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Die
Erfindung betrifft eine Druckmaschine für den Tintenstrahldruck nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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.
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Im
Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, eine hohe
Zahl von Graustufen zu erzeugen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird mit einer Druckmaschine gelöst, welche die Merkmale nach
Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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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.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Es zeigen:
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1:
ein Schema einer Druckmaschine für Tintenstrahldruck,
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2 bis 4:
Schemata zur Erzeugung einer bis drei Graustufen und zugehörige Punktformen.
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In 1 ist
eine Drucmmaschine für
Tintenstrahldruck dargestellt.
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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.
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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 vmax eingestellt.
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2 zeigt
symbolisch den Aufbau der Rastergrafikdatei in Form von Zeilen und
Spalten. Die Zeilenrichtung entspricht den Rastergrafikinformationen
ax in Vorschubrichtung des Bogens 4.
In Spaltenrichtung liegen die Rastergrafikinformationen ay quer zur Vorschubrichtung. Ein schwarzer
Kreis in einer Speicherzelle (ax, ay) 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.
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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 ax doppelt
so viele Speicherzellen ax, ay 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.
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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 vmax eingestellt. Die Organisation der Rasterdaten
ist in 4 dargestellt. Die Zahl der Speicherzellen ax, ay ist gegenüber 2 verdreifacht.
Gegenüber 2 ist
pro Rasterzelle eine weitere Spalte mit Bits für eine dritte druckbare Graustufe
vorgesehen. Die Auflösung
in Spaltenrichtung ay beträgt nach
wie vor 280 Linien pro Zentimeter, während die Auflösung in
Zeilenrichtung ax 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.
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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.
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- 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