CN109094232B

CN109094232B - 一种喷墨打印方法

Info

Publication number: CN109094232B
Application number: CN201810887847.4A
Authority: CN
Inventors: 张原�; 张征宇
Original assignee: Beijing Meikeyi Digital Technology Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Meikeyi Digital Technology Development Co Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: WO2020029764A1; CN109094232A

Abstract

本发明公开了一种喷墨打印方法，其特征在于，包括以下步骤：a.将喷头喷射特性曲线根据波形变化及打印效果进行区间划分；b.对划分的区间进行测试，找到各区间分别对应的打印驱动脉冲；c.正式开始打印，在打印过程中，喷头控制板对各区间采取切换所述对应的打印驱动脉冲的方式进行驱动控制。该打印方法能够在点火频率增加过程中喷头内压电陶瓷产生共振时喷射状态出现异常的情况下，切换补偿驱动电压，或者提高/降低图像打印分辨率，从而确保打印质量良好；并且能够在打印介质加速到高传输速度的过程中，始终打印出合格的打印图像，提高打印效率。

Description

一种喷墨打印方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨打印方法，尤其涉及一种通过改变驱动电压来确保喷头在点火频率增加过程中墨滴稳定喷射的喷墨打印方法。

背景技术

喷墨打印，是通过喷射墨滴到达基质而形成图像的过程，喷墨打印具有很多优点：低打印价格，高打印质量，可制作高档产品，色彩容量大，高速度，可变信息的打印和定制等等。现阶段，压电式喷墨打印已被广泛使用，压电式喷墨打印的原理是通过给压电陶瓷施加电压，使之发生高速且轻微的形变，从而将喷嘴中的墨水压出。当压电陶瓷受到外界的脉冲电压作用时，压电陶瓷便产生变形，从而导致喷嘴墨腔的容积减少。这样，一滴墨水便从喷嘴中射出。然后，压电陶瓷恢复原状，由于表面张力作用，新的墨水进入喷嘴。通过并排排列大量喷嘴，就可以获得理想的喷印宽度和分辨率。

目前喷墨打印在运动方式上分为两种，一种是扫描式喷墨打印，另一种是一遍通过式（Onepass）喷墨打印。在扫描式喷墨打印过程中，喷头往返运动对下方的待打印物体喷射墨滴，在喷头往返的开始阶段，喷头处于加速过程，喷射出的墨滴相对于下方待打印物体有一加速度，墨滴的落点会变化，这样不能打印出合格的图像来，此时喷头不喷墨，待喷头加速到指定打印速度后开始匀速运动，此时才开始喷射墨滴打印图像，同理在喷头均速打印后的减速过程中，也不对下方的待打印物体喷墨，换言之，扫描式喷墨打印装置，在喷头加减速的过程中为保证喷射质量，喷头不进行喷墨。而一遍通过式（Onepass）喷墨打印，打印喷头固定不动，喷头下方的待打印介质高速传输，在开始加速阶段，待打印介质已经传送了很长距离，并且根据实际需求，有时是在已经加工了的待打印介质上进行二次的可变数据打印，此种打印情况待打印介质成本较高，或者有时用作包装材料的待打印介质本身成本昂贵，不打印将造成浪费，因此在加速过程中也要打印图像。

另一方面，不同喷头有各自的喷射特性，用喷头的点火频率和喷头墨滴喷出的速度关系来表示，在理想状态下，整个点火频率增加过程墨滴喷出的速度基本保持稳定，就容易打印出质量良好的图像来，如果墨滴喷出的速度变化波动较大，在喷头与打印介质相对运动的状态下，喷射出墨滴的着落点就会产生差异，这样就会影响打印效果，比如图像出现白线、跳变、卫星点或线条不直等质量不佳的现象。实际状态下，喷头的点火频率不同，就会出现墨滴喷出速度不稳定的现象，一般情况下，在开始一段儿时间，墨滴喷出的速度基本稳定，随着打印介质的加速传输、点火频率的增加，墨滴喷出的速度会上下波动明显。上述喷头喷射特性是压电陶瓷的一种固有特性：在固定的频率下陶瓷产生共振现象，此时喷射状态出现异常不可避免。那么在此段异常状态下，不能打印出合格质量的图像，以往传统印刷时通常就不再提高速度至此段区域了。而随着墨水制造水平的提高，能够满足更快的打印速度要求，此时，如果能克服高点火频率时喷头喷射特性的不稳定，从开始加速一直到高点火频率阶段都持续打印，并达到高点火频率阶段后保持均速传输，就能实现高速传输打印，提高喷墨效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种在打印介质持续加速传输过程中，克服喷头喷射特性的固有弊端，全程都能确保图像打印质量良好的喷墨打印方法。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案得到解决的：提出一种喷墨打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 将喷头喷射特性曲线根据波形变化及打印效果进行区间划分；

