-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion defekter Druckdüsen in Druckköpfen einer Inkjetdruckmaschine mittels Verwendung eines spezifischen Druckdüsentestmusters.
-
Die Erfindung liegt im technischen Gebiet des Inkjetdrucks.
-
Beim Druck mit Inkjetdruckmaschinen ist ein sehr wichtiges Kriterium für die resultierende Druckqualität der Zustand der einzelnen Druckdüsen der verwendeten Inkjetdruckköpfe. Sehr häufig kommt es dabei zum Ausfall einzelner Druckdüsen bzw. zu einer Veränderung deren Druckverhaltens, welches dazu führt, dass die betroffene Druckdüse nicht mehr innerhalb der erforderlichen Spezifikationen druckt. Typische Fehlerbilder betreffen z.B. das Schiefspritzen einzelner Düsen über eine gewisse tolerierbare Abweichung hinaus, sowie ein nicht zu tolerierendes Abnehmen der Druckstärke. Solche fehlerhaft druckenden Düsen werden dann deaktiviert und mittels verschiedenster Ansätze kompensiert. Am häufigsten ist die Kompensation mittels Erhöhung des Tintenausstoßes der benachbarten Druckdüsen.
-
Zur Detektion solcher fehlerhaft druckender defekter Druckdüsen gibt es im Stand der Technik verschiedene Ansätze. Diese umfassen zum Beispiel:
- 1. Die Detektion mittels eines „Nozzle-Grids“, sprich eines Druckdüsentestmusters. Hier drucken alle zu testende Druckdüsen eines Druckkopfes ein bekanntes Muster. Dies kann z.B. so aussehen, dass in einer Zeile jede 11. Druckdüse eine Linie in Druckrichtung druckt. In jeder Zeile werden dann die druckenden Düsen um eins versetzt, so dass nach 11 Zeilen haben alle Düsen einmal gedruckt haben. Das Testmuster wird dann mittels einer Kamera erfasst, digitalisiert und von einem Rechner ausgewertet. Defekte Düsen werden dabei durch Abweichung bestimmter Kennwerte von ihren Sollparametern ermittelt. Solche Kennwerte können z.B. die Linienpositionen sein, womit der Grad der Ablenkung angegeben wird oder das schwächer werden, gar Fehlen einer Linie sein, was mangelnde Druckstärke identifiziert.
- 2. Ein weitere Ansatz besteht in der sogenannten GVA (Gray Value Anaylsis). Hier wird von allen zu testenden Druckdüsen einer visuell homogenen Druckfläche gedruckt und diese dann entsprechend mittels des Kamerasystems erfasst und ausgewertet. Defekte Druckdüsen werden dann durch Identifizierung von sogenannten Whitelines bestimmt. Diese verlaufen bei feststehenden Druckdüsen stets in Transportrichtung des Substrats. Der gefundenen Bildstörung wird mittels einer vorher erfolgten geometrischen Kalibrierung des Kamerabilds oder durch Vergleich mit aus Druckdüsentestmustern berechneten Daten eine verursachende Druckdüse zugeordnet.
- 3. Ein weiterer Ansatz ist die Detektion direkt im erzeugten Druckbild. Dies hat den Vorteil, dass erstmal keine zusätzlichen Testmuster zwingend gedruckt werden müssen, was den Platz für Kundennutzen auf dem Substrat erhöht. Ähnlich wie bei der GVA werden hier Linienstrukturen im Druckmotiv gesucht, die in Transportrichtung des Substrats erlaufen und aufgrund ihrer Linienbreite durch unkorrekt arbeitende Druckdüsen verursacht werden. Ähnlich wie bei der Analyse homogener Rasterflächen muss der gefundenen Linienstruktur durch eine vorher erfolgte geometrische Kalibrierung des Kamerabilds oder durch Vergleich mit aus Druckdüsentestmustern berechneten Daten eine verursachende Druckdüse zugeordnet werden.
-
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Detektionsansätze haben jedoch diverse Nachteile:
- 1. Bei der Detektion mit Druckdüsentestmuster verhalten sich die Druckdüsen beim Drucken einer einzelnen Linie zum Teil anders als beim Drucken einer Rasterfläche, was beim Druck eines Kundennutzens notwendig ist. Dadurch können sich in der Rasterfläche Whitelines von Düsen zeigen, die beim Drucken der Druckdüsentestmuster selbst unauffällig sind. Auch hängt das Ausbilden einer Whiteline im Raster neben dem Schiefspritzen oder Nichtspritzens einer Druckdüse von vielen Faktoren wie z.B. dem Spreitungs- und Koaleszenzverhalten der Tintentropfen auf dem Substrat, dem Schiefspritzen der Nachbardüsen, dem Rasteraufbau und dem Farbmanagement ab. Eine Berücksichtigung dieser Einflüsse ist meist nicht möglich, da ihre Größe im realen Druckbetrieb normalerweise nicht bekannt ist.
