DE102005003587A1

DE102005003587A1 - Druckmaschine für Tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE102005003587A1
Application number: DE200510003587
Authority: DE
Inventors: Michael Kaiser
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2005-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine für Tintenstrahldruck. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckmaschine für Tintenstrahldruck zu entwickeln, die ohne Beschränkung bei der Bedruckstoffauswahl mit geringem Aufwand das Drucken mit einer hohen Anzahl von Graustufen ermöglicht. Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Druckmaschine für Tintenstrahldruck, mit einer ortsfesten Düsenanordnung, die sich quer zu einer Druckrichtung über die Breite eines Bedruckstoffes erstreckt und mit einer Tintenversorgungsvorrichtung verbunden ist, mit einer Vorrichtung zum Vorschub des Bedruckstoffes in Druckrichtung und mit einer Einrichtung zur Steuerung des bildgemäßen Ausstoßes einzelner Tintentröpfchen aus den Düsen der Düsenanordnung in einem Raster auf die Oberfläche des Bedruckstoffes und zur Steuerung des Vorschubes, die Vorschubgeschwindigkeit (v) des Bedruckstoffes (4) entsprechend der Zahl gewünschter Graustufen in Stufen einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmaschine für den Tintenstrahldruck nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Beim Tintenstrahldruck wird ein Bogen oder eine Bahn mit einer bestimmten gleichförmigen Geschwindigkeit an einem Druckkopf vorbei gefördert. Der Druckkopf enthält einzeln ansteuerbare Düsen, die mit einer Tintenversorgungseinrichtung verbunden sind. Während der Bedruckstoff am Druckkopf vorbei gefördert wird, werden die Düsen entsprechend einem Druckbild angesteuert. Auf dem Bedruckstoff entsteht ein digitales Bild, dessen Bildelemente innerhalb eines Rasters als Rasterelemente in Zeilen und Spalten angeordnet wird. Die Lage der Rasterelemente lässt sich in einen orthogonalen Koordinatensystem angeben, wobei jedem Rasterelement eine Zeilen- und eine Spaltenadresse zugeordnet wird. Wenn eine Düse angesteuert wird, dann wird für einen Rasterpunkt eine bestimmte Menge Tinte in ein Rasterelement ausgestoßen. Innerhalb eines Rasterelements besteht nur ein Grauton oder nur ein Helligkeitswert. Aufgrund der Abmessungen und Anordnung der Düsen quer zur Transportrichtung des Bedruckstoffes und abhängig von der Ausstoßfrequenz von Tropfen aus den Düsen und der Transportgeschwindigkeit des Bedruckstoffes ergibt sich für ein Tintenstrahldrucker eine maximal erreichbare Auflösung, die ein Maß der pro Längeneinheit erzeugbaren Rasterpunkte ist. Um eine hohe Produktivität zu erreichen, wird eine hohe Tropfenausstoßfrequenz und Transportgeschwindigkeit des Bedruckstoffes angestrebt. Weil die Auflösung aufgrund der geometrischen Verhältnisse der Düsen beschränkt ist, wird, um eine hohe Bildqualität zu erreichen, ein Druckbild in Form von Rasterzellen erzeugt, die entsprechend dem Druckbild unterschiedliche Graustufen aufweisen. Die Anzahl der möglichen Graustufen hängt von der Auflösung und der Rasterweite der Rasterzellen ab. Wenn z. B. eine Rasterzelle binär in 16 × 16 bedruckbare Rasterpunkte zerlegt wird, dann lassen sich (16 × 16) + 1 Graustufen oder Helligkeitsstufen darstellen.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, eine hohe Zahl von Graustufen zu erzeugen.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, einen Tintenstrahldruckkopf zwei- oder mehrfach quer zur Transportrichtung über den Bedruckstoff zu führen, wobei bei jedem Durchgang die Tropfen leicht versetzt auf die Oberfläche des Bedruckstoffes gebracht werden. Bei einem Tintenstrahldrucker, der im einfachen Betrieb 280 Linien/cm mit 16 Graustufen erzeugen kann, druckt bei zweifachem Durchgang des Druckkopfes mit 516 Linien/cm mit 81 Graustufen. Bei diesem Verfahren ist nur eine geringe Druckgeschwindigkeit erreichbar, da der Vorschub des Bedruckstoffes und das Drucken nicht gleichzeitig möglich ist.