b. 对划分的区间进行测试，找到各区间分别对应的打印驱动脉冲；

c. 正式开始打印，在打印过程中，电路控制板对各区间采取切换所述对应的打印驱动脉冲的方式进行驱动控制。

在上述的打印方法中，所述的步骤b中的打印驱动脉冲至少为两条。

在上述的打印方法中，至少两条驱动脉冲包括波形上升时间Tr或下降时间Tf或脉冲持续时间Tw或电压范围的不同。

在上述的打印方法中，所述的脉冲变化时间为微秒级。

在上述的打印方法中，所述的步骤a中喷头喷射特性曲线反应喷头点火频率与墨滴喷出速度的关系曲线。

在上述的打印方法中，随着所述喷头点火频率的增加，墨滴喷出速度的大小波动逐渐明显。

在上述的打印方法中，随着所述喷头点火频率的增加，墨滴喷出速度开始平稳，然后大小波动明显，最后又趋于平稳。

在上述的打印方法中，所述的步骤c电路控制板为喷头控制板，喷头控制板中的FPGA进行切换驱动脉冲操作。

在上述的打印方法中，所述的FPGA可使用软件控制进行替代。

在上述的打印方法中，所述的步骤b中各区间对应的打印驱动脉冲可使用提高或降低图像打印分辨率的方式替代，步骤c中喷头控制板对各区间采取切换打印分辨率的方式进行控制。

本发明的喷墨打印方法，能够在点火频率增加过程中喷头内压电陶瓷产生共振时喷射状态出现异常的情况下，切换补偿驱动电压，或者提高/降低图像打印分辨率，从而确保打印质量良好；同时，能够在打印介质从开始打印至加速到高传输速度的过程中，始终打印出质量合格的图像，提高了打印效率，避免了纸张浪费。

附图说明

图1为一种喷头点火频率与墨滴喷出速度关系的喷射特性曲线示意图；

图2为本发明一实施例中驱动脉冲A的形状示意图；

图3为本发明一实施例中B脉冲的形状示意图；

图4为本发明一实施例中C脉冲的形状示意图；

图5为本发明一实施例中A’脉冲的形状示意图；

图6为另一种喷头点火频率与墨滴喷出速度关系的喷射特性曲线示意图；

图7为本发明另一实施例中驱动脉冲E的形状示意图；

图8为本发明另一实施例中驱动脉冲F的形状示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，结合附图详细说明本发明中的喷墨打印方法。

实施例一

图1为一种喷头点火频率与墨滴喷出速度关系曲线示意图，具体说是喷头点火频率在0至50kHz（50kHz为该喷头的最大点火频率）区间范围内，大部分墨滴（90%以上）从喷头喷射出的速度喷射曲线。由图中可以看出，点火频率从A位置处开始达到6.5m/s，而后基本趋于稳定，速度的高低变化不显著，直至O点，O点位置处对应的喷头点火频率为22kHz，将此段点火频率区间定义为第一区间，第一区间的点火频率大于0kHz小于22kHz；在O点之后，表示速度大小变化的波形开始有少量的起伏，在P点位置处对应的喷头点火频率为29kHz，将O点到P点此段点火频率区间定义为第二区间，第二区间的点火频率大于22kHz小于29kHz；在P点之后，速度的大小变化较为明显，在Q点位置处对应的喷头点火频率为40kHz，将P点到Q点此段点火频率区间定义为第三区间，第三区间的点火频率大于29kHz小于40kHz；在Q点以后的速度大小波动更加剧烈，将Q点以后的区间定义为第四区间，第四区间的点火频率大于40kHz小于50kHz。打印机启动后，随着打印介质的加速传输，喷头点火频率也随之逐渐增大，当点火频率在第一区间范围内时，墨滴的喷出速度基本稳定，喷头打印出的图像质量容易控制在合格效果内，当喷头点火频率增加到第二区间范围后，墨滴的喷出速度出现波动，喷头打印出的图像质量受到小幅影响，仔细辨认可发觉，但并不明显。当喷头点火频率经过P点，点火频率超过29kHz处于第三区间和第四区间后，墨滴的喷出速度波动越来越大，继续加速喷出的图像将有可能出现白线、跳变、卫星点或线条不直等效果，导致喷射出的图文质量大幅下降。

