DE2656237C2

DE2656237C2 - Verfahren zur Bestimmung der Kenngrößen eines Tintenstrahles

Info

Publication number: DE2656237C2
Application number: DE2656237A
Authority: DE
Inventors: Byron Ted Erickson; Howard Thorndike San Jose Calif. Hilton
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1976-12-11
Publication date: 1983-06-09
Also published as: CH602348A5; BR7608631A; JPS5616465B2; FR2336256A1; US3977010A; ES454426A1; JPS5277535A; CA1077120A; IT1072619B; DE2656237A1; FR2336256B1; GB1558799A

Description

Die Erfindung betrifft ein im Oberbegriff des

so Anspruchs 1 angegebenes Verfahren zur Bestimmung der Kenngrößen eines Tintenstrahles in einem Tintenstrahldrucker mit einer Vielzahl von in wenigstens einer Reihe angeordneten Düsen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Aufbrechen eines Tintenstrahls erfolgt spontan, doch haben die sich bildenden Tropfen unterschiedliche Größe und unterschiedliche gegenseitige Abstände. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, dem aus der Düse austretenden Tintenstrahl Druckschwankungen zu überlagern, die gleiche Tropfengröße und gleiche Abstände erzwingen, Die Tropfenabstände sind dabei der Frequenz der Druckschwankungen proportional.

Bei derartigen Tintenstrahldruckern ist es von größter Wichtigkeit, die Signale für die Erteilung der elektrischen Ladung an die Tropfen mit der Tropfenbildung, d. h. mit dem Abreißen der Tropfen vom Strahl, genau zu synchronisieren. Konventionelle Mittel für die Erteilung der elektrischen Ladung an die Tropfen

umfassen eine LadesubaiUing und eine Elektrode, die den Tintenstrahl am Ort der Tropfenbildung umgibt oder in seiner Nähe angeordnet ist. Die dem Tropfen erteilte Ladung ist abhängig von der zur Zeit des Abbrechens des Tropfens vom Strahl an der Ladeelektrode herrschenden Amplitude des Ladesignals. Danach passiert der Tropfen ein statisches elektrisches Ablenkfeld, und der Betrag der Ablenkung, die der Tropfen darin erleidet, hängt von seiner beim Durchfliegen des Ablenkfeldes vorhandenen Ladung ab. In einem eine Vielzahl von in wenigstens einer Reihe angeordneten Düsen aufweisenden binären elektrostatischen Tintenstrahldrucker (DE-OS 22 50 378) werden ungeladene Tropfen nicht abgelenkt und gelangen, wie erwähnt, direkt auf den Aufzeichnungsträger, wo jeder der Tropfen einen kleinen Punkt bildet Die geladenen Tropfen hingegen gelangen nicht zum Abdruck sondern in eine Auffangvorrichtung.

Durch die DE-OS 23 48 724 ist es bekannt, bei einem Tintenstrahldrucker mit einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Düsen, aus denen unter Druck stehende Tinte in Form von Tintentröpfchen ausgestoßen wird, die selektiv aufgeladen und abgelenkt werden, die Tröpfchenbildung mit der Tröpfchenaufladung zu synchronisieren. Für diese Synchronisation wird die Ladung der einzelnen Tröpfchen induktiv abgefühlt, indem senkrecht zu jeder Tropfenbahn je ein stabförmiges induktives Abfühlelement angeordnet ist Zu beiden Seiten der Abfühlelemente ist je eine mit Bohrungen für den Durchtritt der Tintentröpfchen versehene Abschirmplatte angeordnet

Durch die DE-OS 24 34 786 ist es bekannt, bei einem eindüsigen Tintenstrahldrucker die ausgestoßenen Tintentröpfchen, die durch Ladeelektroden elektrisch geladen und durch Ablenkelektroden in eine gewünschte Flugbahn gelenkt werden, bestimmte Tröpfchen in eine Testflugbahn abzulenken, in deren Nähe zwei Abfühlelektroden angeordnet sind, zwischen denen ein Bezugsspalt vorhanden ist, der zur Ermittlung der richtigen Tropfenlage einen Vergleich der beiden Meßwerte ermöglicht

Schließlich ist es durch die DE-OS 23 46 557 bei einem sogenannten binär arbeitenden, vieldüsigen Tintenstrahldrucker bekannt, die Tintenauffangblenden für die Erzeugung von Signalen durch empfangene Tintentröpfchen auszubilden und eine Detektorschaltung aufeinanderfolgend an jeweils nur ekie Tintenauffangblende anzuschließen.

Wenn die erwähnte Synchronisation von Tropfentrennung und Ladesignal mangelhaft ist, indem das Ladesignal im Moment cfcr Trennung entweder noch ansteigt öder bereits abfällt, entspricht die Ladung nicht der maxim-ul möglichen sondern dem Wert einer Zeitfunklion der maximalen Ladung. Derart fehlerhaft geladene Tropfen können beispielsweise zu wenig abgelenkt werden, um die Auffangvorrichtung zu erreichen, sondern gelangen vielmehr an einem unerwünschten Ort auf den Aufzeichnungsträger.