Bei Tintenstrahldruckern, bei denen einzelne Tintentröpfchen auf Anforderung durch Ansteuerung mit einem elektrischen Impuls erzeugt werden, ist es bekannt, durch Verändern des Inpulsverlaufes das Volumen und die Anzahl der pro Impuls erzeugten Tröpfchen zu beeinflussen. Damit ist es möglich, die Tintenmenge pro Bedruckstofffläche zu variieren, so dass hellere oder dunklere Punkte auf dem Bedruckstoff erzeugt werden können. Bei einem Tintenstrahldrucker, der im einfachen Betrieb 280 Linien/cm mit 16 Graustufen erzeugen kann, sind durch die Veränderung des Impulsverlaufs z. B. 516 Linien/cm bei 81 Graustufen möglich. Diese Verfahren benötigen einen erhöhten Programmieraufwand für ein Steuerungssystem mit einem Rechner. Für die Erzeugung der Bildinformation reicht eine Rastergrafikdatei mit einem Bit Informationstiefe nicht aus, weil für die zusätzlichen Graustufeninformationen pro Rasterpunkt eine Informationstiefe von mindestens einem Byte pro Rasterpunkt benötigt wird. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen ergibt sich im Vergleich zu einfachen, binär arbeitenden Tintenstrahldruckköpfen ein erhöhter Aufwand in der Steuerelektronik.

Zur Erhöhung der Zahl der Graustufen kann ein Tintenstrahldrucker mit einem zweiten Druckkopf ausgerüstet werden, der mit einer Tinte mit hellerer Farbe versorgt wird. Wie bei den Druckern, bei denen Tröpfchen auf Anforderung ausgestoßen werden, können mit einem solchen Tintenstrahldrucker ebenfalls hellere oder dunklere Punkte erzeugt werden. Durch die zusätzliche Farbe sind z. B. eine Auflösung von 560 Linien/cm bei 81 Graustufen möglich. Weil bei diesem Verfahren ein komplettes zusätzliches Drucksystem, bestehend aus Druckkopf, Farbversorgung und Steuerung, benötigt wird, ergibt sich ein hoher Aufwand an Kosten und Material und ist ein größeres Bauvolumen erforderlich. Weiterhin muss ein zusätzliches Programm zur Farbseparation bereitstehen, welches das Druckbild in die verwendeten Farben separiert.

Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Graustufen ergibt sich durch eine Verwendung eines frequenzmodulierten Rasters. Z. B. können bei 560/linien/cm Auflösung theoretisch 90000 Graustufen erreicht werden. Dieses Verfahren ist nur für komplette Druckbilder verwendbar. Beim Eindrucken in Bedruckstoffe, die vorher z. B. im Offsetverfahren bedruckt wurden, ergäbe sich ein störender visueller Unterschied zwischen Tintenstrahldruck mit frequenzmoduliertem Raster und Offsetdruck mit konventionellem Raster. Bei einer geringen physikalischen Auflösung sind prinzipbedingt störende Strukturen in flächigen Motiven sichtbar. Beim Drucken mit einem frequenzmodulierten Raster entsteht ein hoher Punktzuwachs, so dass es nur sinnvoll ist, auf glatten Substraten, wie gestrichenen Papieren, zu drucken.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Druckmaschine für Tintenstrahldruck zu entwickeln, die ohne Beschränkung bei der Bedruckstoffauswahl mit geringem Aufwand das Drucken mit einer hohen Anzahl von Graustufen ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit einer Druckmaschine gelöst, welche die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist bei einer Druckmaschine, bei der ein Druckbild in einem einfachen Durchlauf erzeugt wird, der Vorschub des Bedruckstoffes entsprechend der Zahl der gewünschten Graustufen einstellbar. Die Steuerung der Druckmaschine zum Steuern des Ausstoßes von Tintentröpfchen und zum Vorschub des Bedruckstoffes benötigt nur eine Rastergrafikdatei mit einem Bit Informationstiefe. Die Steuerung generiert entsprechend der Rastergrafikdatei elektrische Steuerimpulse die einer Düsenanordnung zugeführt werden. Die Menge der pro Steuerimpuls auf dem Bedruckstoff ausgestoßenen Tinte ist konstant.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen:
1: ein Schema einer Druckmaschine für Tintenstrahldruck,
2 bis 4: Schemata zur Erzeugung einer bis drei Graustufen und zugehörige Punktformen.
In 1 ist eine Drucmmaschine für Tintenstrahldruck dargestellt.
Die Druckmaschine enthält ein über Umlenkrollen 1, 2 gelegtes Transportband 3 zum Zuführen von Bogen 4, ein über Umlenkrollen 5, 6, 7 gelegtes Transportband 8 zum Fördern von Bogen 4 entlang eines Druckkopfes 9, ein über Umlenkrollen 10, 11 gelegtes Transportband 12 zum Fördern von Bogen 4 entlang eines Trockners 13 und ein über Umlenkrollen 14, 15 gelegtes Transportband 16 zum Wegführen von Bogen 4. Zum Antreiben der Transportbänder 3, 8, 12, 16 sind die Umlenkrollen 1, 5, 10, 14 mit Motoren 17–20 gekoppelt. Im Druckkopf 9 befinden sich zwei über die Formatbreite der Bogen 4 reichenden Düsenmodule 21, 22 mit jeweils mit einer Vielzahl von einzeln ansteuerbaren gleichabständigen Düsen. Die Düsenmodule 21, 22 stehen mit einer Tintenversorgungsvorrichtung 23 und einer Steuereinrichtung 24 in Verbindung. Zwischen den Motoren 17–20 sowie dem Trockner 13 bestehen ebenfalls Verbindungen zur Steuereinheit 24. Die Steuereinheit 24 enthält einen Rechner 25 und einen Speicher 26 für Bilddaten. Zur Druckmaschine gehört ein Bedienpult 27 mit einem Betriebsartenumschalter 28 mit drei Schaltstellungen zur Wahl von drei verschiedenen Graustufen. Das Bedienpult 27 bzw. die Schaltkontakte des Betriebsartenschalters 28 sind ebenfalls mit der Steuereinheit 24 verbunden. Der Weg des Bogens 4 relativ zum Druckkopf 9 wird indirekt mit einem Drehgeber 29 erfasst, der mit der Achse der Umlenkrolle 6 gekoppelt ist.
Anhand der 2–4 soll die Arbeitsweise der Druckmaschine näher beschrieben werden. Anhand einer Rastergrafikdatei im Speicher 26 und anhand der Signale des Drehgebers 29 liegt fest, wann welche Düse der Düsenmodule 21, 22 mit einem Impuls 30 anzusteuern ist um ein oder mehrere Farbtröpfchen auszustoßen. Bei der Zufuhr eines Bogens 4 mit dem Transportband 3 auf das Transportband 8 werden mit einem Sensor 31 die Lagen der Vorderkante und Seitenkanten des Bogens 4 erfasst. Die Ausgangssignale des Sensors 31 und Drehgebers 29 werden in der Steuereinheit 24 verarbeitet, um den Start des Tintenausstoßes und damit die Lage des Druckbildes auf dem Bogen 4 festzulegen. Wenn eine Düse eines Düsenmoduls 21, 22 mit einem Impuls 30 fester Impulsform und Impulsfrequenz angesteuert wird, dann wird eine fest vorgegebene Tintenmenge in eine Rasterzelle zur Erzeugung eines Rasterpunktes ausgestoßen. Das Druckbild wird in nur einem Vorbeilauf an dem Druckkopf 9 auf dem Bogen 4 erzeugt. Mit dem Motor 18 werden die gleichförmige Vorschubgeschwindigkeit v eines Bogens 4 auf dem Transportband 8 und mit der Steuereinrichtung 24 die Impulsfrequenz so aufeinander abgestimmt, dass Rasterzelle an Rasterzelle bedruckt werden. Wenn der Betriebsartenschalter 28 in einer ersten Schaltstellung steht, dann wird die Vorschubgeschwindigkeit v auf einen maximalen Wert v_max eingestellt.
2 zeigt symbolisch den Aufbau der Rastergrafikdatei in Form von Zeilen und Spalten. Die Zeilenrichtung entspricht den Rastergrafikinformationen a_x in Vorschubrichtung des Bogens 4. In Spaltenrichtung liegen die Rastergrafikinformationen a_y quer zur Vorschubrichtung. Ein schwarzer Kreis in einer Speicherzelle (a_x, a_y) soll symbolisieren, dass ein Bit zum Ansteuern einer Düse zu einem bestimmten Zeitpunkt gesetzt ist. Nach dem eine Düse mit einem Impuls angesteuert wurde, entsteht auf dem Bogen 4 in einer Rasterzelle ein kreisförmiger Rasterpunkt 33. Pro Rasterzelle ist damit genau eine Graustufe erzielbar.
Wenn der Betriebsartenumschalter 28 in eine zweite Schalterstellung gebracht wurde, dann werden der Motor 18 und die anderen Motoren 17, 19, 20 so angesteuert, dass die Vorschubgeschwindigkeit v gegenüber der ersten Schalterstellung halbiert ist. Wenn die Ausstoßfrequenz für Tintentropfen aus einer Düse unverändert bleibt, dann ist es möglich, in einer Rasterzelle des Bogens 4 die zweifache Tintenmenge einzubringen. Gegenüber 2 sind in 3 in Zeilenrichtung a_x doppelt so viele Speicherzellen a_x, a_y vorgesehen. In den nicht schraffierten Spalten sind die Bits für eine erste Graustufe und in den schraffierten Spalten für eine zweite Graustufe setzbar. Z. B. erzeugt das Bit in der Speicherzelle 34 einen Rasterpunkt 35 mit der ersten Graustufe. Die Bits mit den Speicherzellen 36, 37 dienen zum Ansteuern genau eine Düse, wobei die Farbmenge zweier Impulse nahezu auf die gleiche Stelle des Bogens 4 gebracht wird. Aufgrund der hohen Oberflächenspannung der Tinte bildet sich einheitlicher Rasterpunkt 38. Wenn z. B. mit einer Düsenanordnung quer zur Vorschubrichtung eine Auflösung von 280 Linien/cm und in Vorschubrichtung 560 Linien/cm möglich sind, dann ergeben sich bei einer Rasterweite von 60 Linien/cm 36 darstellbare Graustufen.
Wenn der Betriebsartenschalter 28 auf eine dritte Schalterstellung gebracht wurde, dann wird mit dem Motor 18 die Vorschubgeschwindigkeit v auf ein Drittel der maximalen Vorschubgeschwindigkeit v_max eingestellt. Die Organisation der Rasterdaten ist in 4 dargestellt. Die Zahl der Speicherzellen a_x, a_y ist gegenüber 2 verdreifacht. Gegenüber 2 ist pro Rasterzelle eine weitere Spalte mit Bits für eine dritte druckbare Graustufe vorgesehen. Die Auflösung in Spaltenrichtung a_y beträgt nach wie vor 280 Linien pro Zentimeter, während die Auflösung in Zeilenrichtung a_x verdreifacht den Wert 1120 Linien/cm besitzt. Bei einer Rasterweite von 60 Linien/cm sind damit 56 Graustufen darstellbar. Das Bit in der Speicherzelle 39 erzeugt einen Rasterpunkt 40 mit einer Graustufe. Die Bits in den Speicherzellen 41, 42 ergeben einen Rasterpunkt 43 mit zwei Graustufen. Die Bits in den Speicherzellen 44–46 führen zu Rasterpunkten 47 mit drei Graustufen. Der Impulsverlauf und das Tröpfchenvolumen pro Impuls bleibt gegenüber dem Verfahren nach 2 und 3 unverändert. Lediglich die Anzahl der Impulse, die für den Druck eines Rasterpunktes 38, 43, 47 auf dem Bogen 4 verwendet werden, ändert sich. Bei den Rasterpunkten 38, 43, 47 wird die doppelte bzw. dreifache Tintenmenge pro Rasterzelle auf einen Bogen 4 gebracht. Die pro Impuls ausgestoßenen Tintenmengen liegen in Vorschubrichtung um einen geringen Betrag s versetzt. Der Versatz s resultiert aus dem Vorschub des Bogens 4 während der Zeit zwischen zwei Ausstößen.
Gemäß der Erfindung erhöht sich Auflösung in Vorschubrichtung stets um ein ganzzahliges Vielfaches der physikalischen Auflösung, wobei die Druckgeschwindigkeit um den gleichen Faktor reduziert wird. Für die Bilddatenaufbereitung mit dem Rechner 25 ist es unerheblich, ob die einzeln adressierbaren Rasterpunkte, wie zu 2 beschrieben, konventionell nebeneinander oder, wie zu 3 und 4 beschrieben übereinander gesetzt werden. Es kann daher ein konventionelles Rasterverfahren verwendet werden.

