensor 10 mit einer um den Faktor N verringerten Auslesefrequenz
betrieben wird und die vier Belichtungen mit den Farben C,Y,M und NIR entsprechend
um den gleichen Faktor N den Zeilensensor 10 während des Durchlaufs des zu bedruckenden
Substrats 4 länger belichten. Eine Steuerung der Belichtung erfolgt dabei durch die
Steuereinheit 6.
[0055] Beispielhaft wird in Fig. 4 der Zeilensensor 10 um den Faktor 250 langsamer ausgelesen
und entsprechend viermal länger jeweils durch die vier C,Y,M,NIR Beleuchtungsquellen
12, 14, 16, 20 in seiner Vorschubbewegung. Diese längere Belichtungszeit entspräche
beispielhaft einer Vorschubstrecke des Substrates 4 von 50 Millimetern. Das von dem
Zeilensensor 10 erzeugte Zeilenbildsignal bildet dann in Vorschubrichtung jeweils
die Summe aller Helligkeiten entlang eines Vorschubs von 50 Millimetern. Dies ist
mathematisch identisch mit der Berechnung der mathematischen Projektion in Vorschubrichtung
X der Helligkeitswerte unter der jeweils eingeschalteten Farbe C, Y, M oder K. Die
auf einer Summierung beruhende Projektion ist ein einfaches Verfahren, um schwache
Signale vom Hintergrundrauschen abzuheben, wobei in diesem Fall das "Signal" aus der
fehlerhaften "Düsenspur" besteht und das Rauschen aus dem gedruckten Druckmuster 30
(siehe Fig. 2a bis 2c).
[0056] Unter üblichen vereinfachenden statistischen Annahmen bewirkt eine Projektion über
N Proben eine Verbesserung des Signal / Rauschverhältnisses um den Faktor 1/sqrt(N);
sqrt = square root. Damit entspricht für das beschriebene Beispiel die Verlängerung
der Belichtungszeit um den Faktor 250 einer deutlichen Verbesserung der Erkennung
der fehlerhaften Düse 2 aus dem Hintergrund - Motiv einem 16- fachen Wert.
[0057] Diese Verbesserung ist in Fig. 5 verdeutlicht. Die jeweiligen Bilder der vier Farbauszüge
32, 34, 36, 38 werden in Vorschubrichtung des Substrates 4 spaltenweise über 250 Abtastungen
aufsummiert. Die blockierte Düse 2 der Farbe Y mit der Querkoordinate 500 ist, trotz
des unregelmässigen Hintergrundmusters, deutlich anhand des erhöhten Projektionswertes
zu erkennen.
[0058] Es ist Teil des Erfindungsgedanken, dass diese Projektion nicht nur auf rein optischem
Wege über eine verlängerte Belichtungszeit, sondern auch mit den bekannten Verfahren
der Bildverarbeitung numerisch durch Aufsummierung der digitalisierten Helligkeitswerte
des Zeilensensors 10 in einer Auswerteeinheit 22 erfolgen kann.
[0059] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in einer besonders vorteilhaften konstruktiven
Ausgestaltung in ihrer Bauform, Befestigungen und Ausrichtung am Druckwerk so gestaltet
sein, wie die zu überwachenden Düsenstöcke 3 selbst (nicht dargestellt).
[0060] Die Düsenstöcke 3 sind kompakte aneinander reihbare Einheiten mit seitlichen Befestigungselementen,
einer dem Substrat 4 zugewandten Düsenplatte und einer Zuführung der elektrischen
Signale für die Ansteuerung der piezo-keramischen Ejektoren.