Alle diese bekannten Tintenstrahldrucker können jedoch nur einen einzelnen Tintenstrahl abfühlen bzw. nur eine einzige Kenngröße eines Tintenstrahls bestimmen. Dies ist jedoch nicht ausreichend, da trotz großer Sorgfalt bei der Herstellung der Düsen zur Erzielung genauer Parallelität der Tintenstrahlen durch Verstopfen oder Verkrusten einzelner Düsen eine Richtungsänderung der Strahlen auftreten kann, was ebenfalls zur Verschlechterung der Druckqualität führt

Es ist somit die A tfjgabe der im Anspruch 1

angegebenen Erfindung, für einen Tintenstrahldrucker mit einer Vielzahl von in wenigstens einer Reihe angeordneten Düsen ein Verfahren zur Bestimmung der Ausrichtung der Flugbahn der Tintentröpfchen und der Geschwindigkeit der Tintentröpfchen anzugeben.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.-

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 und 2 ein Paar von Meßstäben in U-förmigen Abschirmungen;

Fig.3 und 4 Draufsicht und Schnitt eines Druckkopfes mit mehreren Düsenreihen;

Fig.5 das Blockschaltbild einer Verstärkeranordnung;

Fig.6 die Anordnung von Meßstäben in einem Abschirmzylinder;

Fig.7, 8 und 9 ein Ausführungsbeispiel einer laminierten Anordnung von Fühlern und Abschirmungen;

F i g. 10 ein Blockschaltbild einer MeÖschaltung; F i g. 11 eine Zusammenstellung von Signalen, die beim Betrieb der Meßschaltung gemäß Fig. 10 auftreten.

Wie bereits erwähnt, sind bei elektrostatischen Tintensirahl-Druckern, bei denen aus mehreren Düsen Tinte unter Druck austritt, die Ausrichtung der Tintenstrahlen sowie die Geschwindigkeit der Tropfenströme besonders wichtig. Diese beiden Parameter übertreffen möglicherweise an Wichtigkeit die Messung der Operation der Ladeelektroden sowie der Ladungssynchronisation, für welche bereits Meßgeräte vorgeschlagen worden sind. In den F i g. 1 und 2 sind Stäbe 10 und 11 in der gleichen Ebene mit konstantem Abstand und auf gegenüberliegenden Seiten, senkrecht zu einer Reihe von Tintenstrahlen 12 angeordnet, d. h. sie haben gleiche Abstände von Tintenstrahlen, wenn diese unabgelenkt sind.

Die Stäbe 10 und 11 bestehen aus elektrisch leitendem Material beliebigen aber über die den Tintenstrahlen benachbarte Länge konstanten Querschnitts. Der Begriff »Stab« umfaßt Schienen, Draht oder Bänder, die über die effektive Länge konstanten Querschnitt aufweisen.

Die Stäbe 10 und 11 sind von elekn/sch leitenden Abschirmungen 13 und 14 umgeben, so daß nur ein kleiner Teil der Stäbe 10 und 11 den Tintenstrahlen 12 ausgesetzt ist

so Die F i g. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines zweireihigen Druckkopfes mit einer Mehrzahl von Düsen je Reihe und mit elektrostatischen Ablenkmitteln. Dieser Druckkopf umfaßt einen Block 15 mit einer darin eingearbeiteten Verteilerkammer 16. In der Verteiierfcammer 16 ist ein piezoelektrischer Kristall 17 angeordnet Die Kammer wird durch eine Düsenplatte 18 abgeschlossen. In dieser Düsenplatte sind zwei Reihen 19 und 20 von eng benachbarten Düsen vorgesehen. Der piezoelektrische Kristall 17 ist auf eo einer Rückwand 2t angeordnet Auf dem Block 15 ist eine Ladeplatte 23 angebracht, welche zwei Reihen von Ladeelektroden 24 und 25 aufweist, deren jede mit einer Düse in der Düsenplatte 18 ausgerichtet ist.

Unter Druck stehende Tinte wird der Verteiierkam-

mer 16 zugeführt und durch die Düsen 19 und 20 der

Düsenplatte 18 aufgestoßen. Der piezoelektrische Kristall 17 wird durch ein elektrisches Signal angeregt,

um das innere Volumen der Verteilerkammer 16 im

Rhythmus der Erregerspannung zu variieren. Dadurch werden dem Tintendruck Störungen überlagert, welche die aus den Düsen 19 und 20 austretenden Tintenstrahlen in einzelne Tropfen gleicher Größe und gleichen Abstandes aufbrechen lassen. Die aus den Düsen 19 und 20 austretenden Tintensifahlen haben die Form feiner Fäden, die durch die öffnungen 26 und 27 hindurchtreten, wobei die Störungen sich mit zunehmendem Abstand von der Düsenplatte 18 vermehrt auswirken, bis die Tropfen von den Fäden abreißen. Wenn das Abreißen der Tropfen innerhalbder Ladeelektroden 24 und 25 erfolgt, nehmen die Tropfen eine Ladung an, die der im Augenblick des Abreißens an der entsprechenden Ladeelektrode anliegenden Spannung entspricht.

