EP2626209A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen von Düsen eines Tintenstrahldruckers - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlfunktionen von Düsen eines Tintenstrahldruckers Download PDFInfo
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Definitions
- the present invention relates to an apparatus and a method for detecting malfunctions of nozzles on nozzle sticks of an ink jet printer according to claim 1 and claim 7.
- DOD drop on demand
- Inkjet printers are matrix printers in which a printed image is produced by the targeted shooting or the deflection of small ink droplets.
- High performance ink jet printers typically spin up to one billion tiny droplets of ink per square meter onto a substrate to be printed, which passes beneath a number of nozzles of at least one nozzle stack. Each individual small droplet transports an ink volume of a few pico liters. The droplets ejected from the small nozzles are applied to a substrate at ejection frequencies of up to 20 kHz.
- inks are usually used in cyan, magenta, yellow, and the key color black (CMYK color model).
- CMYK color model is a subtractive color model that forms the technical basis for modern four-color printing.
- the abbreviation CMYK stands for the three color components cyan, magenta, yellow and the black component key as color depth.
- additional colors can be used.
- the US 2007/0195351 A1 discloses a method and arrangement for reducing the visibility of inkjet printing errors when printing on classical print media.
- the printed medium is scanned with a scanner which analyzes defects and makes simple corrective measures.
- the prerequisite here is, however, that the nozzle error immediately after the pressure in the generated by the scanner Inspection image is clearly visible and as a comparison information for visibility of the error is a faultless electronic target image available.
- test patterns are printed on the substrate at certain time intervals. These patterns are recorded with the help of camera systems and examined for nozzle defects. Systems that require test patterns have the significant disadvantage of disrupting the production of the current job. These test patterns must then be removed from the print job again. This is a particular disadvantage when printing continuous webs, such as decorative film as a roll product for the furniture industry.
- the EP 1 642 089 B1 teaches on the peculiarity of human perception of multi-colored patterned structures, such as woodgrains, based method of quality control of decor printing by simultaneous monitoring of color statistics and image sharpness.
- this document describes that a change in image sharpness is perceived as a color shift. Dropping ink jet nozzles form such a place of reduced image sharpness and can therefore be perceived disturbing beyond the visibility as a strip also as a local color shift.
- the object of the present invention is to provide a simple and inexpensive arrangement for detecting nozzle errors.
- a device for detecting malfunctions of nozzles on nozzle sticks of an inkjet printer comprising at least one illumination source, a camera system, a control unit and an evaluation unit, wherein the individual nozzle sticks each print one of a plurality of printing inks.
- a substrate to be printed can be detected with the aid of the camera system, wherein the printed substrate is illuminated temporally sequentially with light in the colors of the printing inks used by the at least one illumination source.
- a sequential color control and the respective duration of the illumination of the at least one illumination source and a cooperation with the camera system is performed by the control unit, wherein the evaluation unit is adapted to evaluate the images of the printing pattern of the substrate detected by the camera system by means of image processing methods with respect to defective patterns, wherein the presence of a defect pattern Criterion for a malfunction of at least one nozzle is evaluable.
- the productivity of an inkjet printer is significantly increased, since a production interrupting maintenance and / or performing cleaning cycles must be started only when actually a nozzle error and thus a faulty pattern has occurred and preferably also this faulty pattern in the final product exceeds the given visibility threshold.
- the at least one illumination source is designed to additionally output light in the near infrared range (NIR).
- NIR near infrared range
- the near infrared light is preferably in the range of 780 to 1000 nm.
- the illumination source may be configured to sequentially change the illumination color, wherein the illumination source is preferably formed as a line illumination source. But it can also be provided different sources of illumination.
- the camera system can be designed as a monochrome line sensor with which the printed substrate can be imaged onto the sensor line of the monochrome line sensor via an optical system, preferably transversely to the feed direction of the substrate.
- the evaluation unit can be further generated a measure of the visibility of the defect pattern in the printing pattern of the substrate, for which purpose preferably a ratio of a signal strength of the defect pattern in the captured image of the print pattern of the substrate of the camera system can be determined to the immediate vicinity of the faulty pattern.