[0061] Die Hersteller von Tintenstrahldrucker reihen je nach der geforderten Druckbreite
mehrere Düsenstöcke 3 in einer Reihe oder mäanderförmig versetzt an und können durch
diese hohe Modularität kostengünstig Drucker mit kundenspezifischen Anforderungen
für die unterschiedlichsten Anwendungen und Auflösungen bauen. Durch die vorteilhafte
Bauform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird erreicht, dass vorhandene Befestigungs-
und Ausrichtsysteme und Halterungen wahlweise für den Einbau eines Düsenstockes 3
oder eines erfindungsgemässen optisch bildgebenden Inspektionskopfes genutzt werden
können und damit sowohl die Nachrüstung eines vorhandenen Tintenstrahldruckers mit
der erfindungsgemässen Vorrichtung als auch die primäre Produktion eines Tintenstrahldruckers
mit einer integriertem erfindungsgemässen Vorrichtung kostengünstig durchgeführt werden
können.
[0062] Die automatische Erkennung einer fehlerhaften Düse 2 mit dem Kamerasystem 8 wird
erfindungsgemäss nicht auf die Detektion und Identifikation von fehlerhaften Düsen
2 im Sinne der Funktionsüberwachung beschränkt, sondern erfindungsgemäss durch eine
automatische Bewertung der Sichtbarkeit für den menschlichen Beobachter des oder der
Düsenfehler im fertigen Produkt ergänzt. Das Ziel ist dabei, die Produktivität eines
Tintenstrahldruckers nicht dadurch unnötig zu verringern, dass jeder automatisch erkannter
Düsenfehler einen Produktionsstillstand mit Reinigungs- und /oder Wartungszyklus auslöst.
Die Produktivität soll erfindungsgemäss trotz Auftreten von Düsenfehler dadurch erhöht
werden, dass nur ab einer vorgegebenen Sichtbarkeitsschwelle des oder der aufgetretenen
Düsenfehler der Reinigungs- und /oder Wartungszyklus ausgelöst wird.
[0063] Hierzu werden nach Fig. 3 von der die Signale des Kamerasystems 8 auswertenden Auswerteeinheit
22 nach der Detektion von Fehler der Düse 2 , beispielsweise durch die beschriebene
Projektion der Helligkeitswerte zusätzlich eine numerische "Sichtbarkeit" berechnet.
Diese kann beispielsweise auf der Auswertung des Signal / Rauschverhältnisses des
Projektionsverlaufs in der unmittelbaren Umgebung der fehlerhaften Düse 2 beruhen.
Beispielhaft ist nachfolgend eine einfache Vorschrift für eine solche Berechnung der
Sichtbarkeit S aus den Werten der Projektion am Ort des Düsenfehlers -a- bezogen auf
die Werte in unmittelbarer Nachbarschaft des Fehlers gegeben:

[0064] Für die Funktion f werden, um das nicht-lineare Empfinden des menschlichen Sehsystems
nachzubilden, beispielsweise nicht-lineare Funktionale, wie die Wurzel, der Logarithmus
verwendet.
[0065] Durch die Vorgabe einer Schwelle für die berechnete Sichtbarkeit S wird daher erfindungsgemäss
die laufende Produktion nur dann automatisch gestoppt, wenn die Sichtbarkeit S eine
vom Maschinenführer, der Qualitätsabteilung oder des Endkunden vorgegebene Sichtbarkeit
überschreitet.
[0066] Es ist ein weiterer erfindungsgemässe Gedanken, dass in die Entscheidung für einen
Produktionsstillstand nicht nur die Sichtbarkeit S eines Düsenfehlers einfliesst,
sondern auch die Anzahl der insgesamt aufgetretenen Düsenfehler, deren geometrischer
Abstand sowie die betroffene Farbe C,Y,M,K. Es ist einsichtig, dass Fehler der K Düse
visuell stärker stören als Fehler einer hellen Tinte wie beispielsweise Y. Zugehörige
Rechenvorschriften können nach bekannten empirischen Verfahren anhand von Testreihen
erstellt werden.
[0067] Der Erfindungsgedanke ist nicht auf DOD - Drucker im CMYK Farbsystem beschränkt.