Ungeladene Tropfen gelangen über die Pfade 30 und 31 zum Aufzeichnungsträger 32. Zwischen den Pfaden 30 und 31 ist eine Hochspannungs-Ablenkplatte 35 angeordnet. Jeweils auf der andern Seite der Tropfenpfade 30 und 31 sind mit Masse verbundene bilden nichtleitende Ringe um die Plattierungen innerhalb der Löcher 95 und 96. Die Ebene 2 in F i g. 7 ist in Fig.9 dargestellt und kann die innere Oberfläche einer oder beider Platten 90 und 91 umfassen. Die -, Oberfläche der Platte 97 ist mit zwei elektrisch leitenden Plattierungen 98 und 99 versehen, die voneinander und von der Plattierung 92 auf der gegenüberliegenden Seite der Platte elektrisch getrennt sind. Die Plattierung innerhalb der Löcher 95 und 96 geht durch die Platte

ίο hindurch und kontaktiert die Plattierungen 98 und 99.

In der sich ergebenden laminierten Struktur bilden die Plattierungen 98 und 99 die entsprechenden Meßstäbe, während durch den von ihnen gebildeten Spalt 100 die parallelen Tintenstrahlen hindurchfliegen. Die Plattie-

ΙΊ rungen 92 auf der Platten 90 und 91 werden damit zu äußeren Abschirmungen für die Meßstäbe. Die Löcher 95 und 96 dienen dazu, die Meßstäbe mit den Vorverstärkern gemäß F i g. 5 zu verbinden.

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild einer Meßschaltung

Abienkcicktrodcn 37 und 38 angebracht Die Ablenk _-,-, für die Maßstäbe nach der vcrüegendün Erfindung. Der

elektroden 37 und 38 sind von den Tropfenpfaden 30 und 31 hinweggebogen und enden in öffnungen 41 und 42, die mit Hohlräumen 4Ϊ und 44 kommunizieren. In diese Hohlräume 43 und 44 münden Leitungen 45 und 46, die über Verbindungen 52 und 53 mit einer Vakuumpumpe verbunden sind. Damit kann sich in den Hohlräumen 43 und 44 sammelnde Tinte über die Leitungen 45 und 46 abgesaugt und dem Tintenkreislauf wieder zugeführt werden.

Auf dem beschriebenen Druckkopf sind Träger 60 und 61 angeordnet. Diese tragen Meßstäbc 62 und 63 zu beiden Seiten der entlang des Pfades 30 fliegenden Tintenstrahlen, sowie Meßstäbe 64 und 65 auf gegenüberliegenden Seiten der entlang des Pfades 31 fliegenden Tintenstrahlen.

F i g. 5 zeigt ein Schaltbild mit Vorverstärkern, bei dem ein Eingang 70 mit einem Meßstab auf der einen Seite der Tintenstrahlen und ein zweiter Eingang 71 mit einem Meßstab auf der gegenüberliegenden Seite der Tintenstrahlen verbunden ist, während ein Eingang 72 an beide Abschirmungen der Meßstäbe angeschlossen ist. Der Eingang 72 ist bei 73 mit Masse verbunden sowie mit je einem Eingang der Stromverstärker 74 und 75. Diese Verstärker sind mit geeigneten Rückkopplungsimpedanzen 76 und 77 ausgestattet und so ausgelegt, daß sie am Eingang eine niedrige Impedanz aufweisen, so daß die Meßstäbe an eine geeignete Vorspannung angelegt sein können. Das vorverstärkte Ausgangssignal der Meßstäbe wird an den Ausgangsklemmen 78 und 79 abgenommen.

F i g 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Maßstäbe gemäß Jen F i g. 1 und 2. Die Meßstäbe 80 und 81 sind innerhalb eines geschlitzten Zylinders 82 auf gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes angeordnet. Sie sind in Isolatoren 83 und 84 eingebettet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der geschlitzte Zylinder aus einem elektrisch leitenden Materia¹ und bildet die gemeinsame Abschirmung für beide Meßstäbe.