1, 2: Umlenkrolle
3: Transportband
4: Bogen
5–7: Umlenkrolle
8: Transportband
9: Druckkopf
10, 11: Umlenkrolle
12: Transportband
13: Trockner
14,15: Umlenkrolle
16: Transportband
17–20: Motor
21–22: Düsenmodul
23: Tintenversorgungsvorrichtung
24: Steuereinheit
25: Rechner
26: Speicher
27: Bedienpult
28: Betriebartenumschalter
29: Drehgeber
30: Impuls
31: Sensor
32: Kreis
33: Rasterpunkt
34: Speicherzelle
35: Rasterpunkt
36, 37: Speicherzelle
38: Rasterpunkt
39: Speicherzelle
40: Rasterpunkt
41, 42: Speicherzelle
43: Rasterpunkt
44–46: Speicherzelle
47: Rasterpunkt

Claims

Druckmaschine für Tintenstrahldruck, mit einer ortsfesten Düsenanordnung, die sich quer zu einer Druckrichtung über die Breite eines Bedruckstoffes erstreckt und mit einer Tintenversorgungsvorrichtung verbunden ist, mit einer Vorrichtung zum Vorschub des Bedruckstoffes in Druckrichtung, mit einer Einrichtung zur Steuerung des bildgemäßen Ausstoßes einzelner Tintentröpfchen aus den Düsen der Düsenanordnung in einem Raster auf die Oberfläche des Bedruckstoffes und zur Steuerung des Vorschubes, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubgeschwindigkeit (v) des Bedruckstoffes (4) entsprechend der Zahl gewünschter Graustufen in Stufen einstellbar ist.
Druckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der pro kleinsten adressierbaren Rasterelement ausgestoßenen Tinte konstant ist.
Druckmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (24) zur Steuerung des Ausstoßes das Druckbild als eine Rasterdatei in einem Speicher (26) abgelegt ist.