[0068] Verwendet der Drucker zusätzliche Schmuckfarben, so werden erfindungsgemäss zusätzliche
schaltbare Beleuchtungen eingesetzt, unter deren Wellenlänge die Düsenfehler der betroffenen
Düsenstöcke sich besonders stark vom Hintergrund-Motiv unterscheiden.
[0069] Verwendet der Digitaldrucker additive Farben, beispielsweise im RGBK System mit den
Tintenfarben (ROT,GRUEN,BLAU,SCHWARZ), um transparente Vorlagen wie Folien oder Gläser
zu dekorieren, so werden erfindungsgemäss schaltbare Durchlicht-Beleuchtungen eingesetzt,
welche in analoger Weise zum CMYK Farbraum Licht im Bereich von ROT, GRUEN , BLAU
und Nahes Infrarot aussenden und die Düsenfehler entsprechend durch Texturanalyse
und Liniendetektion dieser monochromatischen Bilder detektiert und identifiziert werden.
[0070] Handelt es sich um zusätzliche Schmuckfarben, wie beispielsweise reflektierende Tinten,
so werden erfindungsgemäss neben den diffus beleuchtenden CMYK Beleuchtungen analog
gerichtete Beleuchtungen eingesetzt, welche die Düsenfehler besonders kontraststark
im Bild des Zeilensensors erscheinen lassen
[0071] Erfindungsgemäss werden die Signale der Inspektionskamera zusätzlich zur Erkennung
von Düsenfehlern auch für die automatische Überwachung des visuellen Gesamtfarbeindrucks
des dekorierten Substrates ausgewertet. Hierzu werden aus den vier monochromatischen
C-,M-,Y- und K- Signalen über bekannte Verfahren der Kolorimetrie die dem Drucker
bekannten Farbabweichungsmasse CIE-Lab berechnet und angezeigt sowie mit den vorgegebenen
Toleranzen verglichen.
[0072] Der Erfindungsgedanke betrifft darüberhinaus alle mit DOD arbeitende Druckertechnologien,
auch solche, welche mit sogenannten funktionellen Tinten arbeiten, wie Silberleitpasten,
bei der drucktechnischen Herstellung von Solarzellen, chemischorganisch reagierende
Tinten für die Herstellung biologischer Mikrodetektoren, räumlich aufbauende Tinten
für die Herstellung dreidimensionaler Substrate.
[0073] Der Erfindungsgedanke ist nicht auf bestimmte Motive und zu bedruckende Substrate
beschränkt. Die synonyme Begriff "Dekor" und "Motiv" umfassen im Rahmen dieser Anmeldung
natürliche Abbildungen wie Holz- oder Marmordekore, synthetische und künstlerisch
gestaltete bildhafte Motive sowie photographische Wiedergabe von Bildszenen. Diese
Dekore und Motive können graphische Elemente und Textelemente enthalten. Mit "Substrat"
werden alle starren, flexiblen, flachen oder räumlich gekrümmte Oberflächen beschrieben,
welche sich mit DOD Verfahren dekorieren lassen.
[0074] Der Erfindungsgedanken ist auch nicht beschränkt auf beispielhaft genannten "single-pass"
Drucker, bei welchen mit stationären Druckstöcken ein unter diesen hinweg bewegendes
Substrat bedruckt wird.
[0075] Für den Fachmann ist unmittelbar erkennbar, dass der Erfindungsgedanke analog auch
auf sog. "multi-pass" Drucker angewendet werden kann, bei welchen das Substrat stationär
ist und die Druckköpfe mechanisch bewegt werden.