In den F i g. 7 bis 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Serie von Laminieningen vorgesehen ist. Beispielsweise können die Laminierungen zwei in geeigneter Weise vorbereitete Keramikplatten 90 und 91 umfassen. Die äußeren Oberflächen der Platten 90 und 91, welche die Ebenen 1 und 3 der F i g. 7 umfassen, sind in der F i g. 8 gezeigt Diese Oberflächen sind mit einer Plattierung 92 aus elektrisch leitendem Material versehen, in welches freie Stellen 93 und 94 eingeätzt worden sind. Diese freien Stellen Tropfenstrom 12. die Meßstäbe 101 und 102 sowie die Abschirmungen 103 und 104 sind schematisch dargestellt. Die Meßstäbe sind mit den Verstärkern 105 verbunden, die in Fig. 5 im Detail dargestellt sind. Die

r> Ausgänge der Verstärker sind über Leitungen 106 und 107 mit einem Summierverstärker 108 bzw. einem Differenzverstärker 109 verbunden. Einige der in der Schaltung gemäß Fig. 10 auftretenden Impulse und Wellenfc.vnen sind in der F i g. 11 dargestellt.

in Der Verstärker 108 addiert die laufenden Ausgangssignale der Abtaststäbe, die den induzierten Strömen entsprechen und die auf den Leitungen 106 und 107 erscheinen, und liefert ein resultierendes Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 110. Ein Beispiel für dieses

Ji Ausgangssignal ist die Wellenform 112 in Fig. 11. Die Wellenform 112 isi das aus dem Durchgang eines Strahls geladener Tropfen 12 durch die Meßanordnung 101 bis 104 resultierende Signal, wobei die zur Messung herangezogene Gesamtlänge des Strahls nicht größer als der Abstand zwischen gegenüberliegenden Seiten der Abschirmung, d. h. nicht größer als der Jurchmesser des Zylinders 82 in F i g. 6 ist bzw. der Abstand zwischen den Ebenen 1 und 3 gemäß F i g. 7. Die: Wellenform 112 ist daher angenähert die gleiche wie die durch jeden einzelnen Meßstab gelieferte, jedoch weist sie die doppelte Amplitude auf, wobei vorausgesetzt ist, daß die Tropfenströme genau ausgerichtet sind. Die in eine Abtastelektrode induzierte Ladung und der resultierende Strom, der durch den Durchgang von geladenen

w Tropfen an einer abgeschirmten Induktions-Meßvorrichtung auftritt, sind dem Fachmann bekannt.

Falls der Tropfenstroin nicht genau ausgerichttt ist. bleibt das Ausgangssignal des Summierverstärkers 108 auf der Leitung 110 doch angenähert konstant, da die reduzierte Ladung an einem Meßstab durch die vergrößterte Ladung am anderen Meßstab ausgeglichen wird.

Dies ist nicht der Fall beim Ausgangssignal des Differenzverstärkers 109 auf der Leitung 115. Bei genauer Ausrichtung des Tropfenstroms ist das resultierende Ausgangssignal des Verstärkers 109 gleich 0, wie die Kurve 116 zeigt Bei einer FeWausrichtung des Strahls erzeugt der Verstärker 109 eine Differenzspannung, deren Wellenform von dem Meßstab abhängt, dem der Strahl näher ist In F i g. 11 stellt die Wellenform 117 ein Beispiel für die Ausgangsspannung des Verstärkers 109 dar, wenn der Tropfenstrom näher am Meßstab A vorbeigeht, während die Wellenform 118

ein Beispiel für den Fall darstellt, wo der Tropfenstrom näher am Meßstab ß vorbeigeht. In beiden Fällen nimmt das resultierende Differenzsignal zu, wenn die Fehlausrichtung zunimmt.

Die Benutzung der Summen- und Differenzsignale auf den Leitungen 110 und 115 hängt ab von der Operation des Steuerkreises 120 und des Zeitkreises 121. Der Steuerkreis 120 spricht an auf die Ausgangssignale j/ier Schnittstellensteuerung auf den Leitungen 125. Jedes Ausgangssignal hat die Form eines 16-bit-Wortes, welches die programmierbare Verzögerung bezeichnet, die Summen- oder Differenz-Wellenform auswählt und ein Startsignal liefert.

Das Summensignal der Wellenform 112 auf der Leitung UO repräsentiert den Stromfluß in die Meßstäbe. Ein Integrator 127 ist vorgesehen, um das Summensignal umzusetzen in ein Signal, das die in die Meßstäbe induzierte Ladung repräsentiert. Der Integrator 127 erzeugt daher auf Leitung 128 ein integriertes Dieser Ausgang ist mit den Integratoren 154 und 158 verbunden, welche durch das Rückstellsignal am Ende der programmierbaren Verzögerung auf 0 zurückgestellt werden können.

Die Integratoren 154 und 158 können Signale lediglich einer Polarität integrieren. Jeder der Integratoren integriert über die Fläche unter seinem Eingangssignal und hält die das Integral repräsentierende Ausgangsspannung, bis er durch das Signal auf der

ίο Leitung 159 zurückgestellt wird. Die Ausgangsspannungen der Integratoren 154 und 158 werden über Leitungen 160 und 161 einem Vergleicher 162 zugeführt. Dieser vergleicht die beiden Ausgangsspannungen und liefert ein binäres Ausgangssignal, das das Vorzeichen, aber nicht den Wert, der jeweiligen Differenz des Signals auf der Leitung 160 zum Signal auf der Leitung 161 darstellt, nämlich /ι — /2. Das binäre Differen/.signal gibt daher laufend an, ob l\ größer als /2 ist oder umgekehrt. Wenn beide Signale sich gleichmäßig

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zeitliche Abstimmung zwischen dem Summensignal 129 und dem Differenzsignal 116, 117 oder 118. Das Signal 129 kann deshalb auch als verzögertes Summensignal bezeichnet werden.

