DE4340170A1 - Verfahren zur Bestimmung der optimalen Phasenlage von Steuerimpulsen für den kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahldruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer optimalen Phase von elektrischen Steuerimpulsen bezüglich eines mit einer Anregungsfrequenz synchronisierten Tropfenbildungsprozesses eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahldruckverfahrens, insbesondere zur Herstellung einer Druckform, bei dem der Strom, welcher zusammen mit dem Flüssigkeitsstrahl fließt, überwacht wird, indem elektrische Test-Steuerimpulse verwendet werden, deren Phase zur Anregungsfrequenz zyklisch verschoben wird, der phasenabhängige Strahlstrom fortschreitend gemessen wird und so die optimale Phasenlage der Steuerimpulse bezogen auf die Phasenlage des Strahlstroms feststellbar ist.

Ein mit einer Anregungsfrequenz synchronisierter Tropfenbildungsprozeß ist z. B. bereits aus der EP 0 210 251 bekannt geworden. Es wird ein kontinuierlicher leitfähiger Flüssigkeitsstrahl unter gleichförmigem Druck aus einer Düse ausgestoßen, der sich in einer vorgebbaren Richtung auf das Aufzeichnungsmedium zu bis zu einem Tropfenbildungspunkt fortpflanzt, an dem der Strahl in einen Zug von Tropfen zerfällt.

Eine periodische elektro-mechanische Anregung sorgt dabei dafür, daß der austretende Strahl mit definierter Frequenz in einzelne Tropfen zerfällt.

Der Tropfenabrißzeitpunkt ist im allgemeinen gegenüber dieser Anregungsfrequenz phasenverschoben. Diese Phasenverschiebung hängt von verschiedenen Parametern, wie der Anregungsfrequenz selbst, Form, Amplitude, Strahlquerschnitt und -geschwindigkeit, sowie temperaturabhängige Stoffwerte ab. Werden alle Parameter konstant gehalten, so besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen der Anregungsfrequenz und dem Tropfenabriß.

Am Tropfenbildungspunkt werden die Tropfen durch Steuerimpulse, die den Bildinformationen entsprechen, selektiv aufgeladen, indem mittels eines elektrischen Feldes zwischen Strahlspitze und einer Ladeelektrode eine definierte Ladung in den abreißenden Tropfen verschoben wird.

Zur Aufzeichnung eines eine Information enthaltenden Musters lenkt man nun die Tropfen mittels eines weiteren elektrischen Feldes, das durch zwei beidseits des Strahlweges angeordnete Elektroden erzeugt wird und senkrecht zur Strahlrichtung verläuft, entsprechend ihrer Ladung ab. Auf diese Weise können Tropfen, die das Aufzeichnungsmedium nicht erreichen sollen, in einer Abfangvorrichtung gelenkt werden, während die übrigen Tropfen das Aufzeichnungsmedium erreichen.

Wesentlich für den Erhalt einer befriedigenden Druckqualität ist, die Tropfen mit einer konstanten oder fest bestimmbaren Ladung zu beaufschlagen. Deshalb werden die sogenannten Steuerimpulse in Form von Spannungsimpulsen zur selektiven Aufladung der Tropfen synchron zur periodischen Anregung zur Tropfenbildung gegeben. Das heißt, daß die Steuerimpulse idealerweise mit der Anregungsfrequenz synchronisiert sind und in fester Phasenbeziehung zu dieser stehen. Ihre Dauer entspricht in der Regel einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer der Tropfenabrißfrequenz, entsprechend der gewünschten Anzahl der anzusteuernden Tropfen.

Der Betrag der elektrischen Ladung, mit der der jeweilige Tropfen beaufschlagt wird, ist eine Funktion des Phasenwinkels zwischen der Anregungsfrequenz und der Flanke des Steuerimpulses. Genauer gesagt, es muß das Umschalten der Steuerspannung je nach Zeitcharakteristik des Tropfenladevorganges eine bestimmte Zeit (Phasenlage) vor dem Tropfenabriß erfolgen, ansonsten läßt sich das gewünschte Ladungsniveau für den angesteuerten Tropfen nicht erreichen.

Die Flanken des Steuersignals müssen daher in einem zulässigen Lade-Zeitfenster, in dem der elektrische Widerstand des anzusteuernden Tropfens noch ausreichend klein ist, liegen, wobei die Phasenlage des Lade-Zeitfensters sich am Tropfenabrißzeitpunkt orientiert.

