EP1106371A1 - Imprimante à fabrication simplifiée et procédé de réalisation - Google Patents

Imprimante à fabrication simplifiée et procédé de réalisation Download PDF

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EP1106371A1
EP1106371A1 EP00403351A EP00403351A EP1106371A1 EP 1106371 A1 EP1106371 A1 EP 1106371A1 EP 00403351 A EP00403351 A EP 00403351A EP 00403351 A EP00403351 A EP 00403351A EP 1106371 A1 EP1106371 A1 EP 1106371A1
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EP
European Patent Office
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drops
substrate
printing
drop
nominal
Prior art date
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EP00403351A
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German (de)
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EP1106371B1 (fr
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Alain Dunand
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Markem Imaje SAS
Original Assignee
Imaje SA
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Publication date
Priority claimed from FR9915270A external-priority patent/FR2801834B1/fr
Priority claimed from FR9915271A external-priority patent/FR2801835B1/fr
Application filed by Imaje SA filed Critical Imaje SA
Publication of EP1106371A1 publication Critical patent/EP1106371A1/fr
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Publication of EP1106371B1 publication Critical patent/EP1106371B1/fr
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/07—Ink jet characterised by jet control
    • B41J2/075—Ink jet characterised by jet control for many-valued deflection
    • B41J2/08—Ink jet characterised by jet control for many-valued deflection charge-control type
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    • B41J2/01—Ink jet
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J2/2132—Print quality control characterised by dot disposition, e.g. for reducing white stripes or banding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J29/00—Details of, or accessories for, typewriters or selective printing mechanisms not otherwise provided for
    • B41J29/38—Drives, motors, controls or automatic cut-off devices for the entire printing mechanism
    • B41J29/393—Devices for controlling or analysing the entire machine ; Controlling or analysing mechanical parameters involving printing of test patterns