Die Ausgangsleitung 130 des Steuerkreises 120 ist mit einem Selektor 135 verbunden. Ein Signal auf der Leitung 130 schaltet den Selektor 135, so daß die Ausgangsleitung 128 mit einer Leitung 136 verbunden wird, während bei Abwesenheit des Signals auf der Leitung 130 die Ausgangsleitung 115 mit der Leitung 136 verbunden ist. Die übrigen Ausgangsleitungen im Kabel i40 übertragen ein digitales, die programmierbare Verzögerung repräsentierendes Signal zum Zeitkreis 121. Dieser spricht an auf ein Startsignal von der Schnittstellensteuerung, das ein Bit umfaßt, welches über die Leitung 125 eintrifft und vom Steuerkreis 120 als Signal 142 auf das Kabel 140 gegeben wird. Der Zeitkreis 121 reagiert mit der Abgabe eines Signals 143 für die programmierbare Verzögerung sowie eines Signals 144 »Integrieren 1« auf einer Leitung 145, gefolgt von einem Signal 146 »Integrieren 2« auf einer Leitung 147, und schließlich einem Signal 148 auf einer Leitung 149.

Die programmierbare Zeitverzögerung wird auf einen durch vorherige Messung ermittelten geeigneten Wert eingestellt, zu dem die Zeit »Integrieren 1« (Signal 144) beendet ist und die Zeit »Integrieren 2« (Signal 146) beginnt und zu dem das Integral des verzögerten Summensignals 129 seinen halben Wert erreicht haben soll. Dies ist durch die gestrichelte Linie 150 angedeutet. Der Zeitkreis 121 kann beispielsweise einen Zähler enthalten, der während der programmierbaren Verzögerung abläuft.

Das Signal 144 »Integrieren 1« auf der Leitung 145 betätigt einen logischen Schalter 152, um das Ausgangssignal des Selektors 135 zu einem Integrator 154 durchzuschauen. In ähnlicher Weise betätigt das Signal 146 »Integrieren 2« auf der Leitung 147 einen logischen Schalter 156, der den Ausgang des Selektors 135 mit einem Integrator 158 verbindet Der Integrator 154 integriert daher das Ausgangssignal des Selektors 135 bis zu der durch die gestrichelte Linie 150 (Fig. H) angedeuteten Zeit, während der Integrator 158 des Ausgangssignal des Selektors 135 nach dieser Zeit integriert

Der Zeitkreis 121 hat einen Ausgang 159, der zum Rückstellen verschiedener Schaltkreise während der programmierten Verzögerung (Weälenform 143) dient binäre Differenzsignal zwischen den beiden Binärwerten hin und herschwanken.

Das Differenzsignal wird auf einer Leitung 163 zu einem Haltekreis 165 übertragen. Dieser Haltekreis ist so ausgelegt, daß er kein Ausgangssignal auf seiner Ausgangsleitung 166 liefert, solange als /1 — h auf der Leitung 163 angibt, daß /1 größer als /2 ist; und der Haltekreis liefert ein Ausgangssignal, wenn h größer als /ι ist. Der Haltekreis 165 hält sein Ausgangssignal, bis er durch ein Rückstellsignal auf der Leitung 159 zurückgestellt wird, was während des Ablaufs einer folgenden programmierbaren Verzögerung erfolgen kann. Folglich überlappt das Ausgangssignal des Haltekreises 165 das Signal 148 (Fig. 11) während einer beträchtlichen Zeitspanne.

Beide Ausgangsleitungen 149 und 166 sind an die Schnittstellen-Steuerung angeschlossen wobei das Signal auf der Leitung 149 anzeigt, daß die Schaltung eine Operation ausgeführt hat, während das Signal auf der Leitung 166 den Status der durchgeführten Messung angibt.

Die hauptsächlichen Messungen betreffen die Tropfen-Flugzeit, wozu das verzögerte Summensignal 129 (Fig. 11) dient, sowie die Strahlausrichtung, wozu das Differenzsignal 116, 117, 118 dient. Bei Anordnungen mit vielen Düsen besteht die spezielle Meßtechnik darin, das Ablenkfeld zu entfernen, indem die Hochspannung an der Elektrode 35 in Fig.3 und 4 abgeschaltet wird. Während eines Testzyklus fliegen alle Tropfen, ob sie geladen sind oder nicht, wegen des fehlenden Ablenkfeldes direkt auf den Aufzeichnungsträger 32 und können nicht von einer Auffangvorrichtung aufgenommen werden. Eine Alternative zu dieser Anordnung besteht in der Benutzung einer »Service Station« seitlich neben dem Aufzeichnungsträger, mit einer Hilfs-Auffangvorrichtung zum Aufnehmen sämtlicher Tropfen. Während des Testzyklus kann der Druckkopf gegenüber der Service Station eingestellt und der Test durchgeführt werden.