- 2. Bei der Detektion mit GVA gibt es andere Probleme. Mit der GVA können Whitelines zwar relativ zuverlässig in einer Rasterfläche detektiert werden. Problematisch ist allerdings die Identifizierung der für die Whiteline verantwortlichen Druckdüse. Hierfür ist nach dem Stand der Technik der Druck und die Analyse eines Druckdüsentestmusters notwendig. Aus diesem Testmuster wird dann die verantwortliche Düse entweder:
- 2.1 direkt mittels des sogenannten Pixel-Nozzle-Mappings, also der Zuordnung einer Druckdüse zu einer Pixelposition im Kamerabild
oder
- 2.2 über die aus dem Druckdüsentestmuster abgeleiteten Jetting-Eigenschaften der Druckdüsen hinsichtlich Schiefheit, Druckstärke, etc in der Umgebung einer Whiteline oder aus einer Kombination der beiden Verfahren bestimmt.
- 3. Bzgl der Detektion im Druckbild ist hier noch mehr als bei GVA die Identifizierung der für die Whiteline verantwortlichen Druckdüse bei beliebigen Tonwerten und Kontrastverhältnissen im Druckbild schwierig. Diese Identifizierung beruht hier auf mindestens ebenso komplexen und fehleranfälligen Verfahren wie bei GVA.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein verbessertes Verfahren zur Detektion defekter Druckdüsen in Inkj etdruckmaschinen zu finden, welches zuverlässiger und/oder effizienter arbeitet als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Detektion defekter Druckdüsen in Druckköpfen einer Inkjet-Druckmaschine durch einen Rechner, wobei während eines Druckprozesses mindestens ein Druckdüsentestmuster aus in Druckrichtung erzeugten Objekten gedruckt, von mindestens einem Bildsensor digital erfasst und vom Rechner hinsichtlich defekter Druckdüsen ausgewertet wird, wobei jede zu prüfende Druckdüse mindestens ein ihr zugeordnetes Objekt druckt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckdüsentestmuster so gedruckt wird, dass jede zu prüfende Druckdüse alle Objekte, außer das ihr zugeordnete Objekt, druckt. Der Ansatz des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht also darin, das bisher verwendete Druckdüsentestmuster, sprich das Nozzle-Grid, quasi zu invertieren. Dadurch entsteht ein neues Testmuster, welches ähnlich wie beim GVA-Verfahren über eine Rasterfläche verfügt, gleichzeitig aber auch wie das Druckdüsentestmuster einzelne, zuordenbare Druckdüseninformationen aufweist. Durch Verwendung dieses neuartigen Druckdüsentestmusters können die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren einer Detektion mit Düsentestmuster und GVA genutzt werden, ohne deren spezifische Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
-
Vorteilhafte, daher bevorzugte Weiterbildungen dieser Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass bei der Auswertung des digital erfassten Druckdüsentestmusters zuerst nach Artefakten gesucht wird, welche auf defekte Druckdüsen hinweisen, dann mittels des Rechners aus den Helligkeitswerten jeder Zeile des Druckdüsentestmusters ein Signal erzeugt wird, dieses Signal auf von den Objekten und/oder Artefakten verursachte Maxima untersucht wird und abhängig von den Maxima bestimmte Druckdüsen als defekt deklariert werden. Diese Vorgehensweise entspricht prinzipiell der einer Auswertung eines bisherigen Druckdüsentestmusters, wobei jedoch das so erzeugte Signal aufgrund des invertierten Düsentestmusters anders aufgebaut ist und dementsprechend völlig anders ausgewertet werden muss. Hier sind es Maxima im erzeugten Signal, die auf entsprechende defekte Druckdüsen hindeuten.
-
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass für jedes Artefakt diejenige Druckdüse als ursächlich defekt deklariert wird, deren Objekt im erzeugten Signal das Maxima mit dem höchsten Peak aufweist. Oft sind im Fall einer defekten Druckdüse an der Stelle im Druckdüsentestmuster mehrere Druckdüsen, die ein entsprechend abweichendes Verhalten zeigen und somit im erzeugten Signal Maxima aufweisen. In diesem Fall soll erfindungsgemäß diejenige Druckdüse als defekt deklariert werden, deren zuordenbares Objekt im erzeugten Signal das Maximum mit dem höchsten Peak aufweist. Dies ist erfahrungsgemäß in den meisten Fällen die verursachende Druckdüse, welche mit ihrem abweichenden Verhalten das Artefakt im invertierten Druckdüsentestmuster verursacht.