Jedoch läßt sich ein Driften der Phasenlage des Tropfenabrißzeitpunktes gegenüber der Anregungsfrequenz kaum vermeiden. Um die Synchronisation mit dem Steuervorgang aufrechtzuerhalten, erfolgt die zeitliche Steuerung der Ladeimpulse bisher auf folgende Weise:
Die Bestimmung der Phasenlage des Tropfenabrisses kann durch direkte stroboskopische Beobachtung der Tropfenbildung oder durch gezielte Phasenverschiebung der Steuerimpulse und Auswertung der Druckergebnisse beziehungsweise stroboskopischer Beobachtung des Ladungszustandes der Tropfen im Ablenkfeld erfolgen. Bei einem scharfen Tropfenbild ist Geschwindigkeit, Ablösefrequenz und Phasenlage des Abrisses der einzelnen Tropfen zur Anregungsfrequenz bestimmbar, so daß die Phasenlage der Steuerimpulse nachgeführt werden kann.

Aus der EP 0 323 991 B1 ist es weiterhin bekannt, daß eine gewünschte Phasenbeziehung zwischen dem Tropfenabrißzeitpunkt und den Flanken der Steuerimpulse dadurch einstellbar ist, indem elektrische Testsignale, die sich in Form, Dauer und Amplitude von den eigentlichen Steuerimpulsen unterscheiden, verwendet werden. Es wird eine zyklische Phasenverschiebung dieser Testsignale relativ zur Anregungsfrequenz, dem sogenannten Synchronisationssignal vorgenommen und dabei der Strom durch den Flüssigkeitsstrahl während des Aufladevorganges in Abhängigkeit von der Phasenlage des jeweiligen Testsignals gemessen. Wird der maximale Wert dieses Ladestromes erreicht, hat man die optimale Phasenlage des Testsignals zum Tropfenabrißzeitpunkt gefunden. Nun kann die Phasenlage der Steuerimpulse eben der optimalen Lage der Testsignale nachgeführt werden.

In einer derartigen Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens hat ein Flüssigkeitsstrahl üblicherweise einen Durchmesser von 10 Mikrometer und eine Geschwindigkeit von circa 40 Meter/Sekunde, wobei der Strahl bei einer Anregungsfrequenz von circa 1 Megahertz in etwa 10⁶ Tropfen pro Sekunde zerfällt.

Eine solche bekannte, auf der Auswertung des Ladestroms basierende Meßmethode ist allerdings nur vor Druckbeginn, das heißt vor der Ansteuerung der Tropfen oder bei einer Unterbrechung der Ansteuerung der Tropfen, aber nicht während des Druckvorganges vornehmbar, so daß eine kontinuierliche Phasennachführung der Steuersignale nicht möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsbildendes Verfahren derart weiterzubilden, daß eine fortlaufende Strahlstrommessung, das heißt Phasenmessung während der Bebilderung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird eine fortlaufende Nachführung beziehungsweise Einstellung der optimalen Phase der Steuerimpulse während der Bebilderung dadurch ermöglicht, indem zwischen den Steuerimpulsen zur Erzeugung von aus mindestens einem Tropfen bestehenden diskreten Bildpunkten in regelmäßigen Zeitabständen jeweils eine Testzeit geschaltet wird, die mindestens eine Periode der Anregungsfrequenz dauert, um bei den grundsätzlich nicht zum Drucken vorgesehenen Tropfen während dieser Testzeit elektrische Test-Steuerimpulse zu verwenden, während dieser Testzeiten den elektrischen Meßimpulsen ein Ladungsoffset auferlegt wird, der so gewählt wird, daß alle getesteten, nicht zum Drucken vorgesehene Tropfen vor dem Aufzeichnungsmedium abgefangen werden können, und indem zur Auswertung des phasenabhängigen Strahlstromverlaufs der bilddatenabhängige Strahlstrom der Tropfenansteuerung aus dem gemessenen Strahlstromverlauf ausgeblendet wird.

Die einzige Figur soll das Ausblenden des bilddatenabhängigen Strahlstroms aus dem gemessenen Strahlstromverlauf anhand eines Beispiels verdeutlichen.