Für den Test wird ein Ladesignal 170 (F i g. 11) an die Ladeelektroden 24, 25 des betreffenden Strahls angelegt, um eine Gruppe von Tropfen dieses Strahls aufzuladen. Diese Tropfen bleiben unabgelenkt, da das Ablenkfeld fehlt, und fliegen auf der gleichen Flugbahn wie die ungeladenen Tropfen des gleichen Strahls. Die Schnittstellen-Steuerung liefert ein Steuersignal über das Kabel 125, welches den Steuerkreis 120 betätigt, dessen Ausgangssignal auf der Leitung 130 den Selektor

135 ansteuert, um das Summensignal (für die Tropfen-Flugzeit) durchzuschalten, während bei Abwesenheit des Signals auf der Leitung 130 der Selektor 135 das Differenzsignal (für die Ausrichtung) durchschaltet. Über den Steuerkreis 120 wird auch der Zeitkreis 121 auf die gewünschte programmierbare Verzögerung gesetzt und es wird das Startsignal 142 erzeugt.

Die programmierbare Verzögerung 143 (Fig. 11) entspricht der {"-warteten Tropfen-Flugzeit 172 vermindert um die Tropfen-Ladezeit 170. Am Ende der Tropfen-Flugzeit wird der erste der geladenen Tropfen von den Meßstäben 101 und 102 wahrgenommen, worauf der Vorverstärker 105 ein Eingangssignal erhält. Die vorverstärkten Signale für den ersten und die folgenden Tropfen werden dem Summierverstärker 108 und dem Differenzverstärker 109 zugeführt. Das resultierende Summensignal 112 auf der Leitung 110 wird durch den Integrator 127 umgesetzt und mit dem Differenzsignal ausgerichtet und als Eingangssignal 129 dem Selektor 135 zugeführt. Das resultierende Differenzsignal 116, 117 oder 118 wird über die Leitung 115 dem Selektor 135 angeboten.

Es sei zunächst angenommen, daß das Signal auf der Leitung 130 den Selektor 135 veranlaßt, das Summensignal 112 an die logischen Schalter 152 und 156 anzulegen. Nach Ablauf der programmierbaren Verzögerung liefert der Zeitkreis 121 das Signal 144 «Integrieren 1« an den Schalter 152, der das Summensignal auf den Integrator 154 schaltet. Der Integrator 154 integriert über die Fläche unter der Summenkurve, bis das Eingangssignal zu der durch die gestrichelte Linie 150 in Fig. 11 bezeichneten Zeit aufhört. Der Wert des Integrals wird auf der Leitung 160 dem Vergleicher 162 zugeleitet, der ihn zum Haltekreis 165 überträgt. Zur Zeit 150 beendet der Zeitkreis 121 das Signal 144 »Integrieren 1« und liefert das Signal 146 »Integrieren 2« auf der Leitung 147, um den Schalter 156 umzusteuern. Der Schalter liefert dann das Summensignal 129 an den Integrator 158, der das Summensignal nach der Zeit 150 integriert. Solange also der Wert des Integrals vom Integrator 158 kleiner ist als derjenige vom Integrator 154, bleibt das Ausgangssignal des Vergleichers 162 positiv. Wenn der Wert des Integrals vom Integrator 158 größer wird, wird das Ausgangssignal des Vergleichers 162 negativ, so daß der Haltekreis 165 ein Signal abgibt.

Die Flugzeit ist die Umkehrung der Strömungsgeschwindigkeit Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Tintenstrahls korrekt ist, so daß die Linie 150 in die Mitte des Integrals des verzögerten Summensignals 129 fällt, gibt in 50% der Meßzyklen der Haltekreis 165 ein Signal ab. Ist das jedoch überwiegend nicht der Fall, so trifft die Gruppe von geladenen Tropfen früher als erwartet ein, was bedeutet, daß die Strömungsgeschwindigkeit zu groß ist Ist umgekehrt der Prozentsatz der Betätigungen des Haltekreises 165 höher, treffen die Tropfen später als erwartet ein, was darauf hindeutet, daß die Strömungsgeschwindigkeit zu niedrig ist.

Es sei nun angenommen, daß wegen des Fehlens des Signals auf der Leitung 130 der Selektor 135 das Differenzsignal 116, 117 oder 118 an die logischen Schalter 152 und 156 überträgt Zur Zeit, wenn das »Integrieren 1 «-Signal 144 vorhanden ist, liefert der Schalter 152 den ersten Teil des Differenzsignals an den Integrator 154. Nach der Zeit 150 liefert der Zeitkreis 121 das Signal 146 »Integrieren 2«, auf Grund dessen der Schalter 156 den zweiter. Teil des Differenzsignals an den Integrator 158 überträgt Falls der Tmlenstrahl richtig ausgerichtet ist, liefern die Integratoren 154 und 158 auf Grund eines Signals 116 gleiche Ausgangssignale an den Vergleiuher 162. Daher ist das Ausgangssignal des Vergleichers zeitweise positiv und zeitweise negativ,

■j so daß in etwa 50% der Meßzyklen der Haltekreis 165 ein Signal abgibt.