-
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass für jedes Artefakt diejenige Druckdüse als ursächlich defekt deklariert wird, deren Objekt im erzeugten Signal das Mittlere von mehreren Maxima aufweist. Dies ist eine alternative Vorgehensweise, die sich den Erfahrungswert zunutze macht, dass in einem Feld von mehreren verdächtigen Druckdüsen, die eventuell ein auftretendes Artefakt verursachen, meist die mittlere Druckdüse die fehlerhafte verursachende Druckdüse ist. Diese Vorgehensweise ist vor allem dann angebracht, wenn mehrere Maxima im erzeugten Signal von ungefähr gleicher Höhe detektiert werden. Existiert dagegen ein Maximum mit einem klar höchsten Peak, so sollte die andere Vorgehensweise einer Einstufung dieses Maximums, bzw. der entsprechenden Druckdüse als defekt bevorzugt werden.
-
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass für jeden von der Inkjet-Druckmaschine erzeugten Farbauszug jeweils ein Druckdüsentestmuster, von den für den Farbauszug zuständigen Druckköpfen, gedruckt und ausgewertet wird. Dies ist erforderlich, um sämtliche am Druckprozess beteiligten Druckköpfe zu erfassen, da die verschiedenen Farbauszüge im Druckbild von verschiedenen Druckköpfen gedruckt werden. Ob dabei sämtliche Farbauszüge normal iterierend ein gitterartiges Druckdüsentestmuster drucken oder ob bestimmte Farbauszüge öfters gedruckt und ausgewertet werden, hängt von den Gegebenheiten des Druckprozesses und der betreffenden Inkjet-Druckmaschine ab.
-
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei, dass das Drucken und Auswerten der Druckdüsentestmuster während des Druckprozesses in regelmäßigen Abständen wiederholt wird. Auch hier ist die Frage, wie oft eine Wiederholung von Druck und Auswertung der gitterartigen Druckdüsentestmuster notwendig ist, von der verwendeten Inkjet-Druckmaschine und dem durchzuführenden Druckprozess abhängig. Im Extremfall ist auf jedem verwendeten Druckbogen bzw. äquivalent auf jedem Bahnabschnitt, der Druck eines solchen Druckdüsentestmusters notwendig.
-
Zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren wird zudem entsprechend ein erfindungsgemäßes Druckdüsentestmuster benötigt. Das Druckdüsentestmuster besteht dabei aus einer bestimmten Anzahl n horizontaler Zeilen periodisch in Druckrichtung gedruckter, gleichabständiger Objekte, die in Druckrichtung untereinander angeordnet sind, wobei in jeder Zeile des Druckdüsentestmusters jeweils die n-ten Druckdüsen eines Druckkopfes der Inkjet-Druckmaschine inaktiv sind, wodurch alle andere Druckdüsen dieser Zeile zu den Objekten der Zeile des Druckdüsentestmusters beitragen und von Zeile zu Zeile die inaktiven Druckdüsen inkrementiert werden. Mit diesem neuartigen Druckdüsentestmuster kann in einem Testmuster gleichzeitig eine GVA-Analyse durchgeführt werden und eine Untersuchung der einzelnen Druckdüsen hinsichtlich spezifischer Parameter, wie z.B. der Schiefheit des Druckens der betreffenden Druckdüse, sowie der Druckstärke, durchgeführt werden. Damit werden die Vorteile von beiden Analyseverfahren miteinander kombiniert, ohne sich gleichzeitig deren Nachteile mit einzuhandeln.