- a housing may be provided, which essentially corresponds in dimensions to that of a print head of a respective ink jet printer, wherein preferably the dimensions, the fastening elements and the supply of the electrical signal lines are identical.
- the object of the present invention is also achieved with a method for detecting malfunctions of nozzles of an inkjet printer.
- one of a plurality of printing inks is assigned to the individual nozzle sticks, wherein a substrate to be printed is detected with the aid of a camera system, wherein the printed substrate is illuminated temporally sequentially with light in the colors of the printing inks used, the time sequence and the respective duration of a Illumination of a lighting source and the control of the camera system is performed by means of a lighting control, wherein the detected by the camera system images of a print pattern of the substrate are evaluated by means of image processing methods with respect to false patterns, wherein the presence of a defect pattern is evaluated as a criterion for a malfunction of at least one nozzle.
- the printed substrate is additionally illuminated with light in the near infrared range.
- the faulty patterns correspond to linearly extending strips, which are preferably formed in the printing direction.
- the evaluation unit determines a measure for the visibility of the defect pattern in the printing pattern of the substrate, for which purpose preferably a ratio of a signal strength of the defect pattern in the captured image of the camera system to the immediate vicinity of the defect pattern is determined and the measure of the visibility is displayed and wherein preferably the control unit is switched when exceeding a predetermined threshold in a print job in which the occurred and existing nozzle error can be visually tolerated or existing nozzle errors can be visually tolerated or stopped production and a cleaning cycle is performed for at least the affected nozzle head.
- a period of illumination of the printed substrate in the image field of the camera system in the respective color and an integration time of the camera system, in particular of the monochrome line sensor, are selected such that the defective pattern differs from the pattern of the printed substrate.
- the camera system has a monochrome optical line sensor, which images the printed substrate onto the sensor line of the monochrome optical line sensor via an optical system, preferably transversely to the feed direction of the substrate.
- the illumination and the camera system are advantageously synchronously controlled in time, so that in each case an image of the printed substrate in the respective printing ink is detected by the camera system.
- the printing inks preferably correspond to the colors cyan, magenta, yellow and black (CMYK).
- a colorimetric stability of the printed motif of the substrate is additionally monitored from the images of the printing pattern recorded successively under the switched illuminations by the camera system by means of calculating integral color deviation mass.
- Fig. 1 shows an ink jet printer with four stationary nozzle sticks 3.
- a printing pattern 30 on a substrate 4 four primary colors CYAN C, MAGENTA M, YELLOW Y and BLACK K are used.
- Each base color C, M, Y, K is associated with a nozzle 3 each.
- a nozzle 3 includes a plurality of small nozzles 2 are brought by the color droplets on the substrate 4.
- the substrate 4 consists of a bright ceramic blank - the tile 5.
- the bright substrate 4 is moved mechanically at a constant and known speed under the arrangement of the four nozzle sticks 3 (shown with an arrow in FIG Fig. 1 ).
- the nozzle sticks 3 eject ink droplets in the respective base color K (black), the base color Y (yellow), the base color M (magenta) and the base color C (CYAN) onto the substrate 4 from a plurality of smallest nozzles 2 corresponding to the printing pattern 30 to be printed
- the printing pattern 30 is stored as a RIP file (raster image processor file) in a memory 24 and can be called up by the latter by the control unit 6.
- the nozzles 2 of the nozzle sticks 3 generate a recognizable colored decoration formed by the smallest dots - the printing pattern 30.
- the tile 5 provided with the printing pattern 30 is subsequently detected by a camera system 8.
- color line scan cameras are used for such surface inspection tasks, which generate a line-by-line RGB color image of the surface and send it to an evaluation unit.
- Fig. 2 As can be seen, the very thin longitudinal lines produced by a clogged nozzle or by a nozzle that no longer closes are not or only very difficult to recognize in an RGB color image.
- FIG. 2 shows the section of a tile decoration produced by an inkjet printer of a printing pattern 30 with a nozzle defect through a single clogged nozzle 2 of the color Y.
- An evaluation is carried out, as is known, via an analysis of the RGB color image.