Falls der Tintenstrahl nicht richtig ausgerichtet ist,

ι sind die Differenzsignale 117 bzw. 118 groß, und die Integratoren 154 und 158 erzeugen stark verschiedene

ίο Ausgangssignale. Dementsprechend liefert der Vergleicher 162 auf der Leitung 163 ein Ausgangssignal, dessen Binärwert von der Polarität des Differenzsignals abhängt. Das Ausgangssignal auf der Leitung 163 ist beständig in dem Zustand »/i größer« und der

Ii Haltekreis 165 gibt ein Signal ab, falls der Tintenstrahl näher an den Meßstab 101 vorbeigeht, was zur Erzeugung des Differenzsignals 117 führt. In ähnlicher Weise ist das Ausgangssignal auf der Leitung 163 dauernd im Zustand »/2 größer« und veranlaßt ein Ausgangssignal des Haltekreises 165, wenn der Tintenstrahl näher an dem Meßstab 102 vorbeizieht, was zur Erzeugung des Differenzsignals 118 führt.

Fortgesetzte Überwachung durch die Schnittstellen-Steuerung in Abhängigkeit von einem Bereitschaftssignal 148 des Haltekreises 165 liefert einen Hinweis auf die Fehlausrichtung des Tintenstrahls und gibt das Vorzeichen der Fehlausrichtung an.

Die Ausgangsleitungen 160 und 161 können mit Meßgeräten oder mit Analog/Digital-Wandlern ver-

jo bunden werden, um den Betrag der Fehlausrichtung anzugeben, wenn der Selektor 135 mit der Leitung 115 verbunden ist. Wenn der Selektor mit der Leitung 128 verbunden ist, zeigen die Meßgeräte die Tropfenladung an. Dies kann zur Anzeige eines Fehlers an der Ladeelektrode oder der ungenauen Synchronisation benutzt werden, wenn man das Ladesignal nicht während der Dauer des Teststrahls eingeschaltet läßt, sondern für jeden Tropfen separat zuführt.

Die beschriebene Anordnung kann auch dazu benutzt werden, die geeignete programmierbare Verzögerung zu bestimmen, um die Lage der gestrichelten Linie 150 für nachfolgende Messungen festzulegen. Die programmierbare Verzögerung kann auf irgendeinen beliebigen Wert eingestellt werden, der auf einer geschätzten Flugzeit beruht Nach Ablauf der programmierbaren Verzögerung schaltet das Signal »Integrieren 1« den Integrator 154 für die vorgewählte Zeit ein, und unmittelbar darauf wird das Signal »Integrieren 2« dem Integrator 158 zugeführt. Durch ein besonderes Bit im Steuerwort kann dafür gesorgt werden, daß das Signal »Integrieren 2« nicht abgeschaltet wird. Die Schnittstellen-Steuerung überwacht die Ausgangsleitung 166 des Haltekreises 165 und zählt, bis der Haltekreis umschaltet, und signalisiert, daß der Wert von I₂ den Wert von /1 überholt Der Zählerstand wird dann abgelesen, wenn /2 tatsächlich I\ übertrifft Falls die Zählzeit kürzer ist als die »Integrieren 1«-Zeit, war die Verzögerung zu kurz. Ist die Zählzeit länger als die »Integrieren 1«-Zeit oder falls Z₂ den Wert Z₁ während des Tests niemals überholt war die Verzögerung zu lang. Femer erlaubt die Differenz zwischen der Zählzeit und der »Integrieren 1«-Zeit eine Abschätzung der Änderung, die erforderlich ist um die Verzögerung richtig einzustellen. Daher kann die programmierbare Verzögerung mittels weniger Testlänfe schnell auf den richtigen Wert eingestellt werden. Die resultierende Verzögerungszeit kann zur Bestimmung der tatsächlichen Tropfen-Pragzeit herangezogen werden.