由于第三区间及第四区间的速度波动越来越大，通常在打印过程中，加速至29kHz后就不再继续提速，之后便以29kHz的恒定点火频率进行均速一遍通过式喷墨打印。若打印600dpi分辨率的图像时，在点火频率为29kHz状态下打印机的打印速度V_29kHz=29000Hz/600dpi×2.54=122.8cm/s。然而点火频率越高，打印速度越快，工作效率也就越高，如若在点火频率为40kHz状态下打印机的打印速度V_40kHz=40000Hz/600dpi×2.54≈169cm/s，在喷头能够达到最大的点火频率50kHz时，打印机能达到理论上能达到的最大打印速度V_50kHz=50000Hz/600dpi×2.54≈212cm/s。

图2为喷头正常工作下施加的电压示意图，图中波形的上升时间Tr为2.0us，下降时间Tf为2.0us，脉冲持续时间Tw为4.5us，电压范围在17-19V。喷头点火频率在第一区间和第二区间时，使用如图2所示的驱动脉冲即可实现喷头喷射出高质量效果的图像。然而，继续使用该驱动脉冲，随着打印介质传输速度加快，点火频率越来越大，当点火频率达到第三区间和第四区间内后，则会打出肉眼可辨识出的质量问题，打印速度达到瓶颈，不能再继续提高。通过反复试验，找到补偿脉冲——B脉冲和C脉冲。当点火频率超过29kHz小于40kHz，即点火频率处于第三区间时，电路控制板/喷头控制板的FPGA（或软件）控制对喷头施加B脉冲，如图3所示，使用B脉冲后，可补偿喷头特性曲线中第三区间内墨滴喷射速度的不稳定波动，打印出质量达标可使用的图像。当点火频率超过40kHz小于50kHz，即点火频率处于第四区间时，电路控制板/喷头控制板的FPGA（或软件）控制对喷头施加C脉冲，如图4所示，使用C脉冲后，可补偿喷头特性曲线中第四区间内墨滴喷射速度的不稳定波动，打印出质量达标可使用的图像。

需要指出的是，由于墨水不同也会影响打印效果，本发明的补偿波形也可使用其他形状的脉冲，主要针对波形的上升时间Tr，下降时间Tf，脉冲持续时间Tw及电压范围进行调整，并不局限于附图中画出的波形曲线。本发明所要保护的是针对喷头点火特性在不稳定区域进行电压脉冲补偿的方法。

此外，依照此原理，点火频率处于第二区间时，即点火频率大于22kHz小于29kHz的时候，虽然能打印出质量符合要求的图像，但仔细看质量会有些许不同，如多个卫星点等，此时也可以选用如图5所示的A’脉冲进行驱动，可令喷绘效果精益求精，更加无可挑剔。

实施例二

对于上述图1中所示喷头特性的喷头使用时，还可采用降低图像打印分辨率的方式来避免在第三区间及第四区间内打印质量不佳的问题。具体来说，若原本打印图像的分辨率为600dpi，开始加速阶段喷头打印出的图像效果都符合要求，在点火频率达到29kHz即P点后打印质量出现问题，那么，在29kHz状态下打印机的打印速度V_29kHz=29000Hz/600dpi×2.54=122.8cm/s。在29kHz即P点后开始使用400dpi的分辨率进行喷墨打印，便可以打印出符合要求的图像。同理，在点火频率为40kHz状态时的Q点位置，打印机的打印速度V_40kHz=40000Hz/600dpi×2.54≈169cm/s，若第三区间使用400dpi进行打印，那么在Q点处图像实际所需要的点火频率为169cm/s÷2.54×400dpi≈26.6kHz，该实际所需要的点火频率处于波形较稳定能够打印出合格图像的第二区间内。再比如喷头在点火频率43kHz（第四区间内）时若打印600dpi分辨率图像时的打印速度为43000Hz/600dpi×2.54=182.0cm/s，但将分辨率降低到400dpi后实际所使用的点火频率为182.0cm/s÷2.54×400dpi=28.7kHz，该点火频率处于波形较稳定能够打印出合格图像的第二区间内，因此使用该种降低分辨率的方法便可绕过波动较大的第三区间和第四区间，从而打印出质量合格的图像来。

需要说明的是，打印分辨率降低后，打印图像可能在颜色上会有些变浅，但保证仍能满足使用者需要即可，具体降低多少分辨率根据实际情况确定，本实施例只用于说明该原理，并不对具体数字进行限定。

实施例三

如图6所示，为另一喷头在打印时的喷头特性曲线，由曲线可以看出，该喷头的点火频率在小于10kHz时墨滴喷出速度趋于稳定，将此段区间定义为第1区间；点火频率在10kHz到16kHz的区间范围时墨滴喷出速度上下波动明显，将此段区间定义为第2区间；点火频率大于16kHz后墨滴喷出速度又变得稳定，直至喷头的最大点火频率20kHz，将此段区间定义为第3区间。