- Is shown in Fig. 2a schematically a brightness image extract of the RGB color image of the camera system 8 of Fig. 1 , In this case, the nozzle defect can not be recognized in a monochrome brightness image formed from the RGB color image.
- the same print pattern 30 is shown with the same nozzle error of the nozzle 2 of color Y.
- Shown schematically is a BLUE color separation of the RGB color image of the camera system 8.
- the precipitated nozzle 2 is very weakly recognizable as a bright line.
- a nozzle defect in the BLUE extract of the RGB color image of the camera system 8 which in principle appears to be stronger due to the lack of the base color Y, can only be recognized extremely faintly.
- the result of the presentation in Fig. 2b was calculated by computational transformation of the RGB color space of the camera system 8 (FIG. Fig. 1 ) into the CMYK color space.
- Fig. 2 c For example, the same print pattern 30 is shown with the same nozzle error of the nozzle 2 of color Y.
- Fig. 2c is a Y color separation of the print pattern 30 as an image pick - up of a line sensor 10 of the camera system 8 (shown in FIG Fig. 3 ) after application of the inventive method.
- the failed nozzle is clearly recognizable as a missing Y signal.
- a "line-shaped signal" with the amplitude ZERO is present.
- a nozzle error of one or more nozzles 2 of the nozzle assembly 3 for the color Y very clearly visible in the image of the camera system 8 in the form of a dark line.
- the color Y is missing here.
- the camera system 8 can be designed with a CMYK color filter (not shown).
- CMYK camera is simulated for the inspection of the CMYK print pattern 30 of an inkjet printer with the inks CMYK for the decoration of flat substrates 4.
- Fig. 3 An embodiment of the device according to the invention for detecting malfunctions of nozzles 2 on nozzles 3 of an inkjet printer is shown.
- the substrate 4 to be decorated in the pass is decorated in a known manner in the multicolor subtractive CMYK printing process with the aid of four ink droplets 3 K, Y, M and C ejected in accordance with a printing pattern.
- the substrate 4 is scanned with a camera system 8 installed transversely to the feed direction.
- the camera system 8 includes a monochrome (ie black / white) line sensor 10, with which a line-shaped image recording takes place.
- the printed surface is imaged on the sensor line of the line sensor 10 via an optical system (not shown) transversely to the feed direction of the substrate.
- the substrate 4 is illuminated by four illumination sources 12 in the colors CYAN, MAGENTA, YELLOW and in the near infrared region NIR.
- the illumination sources 14 emits light in the color CYAN
- the illumination source 16 emits light in the color MAGENTA
- the illumination source 18 emits light in the color YELLOW
- the illumination source 20 emits light in the near infrared range.
- the illumination sources 12, 14, 16, 20 are switched on one after the other for a short time.
- a control unit 6 is used to control the illumination sources 12, 14, 16, 20.
- only one illumination source 12 may be provided, which alternately transmits light in the previously listed colors.
- the output signals of the line sensor 10 are evaluated by an evaluation unit 22 for the detection of one or more line-shaped nozzle errors, which are generated by clogged (blocked) nozzles 22 within a nozzle block 4 or by open (no longer closing) or irregularly operating nozzles 22.
- the result of the inspection is continuously displayed on a display unit 26 and / or transmitted as a control signal in the printer control via an interface 28.
- the moving substrate 4 is thus printed by ejecting ink droplets with a resolution of 300 dpi and scanned by a downstream optical monochrome line sensor 10 of the camera system 8. Furthermore, a preferably diffuse illumination of the substrate 4 is produced by four switchable, preferably line-shaped illuminations of the illumination sources 12, 14, 16, 20 with the colors CYAN, MAGENTA, YELLOW and NIR.
- the line sensor 10 operates with a resolution which is similar to or higher than that of the nozzle head.
- the substrate 4 printed with the duck pattern 30 is detected by the line sensor 10 from a vertical viewing direction via line optics.
- the color separation K (for BLACK) is exposed according to the invention with a light source in the near infrared NIR.
- a light source in the near infrared NIR Preferably exposed in a wavelength range of 750-980 nm. In this wavelength range, all C, M, Y colors appear in almost same shade of gray.