-
Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind aneinander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
-
Die Zeichnungen zeigen:
- 1: ein Beispiel einer verwendeten Bogen-Inkjet-Druckmaschine
- 2: ein Beispiel einer Whiteline im Druckbild
- 3: ein Druckdüsentestmuster und eine GVA-Fläche gemäß Stand der Technik
- 4: ein erfindungsgemäßes Druckdüsentestmuster
- 5: das erfindungsgemäße Druckdüsentestmuster mit erzeugtem, auszuwertenden Signal
- 6: erster Detektionsansatz aus erzeugten Signal
- 7: zweiter Detektionsansatz aus erzeugten Signal
-
Das Anwendungsgebiet der bevorzugten Ausführungsvariante ist eine Inkjet-Druckmaschine 7. Ein Beispiel für den grundlegenden Aufbau einer solchen Maschine 7, bestehend aus Anleger 1 für die Zufuhr des Drucksubstrats 2 über ein Precoatwerk 8 in das Druckwerk 4, wo es von den Druckköpfen 5 bedruckt wird, bis hin zum Ausleger 3, ist in 1 dargestellt. Dabei handelt es sich hier um eine Bogen-Inkjet-Druckmaschine 7, welche von einem Steuerungsrechner 6 kontrolliert wird. Zusätzlich kann auch ein Inline-Bilderfassungssystem vorhanden sein, dessen Kamerasystem 9 nach dem letzten Druckkopf 5 positioniert ist. Beim Betrieb dieser Druckmaschine 7 kann es, wie bereits beschrieben, zu Ausfällen einzelner Druckdüsen in den Druckköpfen 5 im Druckwerk 4 kommen. Folge sind dann Whitelines 11, bzw. im Falle eines mehrfarbigen Drucks, verzerrte Farbwerte. Ein Beispiel einer solchen „Whiteline 11 in einem Druckbild 10 ist in 2 dargestellt.
-
Für die Detektion fehlerhafter Druckdüsen wird nun, wie im Stand der Technik, auch im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in regelmäßigen Abständen ein Druckdüsentestmuster 17 gedruckt. Dieses wird im Folgenden vom Kamerasystem 9 erfasst, digitalisiert und vom Rechner 6 ausgewertet. Beim Rechner 6 handelt es sich bevorzugt um einen zum Kamerasystem 9 zugehörigen Bildverarbeitungsrechner. Die erfassten und digitalisierten Bilder 10 können aber auch dem Steuerungsrechner 6 oder einem sonstigen verfügbaren Rechner zur Auswertung übermittelt werden. Entscheidend ist lediglich, dass die Detektionsergebnisse für den Steuerungsrechner 6 der Inkjet-Druckmaschine 7 verfügbar sind, damit dieser die notwendige Kompensation der ermittelten defekten Druckdüsen einleiten kann. 3 zeigt nochmal ein Beispiel eines Kamerabildes eines aus dem Stand der Technik bekannten Druckdüsentestmusters 14. In diesem Beispiel besteht es erst aus einem „Nozzle-Grid“ aus entsprechenden Strichen16 im Düsentestmuster 14, welches in diesem Beispiel zwei fehlerhafte Druckdüsen aufweist: Eine „missing nozzle“, welche durch einen fehlenden Strich 13 im Düsentestmuster 14 auffällt und eine abweichend druckende Düse 12, welche einen verschobenen Strich 12 im Düsentestmuster 14 verursacht. Direkt darunter sitzt die homogene Druckfläche 15 für die GVA. Gut sind hier die beiden Whitelines 11a, 11b der beiden defekten Druckdüsen zu erkennen.
-
Die Erfindung sieht nun vor, anstatt dieser beiden Druckdüsentestmuster 14, 15 ein einziges Druckdüsentestmuster 17 zu drucken, welches quasi aus einem invertierten „Nozzle-Grid“ 17 besteht. D.h. es druckt nicht mehr in einem mehrzeiligen Testmuster 14 jede n-te Druckdüse pro Zeile, wobei dann in den folgenden n-1 Zeilen jede (n+y)-te Düse druckt und y stets inkrementiert wird. Sondern es drucken eben genau diese Düsen pro Zeile nicht mehr, während alle anderen Druckdüsen ihre Linie drucken, womit eine homogene Druckfläche 18 wie bei der GVA entsteht, welche nur von einzelnen linienförmigen, tintenfreien Objekten 19 unterbrochen wird. 4 zeigt für das bereits vorgebrachte Beispiel ein solches erfindungsgemäßes invertiertes Druckdüsentestmuster 17. Gut sind auch hier die beiden Whitelines 11a, 11b der beiden defekten Druckdüsen zu erkennen. Ähnlich wie bei der GVA lässt sich auch mit dem erfindungsgemäßen Druckdüsentestmuster 17 die Auswirkung einer defekten Druckdüse somit sofort erkennen und ermitteln. Anders als dort kann mit dem erfindungsgemäßen Druckdüsentestmuster 17 jedoch auch die Verfassung der einzelnen