[0076] Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird eine einfache, kostengünstige und für
alle möglichen Dekor- und Bilddrucke geeignete Anordnung ermöglicht und ein hierzu
geeignetes Verfahren zur Verfügung gestellt, mit der bzw. mit dem eine digital dekorierte
Fläche kontinuierlich und automatisch auf das Vorhandensein von Düsenfehler untersucht
werden kann und die Sichtbarkeit von aufgetretenen Düsenfehlern für die menschliche
Wahrnehmung bewertet werden kann. Vorzugsweise würde nur wenn die Sichtbarkeit des
linienhaften Fehlers eine vorgegebene Schwelle überschreitet ein Reinigungszyklus
erfolgen bzw. ein Produktwechsel zu einem Dekor vorgenommen werden, in welchem dieser
Fehler visuell nicht stört.
1. Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen von Düsen (2) an Düsenstöcken (3) eines
Tintenstrahldruckers, bestehend aus wenigstens einer Beleuchtungsquelle (12), einem
Kamerasystem (8), einer Steuereinheit (6) und einer Auswerteeinheit (22),
wobei die einzelnen Düsenstöcke (3) mit jeweils einer von mehreren Druckfarben drucken,
wobei ein zu bedruckendes Substrat (4) mit Hilfe des Kamerasystems (8) erfassbar ist,
wobei das bedruckte Substrat (4) zeitlich sequentiell mit Licht in den Farben der
eingesetzten Druckfarben von der wenigstens einen Beleuchtungsquelle (12) beleuchtet
wird,
wobei die sequentielle Farbsteuerung und die jeweilige Zeitdauer der Beleuchtung der
wenigstens einen Beleuchtungsquelle (12) und ein Zusammenwirken mit dem Kamerasystems
(8) von der Steuereinheit (6) erfolgt, wobei die Auswerteeinheit (22) eingerichtet
ist, die von dem Kamerasystem (8) erfassten Bilder eines Druckmusters (30) des Substrats
(4) mittels Verfahren der Bildverarbeitung hinsichtlich Fehlmuster auszuwerten, wobei
das Vorhandensein eines Fehlmusters als Kriterium für eine Fehlfunktion wenigstens
einer Düse (2) auswertbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beleuchtungsquelle (12, 20) zusätzlich Licht im Nahen Infrarotbereich
ausgibt oder eine weitere Beleuchtungsquelle (12, 20) zur Aussendung von Licht im
Nahen Infrarotbereich vorgesehen ist.
3. Vorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Beleuchtungsquelle (12) sequenziell die Beleuchtungsfarbe ändert,
wobei die Beleuchtungsquelle (12) vorzugsweise als eine Linienbeleuchtungsquelle ausgebildet
ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (8) als ein monochromer Zeilensensor (10) ausgeführt ist, mit dem
das bedruckte Substrat (4) über eine Optik, vorzugsweise quer zur Vorschubrichtung
des Substrats (4), auf eine Sensorzeile des monochromen Zeilensensors (10) abbildbar
ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswerteeinheit (22) ein Mass für die Sichtbarkeit des Fehlmusters in dem
Druckmuster (30) des Substrates (4) ermittelbar ist, wobei hierzu vorzugsweise ein
Verhältnis einer Signalstärke des Fehlmusters im erfassten Bild des Kamerasystems
(8) zu der unmittelbaren Umgebung des Fehlmusters ermittelbar ist und vorzugsweise
die Steuereinheit (6) in Anhängigkeit von Kriterien hinsichtlich einem Grad der Sichtbarkeit
des Fehlmuster und den Qualitätsanforderungen des Drucksmusters (30) eingerichtet
ist, automatisch oder mithilfe einer Benutzerführung eine Auswahl zu treffen, zwischen
- einem unterbrechungsfreien Druck,
- einer Umschaltung in einen anderen Druck, in welchem der aufgetretene und weiter
bestehende Düsenfehler visuell toleriert werden kann oder
- einer Unterbrechung des Drucks und einer Durchführung eines Reinigungszyklus an
mindestens der Düse (2), die einen fehlerhaften Druck hervorgerufen hat.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse vorgesehen ist, welches im Wesentliche dem Gehäuse eines Druckkopfes
entspricht, wobei dabei vorzugsweise die Abmessungen, die Befestigungselemente und
die Zuführung der elektrischen Signalleitungen identisch ausgeführt sind.