Die resultierende Verzögerung wird nun für den betreffenden Strahl als Maßstab dafür benutzt, ob die Tropfen-Flugzeit und damit die Geschwindigkeit ihren mfänglichen Wert beibehalten. Die Flugzeit kann für alle Strahlen durch Einstellung des Tintendrucks oder durch Beeinflussung der Viskosität der Tinte eingestellt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Bestimmung der Kenngrößen eines Tintenstrahles in einem Tintenstrahldrucker mit einer Vielzahl von in wenigstens einer Reihe angeordneten Düsen, aus denen unter Druck parallele Tintenstrahlen in eine vorgegebene Richtung ausgestoßen werden, welche Tintenstrahlen in Folgen von einzelnen Tropfen aufbrechen, mit Mitteln zum selektiven Ausblenden zum Schreiben nicht benötigter Tropfen durch selektives Aufladen dieser Tropfen bei deren Abbrechen von den Strahlen und durch Ablenken zu einem Tintensammler dadurch gekennzeichnet, daß von dem jeweils zu messenden Tropfenstrahl (12) eine Gruppe von Tropfen aufgeladen wird und während der Messung die Ablenkung abgeschaltet wird, so daß die zu messende Tropfengruppe auf der Flugbahn sich bewegt, die im Druckbetrieb für die zum Druck benötigten Tropfen vorgesehen ist, daß die von dee "fropfen in den beiden an je einer Seite der Flugbahn angeordneten Fühlern (iö, 11 bzw. 62-65 bzw. 80, 81 bzw. 98, 99 bzw. 1Oi, 102) induzierten Spannungen parallel einem Verstärkerpaar (74, 75 bzw. 105) zugeführt werden, von dem der eine die Summe der beiden Spannungen und der andere die Differenz derselben bildet, daß das Summensignal über einen Integrator (127) und das Differenzsignal direkt einem gemeinsamen Selektor (135) zugeführt wird, der selektiv jeweils eines dieser Signale einer Auswertschaltung zuführt, die das Summensignal für die Bestimmung der Flugzeit und das Differenzsignal für die Ber'immung der Strahlausrichtung heranzieht, indem sowohl das Summensignal als auch das Differcnzsig^ai in zwei Stufen (154, 158) integriert wird, und zwar in der ersten Stufe bis zu einem vorgegebenen Sollwert der Flugzeit und in der zweiten Stufe ab diesem Sollwert, und daß in einem Vergleicher (162) das Vorzeichen der Differenz der beiden durch Integration gebildeten Signale erzeugt wird, wobei die Häufigkeit des Auftretens dieser Vorzeichensignale in Relation zur Anzahl der Meßzyklen einen Aufschluß darüber gibt, ob die beiden gemessenen Werte den Sollwerten entsprechen bzw. kleiner oder größer als dieselben sind.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß zwei langgestreckte elektrisch leitende Fühler (10,11; 62 ... 65; 80,81; 98,99; 101,102), auf gegenüberliegenden Seiten je einer Düsenreihe (19, 20) parallel zu dieser und senkrecht zur Strömungsrichtung (30,3t) der Tintenstrahlen (12) angeordnet sind, daß parallel zu den Fühlern (10, usw.) elektrisch leitende mit Masse (72) verbundene Abschirmmittel (13, 14; 82; 92; 103, 104) eine Länge der Tropfenflugbahn abdecken, die nicht kleiner ist als die Länge der Gruppe der aufzuladenden Tropfen eines zu messenden Tropfenstrahles und derart angeordnet sind, daß sie die Fühler — abgesehen von einer Meßöffnung - elektrisch abschirmen und daß die Fühler an eine Meßschaltung angeschlossen sind, die zwei Verstärker (74, 75; 105) mit kleiner Eingangsimpedanz aufweist, deren Ausgänge an einen Summenverstärker (108) und an einen Differenzverstärker (109) angeschlossen sind, daß jeweils eine der Ausgangsleitungen dieser beiden Verstärker über einen von einer Schnittstellensteuerung betätigba-

ren Selektor (135) wahlweise an zwei Arbeitskonlakte (152,156) anschließbar ist, die jeweils mit einem Zeitkreis (121) verbunden sind, der den mit einem ersten Integrator (154) verbundenen Arbeitskontakt (152) während einer programmierten Verzögerung und während des Integrierens der ersten Jntegrationsstufe betätigt und den anderen mit einem zweiten Integrator (158) verbundenen Arbeitskontakt (156) während des Integrierens der zweiten Stufe betätigt und daß die beiden Integratoren an einen Vergleicher (162) angeschlossen sind, dessen Ausgang mit einem vom Zeitkreis (121) rückstellbaren Haltekreis (165) verbunden ist, dessen Ausgang an eine Schnittstellensteuerung angeschlossen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (10 usw.) wenigstens in dem den Tintenstrahlen (12) ausgesetzten Bereich konstanten Querschnitt aufw-sen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler als zylinderförmige Stäbe (10, 11) ausgebildet und je in einer U-förmigen, gegen die Thitensirahlen (12) offenen Abschirmung (13,14) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (80, 81) stabförmig ausgebildet und in einem wenigstens teilweise geschlitzten Abschirmrohr (82) zu beiden Seiten des Schlitzes angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (80, 81) innerhalb des Abschirmrohres (82) in Isoliermaterial (83, 84) eingebettet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler als Metallplattierungen (98, 99) auf einer einen Spalt (100) aufweisenden Isolierplatte (97) ausgebildet sind, daß die Abschirmung als weitere Plattierung (92) auf der Rückseite der gleichen Isolierplatte (97) angeordnet ist, daß zwei dieser Isolierplatten (97) mit den Fühlern (98, 99) gegeneinanderliegend zusammengesetzt sind, wobei die weiteren Plattierungen (92) Aussparungen (93,94) aufweisen, durch die leitende Verbindungen von den Fühlern (98, 99) zur Meßschaltung geführt sind.