Druckdüsen ermittelt werden, so dass eine direkte Zuordnung von Whiteline 11 zu defekter Druckdüse möglich wird. Die Ermittlung der Verfassung der einzelnen Druckdüsen geschieht abweichend zum aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Auswertung des Druckdüsentestmusters 14, da hier nicht jede Druckdüse nur ein einzelnes, direkt erkennbares Objekt, also den Strich 16, druckt. Somit wird aus jeder Zeile des digitalisierten, erfindungsgemäßen Druckdüsentestmusters 17 ein Signal 20 bzgl. des Farbwertes erzeugt, welches dann an jeder freien Stelle des invertierten Druckdüsentestmusters 17 einen Peak aufweist. Dieser Zusammenhang wird in 5 dargestellt. Der Peak entsteht, da an dieser Stelle jeweils das hellere Drucksubstrat 2 durchscheint. Das Signal 20 entspricht somit einem Intensitätsprofil des Druckdüsentestmusters 17. Wertet man nun das Signal für alle Zeilen des Druckdüsentestmusters 17 aus, zeigen sich an der Stelle der defekten Druckdüse im Signal 20 jeweils erhöhte Peaks, welche den von den defekten Druckdüsen erzeugten Whitelines 11a, 11b entsprechen. Die einzelne Druckdüse, welche mit größter Wahrscheinlichkeit die defekte Druckdüse ist, lässt sich mittels einer genauen Analyse des Signals 20 ermitteln. 6 zeigt einen Ausschnitt der einzelnen Signale 20 der jeweiligen Zeilen des Druckdüsentestmusters 17 an der Stelle der ersten Whiteline 11a, welche von einer abweichend druckenden Druckdüse verursacht in Form eines Funktionsdiagramms. Als Ordinate dient hier der Farbwert 21 einzelner Druckdüsen über der Position 22 im Druckbild 10, bzw. im Druckkopf 5 als Abszisse. Der mit Abstand höchste Peak 20a lässt sich einem bestimmten Zeilensignal zuordnen, womit die verursachende Druckdüse bestimmt werden kann. In diesem Beispiel handelt es sich dabei um die erste Zeile. In 7 wird ein entsprechender Ausschnitt der Zeilensignale 20 für die zweite Whiteline 1 1b gezeigt. Auch hier lassen sich der höchste Peak 20b und damit die verursachende Druckdüse klar zuordnen. Es handelt sich um Zeile sechs. Falls in einem Intensitätsprofil kein klar identifizierbarer höchster Peak existiert, kann alternativ auch einfach die Druckdüse des annähernd mittleren Peaks als defekte Druckdüse identifiziert werden. Diese Zuordnung ist allerdings meist weniger zuverlässig als die Identifizierung der Druckdüse eines höchsten Peaks.
-
Mit diesem erfindungsgemäßen Druckdüsentestmuster 17, sowie dem dazugehörigen erfindungsgemäßen Auswerteverfahren lassen sich defekte Druckdüsen wesentlich zuverlässiger ermitteln, als mit den bisher bekannten Vorgehensweisen hinsichtlich bisheriger Druckdüsentestmuster 14 sowie der GVA 15. Denn bei der normalen GVA 15 im Stand der Technik ist stets ein Düsenmuster 14 zur weiteren Düsenanalyse erforderlich, das zusätzliche Druckfläche erfordert. Wird zudem das Düsenmuster nicht in unmittelbarer Nähe der GVA-Rasterfläche 14 gedruckt, kann durch Prozessschwankungen das Pixel-Nozzle-Mapping oder die Jetting-Eigenschaften der Düse unzutreffend charakterisiert werden, was zu Fehldetektionen führt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bezugszeichenliste Anleger
- 2
- aktuelles Drucksubstrat / aktueller Druckbogen
- 3
- Ausleger
- 4
- Inkjet-Druckwerk
- 5
- Inkjet-Druckkopf
- 6
- Rechner
- 7
- Inkj et-Druckmaschine
- 8
- Precoatwerk
- 9
- Bildsensor / Kamerasystem
- 10
- Druckbild mit Whiteline
- 11
- Whiteline
- 11a
- erste Whiteline
- 11b
- zweite Whiteline
- 12
- durch Schrägspritzer verschobener Strich im Düsentestmuster
- 13
- durch ausgefallene Düse fehlender Strich im Düsentestmuster
- 14
- Düsentestmuster aus Stand der Technik
- 15
- GVA-Fläche aus Stand der Technik
- 16
- Striche im Düsentestmuster
- 17
- erfindungsgemäß, invertiertes Düsentestmuster
- 18
- GVA-Fläche im invertierten Düsentestmuster
- 19
- tintenfreie Striche im invertierten Düsentestmuster
- 20
- aus Farbwert erzeugtes, auszuwertendes Signal
- 20a
- von erster Whiteline verursachter Peak im Signal
- 20b
- von zweiter Whiteline verursachter Peak im Signal
- 21
- Farbwert
- 22
- Lage im Kamerabild