7. Verfahren zur Erkennung von Fehlfunktionen von Düsen (2) eines Tintenstrahldruckers,
wobei den einzelnen Düsenstöcken (3) jeweils eine von mehreren Druckfarben zugeordnet
wird, wobei ein zu bedruckendes Substrat (4) mit Hilfe eines Kamerasystems (8) erfasst
wird, wobei das bedruckte Substrat (4) zeitlich sequentiell mit Licht in den Farben
der eingesetzten Druckfarben beleuchtet wird, wobei die zeitliche Reihenfolge und
die jeweiligen Zeitdauer einer Beleuchtungsquelle (12) und die Steuerung des Kamerasystems
(8) mittels einer Steuereinheit (6) vorgenommen wird, wobei die von dem Kamerasystem
(8) erfassten Bilder eines Druckmusters (30) des Substrats (4) mittels Verfahren der
Bildverarbeitung hinsichtlich Fehlmuster ausgewertet werden, wobei das Vorhandensein
eines Fehlmusters als Kriterium für eine Fehlfunktion wenigstens einer Düse (2) ausgewertet
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bedruckte Substrat (4) zusätzlich mit Licht im Nahen Infrarot Bereich beleuchtet
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlmuster linienförmig verlaufenden Streifen entsprechen, welche vorzugsweise
in Druckrichtung ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (22) ein Mass für die Sichtbarkeit des Fehlmusters in dem Druckmuster
(30) des Substrates ermittelt, wobei hierzu vorzugsweise ein Verhältnis einer Signalstärke
des Fehlmusters im erfassten Bild des Kamerasystems (8) zu der unmittelbaren Umgebung
des Fehlmusters bestimmt wird und vorzugsweise das Mass für die Sichtbarkeit angezeigt
wird und wobei vorzugsweise die Steuereinheit (6) in Anhängigkeit von Kriterien hinsichtlich
einem Grad der Sichtbarkeit des Fehlmuster und den Qualitätsanforderungen des Drucksmusters
(30) eingerichtet ist, automatisch oder mithilfe einer Benutzerführung eine Auswahl
zu treffen, zwischen
- einem unterbrechungsfreien Druck,
- einer Umschaltung in einen anderen Druck, in welchem der aufgetretene und weiter
bestehende Düsenfehler visuell toleriert werden kann oder
- einer Unterbrechung des Drucks und einer Durchführung eines Reinigungszyklus an
mindestens der Düse (2), die einen fehlerhaften Druck hervorgerufen hat.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer der Beleuchtung des bedruckten Substrats (4) im Bildfeld des Kamerasystems
(8) in der jeweiligen Farbe und eine Integrationszeit des Kamerasystems (8) so gewählt
wird, dass sich das Fehlmuster von dem Druckmuster (30) des bedruckten Substrates
(4) unterscheidet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (8) einen monochromen optischen Zeilensensor (10) aufweist, welcher
das bedruckte Substrat über eine Optik, vorzugsweise quer zur Vorschubrichtung des
Substrats (4), auf eine Sensorzeile des monochromen optischen Zeilensensors (10) abbildet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsquelle (12) und das Kamerasystem (8) zeitlich synchron gesteuert
werden, so dass jeweils ein Bild des Druckmusters (30) in der jeweiligen Druckfarbe
von dem Kamerasystem (8) erfasst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarben den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK) entsprechen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich aus den von dem Kamerasystem (8) aufgenommenen Bildern des Druckmusters
(30) mittels Berechnung integraler Farbabweichungsmasse, beispielsweise "delta L,
a, b" , eine kolorimetrische Stabilität des gedruckten Motivs des Substrates (4) überwacht
wird.