Durch den Ladungsoffset auf die elektrischen Test-Steuerimpulse während dieser Testzeiten werden also alle getesteten, nicht zum Druck vorgesehenen Tropfen vor dem Aufzeichnungsmedium abgefangen. Zur Auswertung des phasenabhängigen Strahlstromverlaufes muß der bilddatenabhängige Anteil des Strahlstromes ausgeblendet werden.

Der zeitliche Verlauf des Strahlstroms enthält also Stromanteile, die sowohl durch bilddatenbedingte Steuersignale 1, als auch durch die Test-Steuersignale 2 hervorgerufen wurden. Durch eine Modellierung 3 des Übertragungsverhaltens von Steuersignal zu Strahlstrom läßt sich der bilddatenabhängige Strahlstromanteil 3 ermitteln. Durch Subtraktion des modellierten bilddatenabhängigen Strahlstromanteils 3 (-) von dem gemessenen Strahlstrom 5 (+) erhält man den test-steuersignalabhängigen Stromanteil 4.

Ein Ausblenden des bilddatenabhängigen Strahlstroms aus dem Frequenzgang der Tropfenansteuerung kann auch dadurch erfolgen, daß nur während der Testzeit auf die Auswerteeinheit geschaltet wird.

Selbstverständlich setzt das Verfahren in bekannter Weise eine Anordnung voraus, die eine Einrichtung zum Erzeugen von elektrischen Impulsen und zum Anlegen dieser Impulse, eine Einrichtung zum Modulieren der Meßimpulse, eine Einrichtung zum Feststellen der Größe eines elektrischen Stromes, der während der Ansteuerung der Tropfen in den Strahl fließt, eine Auswerteeinheit für den Strahlstrom, eine Einrichtung, die auf die Werte des Strahlstroms anspricht, um Folgeoperationen zu erzeugen, umfaßt, in der Art wie sie in der EP 0 323 991 B1 gezeigt ist.

Gute Meßergebnisse liefert z. B. eine typische Anregungsfrequenz, also das Synchronisationssignal von 1 Megahertz, bei der der Flüssigkeitsstrahl in 10⁶ Tropfen/Sekunde zerfällt, ein 200 Nanosekunden dauernder Testimpuls mit einer Amplitude von ca. 50 Volt, dessen Phase mit einer Frequenz von 1 Kilohertz zyklisch über die gesamte Schwingungsdauer des Synchronisationssignals verschoben wird.

Als Flüssigkeit wird vorzugsweise elektrisch leitfähiges, wasserbasiertes oder lösemittelbasiertes Material verwendet, aber auch ein oleophiles, wasserresistentes Medium ist denkbar.

Claims (2)

1. Verfahren zur Bestimmung einer optimalen Phase von elektrischen Steuerimpulsen zur Erzeugung von Bildpunkten bezüglich eines mit einer Anregungsfrequenz synchronisierten Tropfenbildungsprozesses eines kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahldruckverfahrens, insbesondere zur Herstellung einer Druckform, bei dem der Strom, welcher zusammen mit dem Flüssigkeitsstrahl fließt, überwacht wird, indem elektrische Test-Steuerimpulse verwendet werden, deren Phase zur Anregungsfrequenz zyklisch verschoben wird, dabei der phasenabhängige Strahlstrom fortschreitend gemessen wird und so die optimale Phase in Form eines maximalen Strahlstroms feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Steuerimpulsen zur Erzeugung von aus mindestens einem Tropfen bestehenden diskreten Bildpunkten in regelmäßigen Zeitabständen jeweils eine Testzeit geschaltet wird, die mindestens eine Periode der Anregungsfrequenz dauert, um bei den nicht zum Drucken vorgesehenen Tropfen während dieser Testzeit elektrische Test-Steuerimpulse zu verwenden, daß während dieser Testzeiten den elektrischen Test-Steuerimpulsen ein Ladungsoffset auferlegt wird, der so gewählt wird, daß alle getesteten, nicht zum Drucken vorgesehenen Tropfen vor dem Aufzeichnungsmedium abgefangen werden können, und daß zur Auswertung des phasenabhängigen Strahlstromverlaufs der bilddatenabhängige Strahlstrom (1) der Tropfenansteuerung aus dem gemessenen Strahlstromverlauf (5) ausgeblendet wird, so daß eine Bestimmung der optimalen Phasenlage ohne Unterbrechung der Bebilderung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlstrom nur während der Testzeit auf die Auswerteeinheit geschaltet wird und so der bilddatenabhängige Strahlstrom ausgeblendet wird.