- the carbon-containing black ink pigments absorb very strongly, so that the illumination source 20 in the said NIR range is optimally suited for detecting black ink droplets.
- These four color separation line images have in the transverse direction of the tile 5 the full pixel resolution of the monochrome line sensor 10, for example 300 dpi. In the feed direction, the resolution is only a quarter due to the four successive exposures with light of the colors CYAN, MAGENTA, YELLOW and the near infrared.
- this reduction of the resolution in the feed direction is irrelevant for the detection of nozzle defects, since these defects are expressed as extended elongated strips with either a blocked nozzle 2 or with a nozzle 2 which no longer closes.
- a good discrimination of a nozzle error in the printed motif on the substrate 4 is achieved, and by a precise localization of the defective nozzle 2, a good identification of the defective nozzle stock 3 of the colors C, Y, M or K.
- the nozzle errors typical for ink-jet printing can be detected automatically at an early stage and their visibility can be evaluated.
- the line image signal generated by the line sensor 10 then forms in the feed direction in each case the sum of all brightnesses along a feed of 50 millimeters.
- This is mathematically identical to the calculation of the mathematical projection in the feed direction X of the brightness values under the respective switched-on color C, Y, M or K.
- the summation-based projection is a simple method of contrasting weak signals with background noise, in which case the "signal" consists of the erroneous "nozzle track" and the noise from the printed print pattern 30 (see Fig. 2a to 2c ).
- this projection can be performed numerically by summing up the digitized brightness values of the line sensor 10 in an evaluation unit 22 not only purely optically via an extended exposure time but also with the known methods of image processing.
- the inventive device can be designed in a particularly advantageous structural design in their design, fasteners and alignment on the printing unit as the nozzle blocks to be monitored 3 itself (not shown).
- the nozzle sticks 3 are compact units which can be connected to one another with lateral fastening elements, a nozzle plate facing the substrate 4, and a supply of the electrical signals for the control of the piezo-ceramic ejectors.
- the manufacturers of ink jet printers line up a plurality of nozzle sticks 3 in a row or in a meandering manner and can pass through them high modularity cost-effective to build printers with customized requirements for a wide variety of applications and resolutions. Due to the advantageous design of the inventive device is achieved that existing mounting and alignment systems and brackets can be used optionally for the installation of a nozzle assembly 3 or an inventive optical imaging inspection head and thus both the retrofitting of an existing inkjet printer with the inventive device and the primary Production of an inkjet printer with an integrated inventive device can be carried out inexpensively.
- the automatic detection of a faulty nozzle 2 with the camera system 8 is according to the invention not limited to the detection and identification of faulty nozzles 2 in terms of function monitoring, but according to the invention supplemented by an automatic assessment of visibility for the human observer or the nozzle error in the finished product.
- the goal is not to unnecessarily reduce the productivity of an inkjet printer by causing any automatically detected nozzle failure to trigger a production shutdown with a cleaning and / or maintenance cycle.
- the productivity should be increased despite the occurrence of nozzle errors in that the cleaning and / or maintenance cycle is triggered only from a predetermined visibility threshold of the nozzle error or errors that have occurred.
- the evaluation unit 22 evaluating the signals of the camera system 8 additionally calculates a numerical "visibility" after the detection of errors of the nozzle 2, for example by the described projection of the brightness values. This can for example be based on the evaluation of the signal / noise ratio of the projection curve in the immediate vicinity of the faulty nozzle 2.
- non-linear functionals such as the root are used as the logarithm.
- the current production is therefore automatically stopped only if the visibility S exceeds a visibility specified by the machine operator, the quality department or the end customer.
- the idea of the invention is not limited to DOD printers in the CMYK color system.
- additional switchable illuminations are used according to the invention, at the wavelength of which the nozzle errors of the affected nozzle sticks differ particularly strongly from the background motif.
- switchable transmitted-light illuminations are used according to the invention, which light is analogous to the CMYK color space in the range of RED, GREEN, BLUE and near infrared, and the nozzle errors are detected and identified accordingly by texture analysis and line detection of these monochromatic images.