在打印介质加速传输的过程中，点火频率随之逐渐增大，在第1区间内，由于墨滴的喷出速度基本稳定，打印出的图像效果也能够保证，若喷头打印的图像分辨率为600dpi，在第1区间末端点火频率10kHz时打印机的打印速度V_10kHz=10000Hz/600dpi×2.54≈42.3cm/s；在第2区间内，由于墨滴的喷出速度大小变化明显，打印出的图像效果也比较差，可能会出现白线、跳变、卫星点或线条不直等质量不佳的图像，在第2区间末端点火频率16kHz时打印机的打印速度V_16kHz=16000Hz/600dpi×2.54≈67.7cm/s；在第3区间时，由于墨滴的喷出速度又回归稳定，打印出的图像效果又好了起来，在理论上喷头能够达到最大的点火频率20kHz时，打印机能达到最大打印速度V_20kHz=20000Hz/600dpi×2.54≈84.6cm/s。

如果不能解决第2区间内喷射图像质量效果差的问题，打印速度就无法高于第1区间内的最大点火频率，即10kHz；或者即便点火频率持续增加至第3区间，实现了稳定的打印，但也不能避免在经过第2区间时打印出不符合质量要求的图像，那么就会浪费此段打印介质，造成后续成本增加。

在实际打印过程中，第1区间使用E脉冲作为驱动脉冲，打印出的图像质量良好，经反复试验，在点火频率达到10kHz后，即第2区间时切换成F脉冲进行驱动，可补偿在该点火频率内墨滴喷出速度不稳定的状况，就能打印出良好效果的图像，直至点火频率达到16kHz后，点火频率进入第3区间，再次切换驱动脉冲使用E脉冲，使整个过程都能打印出高画质的图像来。

如果全程使用E脉冲而不采用切换脉冲的方式，也可使用改变分辨率的方式进行补偿，包括提高或降低分辨率。比如原打印分辨率是600dpi，在第1区间末端M点的点火频率10kHz时打印机的打印速度V_10kHz=10000Hz/600dpi×2.54≈42.3cm/s，此时切换打印分辨率降低为480dpi，那么在M点处打印时实际所需要的点火频率为42.3cm/s÷2.54×480dpi≈7.99kHz，该点火频率便转化至波形较稳定能够打印出符合质量图像的第1区间内。在第2区间末端N点打印600dpi图像的打印速度V_16kHz=16000Hz/600dpi×2.54≈67.7cm/s，那么切换成720dpi后在N点处打印时实际所需要的点火频率为67.7cm/s÷2.54×480dpi≈19.2kHz，该点火频率便转化至波形较稳定能够打印出符合质量图像的第3区间内。而打印出的图像有轻微变浅或变深的现象，并不影响图像的视觉效果，如果是打印条码，也不会影响条码的扫描和识别。

需要说明的是，具体切换何种波形，或者升高/降低多少的打印分辨率，依照不同喷头、不同需求根据实验选定，本发明只保护采用切换波形或改变分辨率来补偿喷头喷射特性不稳定的方法，并不对其具体方式进行限定。

Claims

1.一种喷墨打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将喷头喷射特性曲线根据波形变化及打印效果进行区间划分；

b.对划分的区间进行测试，在不同区间使用提高或降低图像打印分辨率的方式打印，找到各区间分别对应的图像打印分辨率，定义位于喷射特性曲线波形变化大、打印效果不佳的区域内的一点为Q点，则Q点应满足公式：Q点的点火频率÷原本打印图像分辨率×提高或降低后的图像打印分辨率＝处于波形变化稳定区间内的打印点火频率；

c.正式开始打印，在打印过程中，对各区间采取切换打印分辨率的方式进行控制。

2.如权利要求1所述的喷墨打印方法，其特征在于，打印过程中对喷头施加至少两条驱动脉冲。

3.如权利要求2所述的喷墨打印方法，其特征在于，所述至少两条驱动脉冲包括波形上升时间Tr或下降时间Tf或脉冲持续时间Tw或电压范围的不同。

4.如权利要求2所述的喷墨打印方法，其特征在于，所述的脉冲变化时间为微秒级。

5.如权利要求1所述的喷墨打印方法，其特征在于，所述的步骤a中喷头喷射特性曲线反应喷头点火频率与墨滴喷出速度的关系曲线。

6.如权利要求5所述的喷墨打印方法，其特征在于，随着所述喷头点火频率的增加，墨滴喷出速度的大小波动逐渐明显。

7.如权利要求5所述的喷墨打印方法，其特征在于，随着所述喷头点火频率的增加，墨滴喷出速度开始平稳，然后大小波动明显，最后又趋于平稳。