- analogue-directed illuminations are used, which make the nozzle aberrations appear particularly high-contrast in the image of the line sensor
- the signals of the inspection camera are also evaluated for the automatic monitoring of the visual overall color impression of the decorated substrate in addition to the detection of nozzle errors.
- the color deviation mass CIE-Lab known to the printer is calculated and displayed and compared with the predetermined tolerances.
- the concept of the invention furthermore relates to all printer technologies working with DOD, also those which work with so-called functional inks, such as silver conductive pastes, in the printing technology production of solar cells, chemically organic inks for the production of biological microdetectors, spatially building inks for the production of three-dimensional substrates.
- functional inks such as silver conductive pastes
- the inventive idea is not limited to specific motifs and substrates to be printed.
- the synonymous terms "decor” and "motif” in the context of this application include natural images such as wood or marble decors, synthetic and artistically designed pictorial motifs and photographic reproduction of image scenes. These patterns and motifs can contain graphic elements and text elements.
- “Substrate” describes all rigid, flexible, flat or spatially curved surfaces that can be decorated using DOD techniques.
- the concept of the invention is also not limited to exemplified "single-pass" printers in which stationary printing blocks are used to print a substrate moving under them.
- a simple, cost-effective arrangement suitable for all possible decorative and image prints is made possible and a method suitable for this purpose is provided with which a digitally decorated surface can be continuously and automatically inspected for the presence of nozzle defects and the visibility of occurred nozzle errors can be assessed for human perception.
- a cleaning cycle would take place or a product change to a decoration be made in which this error does not visually disturb.
Landscapes
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- Quality & Reliability (AREA)
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Abstract
Description
- 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.
- 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.
- Tintenstrahldrucker sind Matrixdrucker, bei denen durch den gezielten Abschuss bzw. das Ablenken kleiner Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. - 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. - 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. - 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. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache und kostengünstige Anordnung zur Erkennung von Düsenfehlern zu schaffen.
- 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.
- 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.
- Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Die Druckfarben entsprechen bevorzugt den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK).
- 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.
- Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
- 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.
-
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 inFig. 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. - 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. - 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 inFig. 2a schematisch eine Helligkeitsbildauszug des RGB - Farbbildes des Kamerasystems 8 derFig. 1 . Hierbei ist in einem aus dem RGB - Farbbild gebildeten monochromen Helligkeitsbild der Düsenfehler nicht zu erkennen. - 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 inFig. 2b wurde durch rechnerische Transformation des RGB-Farbraums des Kamerasystems 8 (Fig. 1 ) in den CMYK-Farbraum erzeugt. - In
Fig. 2 c ist das gleiche Druckmuster 30 mit dem gleichen Düsenfehler der Düse 2 der Farbe Y gezeigt. InFig. 2c ist ein Y - Farbauszug des Druckmusters 30 als Bildaufnahme eines Zeilensensors 10 des Kamerasystems 8 (dargestellt inFig. 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. - 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). - 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. - 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.
- 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.
- Die bedruckte Oberfläche wird dabei über eine Optik (nicht dargestellt) quer zur Vorschubrichtung des Substrats auf die Sensorzeile des Zeilensensors 10 abgebildet.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung können die für den Tintenstrahldruck typischen Düsenfehler automatisch frühzeitig erkannt werden und ihre Sichtbarkeit bewertet werden.
- 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. - 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 (sieheFig. 2a bis 2c ). - 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.
- 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. - 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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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.
- 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: - Für die Funktion f werden, um das nicht-lineare Empfinden des menschlichen Sehsystems nachzubilden, beispielsweise nicht-lineare Funktionale, wie die Wurzel, der Logarithmus verwendet.
- 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.
- 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.
- Der Erfindungsgedanke ist nicht auf DOD - Drucker im CMYK Farbsystem beschränkt.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Claims (15)
- 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bedruckte Substrat (4) zusätzlich mit Licht im Nahen Infrarot Bereich beleuchtet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlmuster linienförmig verlaufenden Streifen entsprechen, welche vorzugsweise in Druckrichtung ausgebildet sind.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarben den Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz (CMYK) entsprechen.
- 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.
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