Definitions

  • the invention lies in the field of inkjet printers in which drops ink are formed and electrically charged then deflected to strike a printing substrate. It relates to a method intended to simplify the mechanical mounting of the print heads and the printer applying such a process.
  • the role of the drop generator 16 is to train from the pressurized ink contained in the channel dispenser 13 a set of drops individual. These individual drops are electrically charged by means of an electrode load 20 supplied by a voltage generator 21. Charged drops pass through a space between two deflection electrodes 23, 24 and according to their load are more or less deviated. The the least or not deviated drops are directed towards a 22 ink recuperator while the deflected drops are directed towards a substrate 27. The drops successive bursts reaching substrate 27 can thus be deflected to an extreme position low, an extreme high position and positions successive intermediaries, all of the drops of the salvo forming a line of height ⁇ X substantially perpendicular to a direction of relative advance of the print head 25 and the substrate.
  • the head impression is formed by the drop generator 16, the charging electrode 20, the charging electrodes deflection 23, 24 and in general the recuperator 22.
  • This head 25 is generally enclosed in a casing not shown.
  • the deviation movement imprinted on drops charged by the deflection electrodes 23, 24 is completed by a movement along a Y axis perpendicular to the X axis, between the print head 25 and the substrate.
  • the time between the first and the last drop of a burst is very short. It results that despite a continuous movement between the head 25 and the substrate, we can consider that the substrate has not moved relative to the head during the time of a burst.
  • the bursts are drawn at regular spatial intervals.
  • the printing is carried out strip by strip, the substrate having an intermittent advance movement in the direction X after each scan.
  • the relative movement of the print head and the substrate is called the scanning movement.
  • the scanning movement thus consists of a back and forth movement between a first edge of the substrate and a second edge of the substrate.
  • the movement between one edge and the other edge of the substrate makes it possible to print on the fly a band of height L or quite often a part of the band of height ⁇ X b , ⁇ X b being most often a submultiple of L.
  • the set of successively printed bands thus constitutes the pattern to be printed on the substrate.
  • the substrate is advanced by the space between two strips or part of strip for printing of the next strip or part of strip. Printing can be done by going back or forth and back by the movement of the print head relative to the substrate.
  • the multiple shades of color are the result of the superimposition and juxtaposition of the ink impacts from nozzles supplied with inks of different colors.
  • the system for relative displacement of the substrate with respect to the printheads is produced in such a way that a given point on the substrate is presented successively under the ink jets of each of the colors.
  • the printing system generally presents several jets of the same ink operating simultaneously, either by the juxtaposition of multiple heads, or by the use of multijet heads, or finally by the combination of these two types of heads in order to achieve rates high impressions. In this case, each ink jet prints a limited part of the substrate.
  • the known means for controlling the different jets will now be described with reference to FIG. 2.
  • the pattern to print is defined by a file digital.
  • This file can be formed using a scanner, a graphic palette for assisted creation by computer (CAD), transmitted over a network data exchange computing, or, all simply read from a playback device of digital data storage medium (disc optical, CD-ROM).
  • the digital file representing the colored pattern to print is first split into several binary patterns (or bitmap) for each of inks.
  • binary patterns or bitmap
  • the pattern binary is a nonlimiting example; in certain printers, the pattern to be printed is of the "contone" type, that is, each position can be printed by a number of drops varying from 1 to M for each ink. Part of the binary pattern is extracted from file for each of the jets corresponding to the width of the strip that will be printed.
  • a memory for storing the digital pattern cut in strip this memory of storage containing the indications relating to a color.
  • a memory intermediary 2 receives the necessary data for printing of the strip by said color.
  • the descriptive data of the strip to be printed are then introduced into a calculator 3 of the voltages of charge of the various drops which will form the strip relative to that color.
  • These data are entered into the computer in the form of a succession of descriptions of the frames which together go constitute the band.
  • the computer 3 of the voltages of load of drops often comes in the form a dedicated integrated circuit.
  • This calculator 3 calculates in real time the sequence of voltages to be applied to charge electrodes 20 for printing a given frame defined by its frame description, as loaded at from intermediate memory 2.
  • a circuit downstream electronics 4, called charge sequencer drops ensures the synchronization of the voltages of load with on the one hand, the instants of formation of drops and, on the other hand, the relative advance of the head print and substrate.
  • the advance of the substrate by report to the head is materialized by a clock of frame 5 whose signal is derived from the signal from an encoder incremental position of the printing unit relative to the substrate.
  • the load sequencer 4 drops also receives a signal from a clock of drops 6. This drop clock is synchronous with the control signal of the drop generator 16.
  • FR 2 198 410 issued to International Business Machine Corporation (IBM) reference to Figures 1 to 3 of this patent could perfectly be used in the present invention.
  • the electronic circuit for controlling the charge electrodes could be illustrated by the circuit described in connection with Figure 4 of the same patent.
  • the data to be printed could not be in the form of binary files, but as files containing words from several bits, to translate the fact that each position of the substrate can receive several drops ink of the same color.
  • the main printing faults that are generated by all known printing systems are the defects relating to lineages in the direction of movement relative of the print head compared to substrate. This defect results in the appearance of light or dark lines when printing by successive scans. These faults can be found in the space between two bands which must principle be equal to the interval between drops adjacent to a frame, or within the same strip, in the space delimiting the areas printed by different jets, even inside the frame printed by a jet at the space between two adjacent drops of the frame.
  • Another type of common solution is to use a very high overlap rate between neighboring drops, so as to avoid lineages whites. These white lines correspond to the absence substrate cover. Dark lineages are less visible and we prefer to have a lineage defect dark lines rather than a white line defect.
  • the solution of increasing the rate of overlap between neighboring drops is effective for compensate for faults within the same band and to some extent the lineage defects between bands but it has the disadvantage of requiring a very high amount of ink per unit area of the substrate and generates difficulties in drying or deformation of the substrate.
  • a third type of solution to erase line faults on printers operating in scanning consists in partially printing the substrate during each scan. By multiplying the number of substrate scans we get full coverage of the substrate. This impression in several passages uses various interleaving strategies positions of the drops from the different jets. A example of interleaving of even and odd lines is given in patent no. US-A-4,604,631 issued to the RICOH company.
  • An advantage of this solution often related to a high overlap rate is that it allows a drying time for the substrate, but it results in a reduced print rate of one factor ranging from 2 to 16.
  • test pattern to correct any printer faults is described in the request for patent n ° EP 0 863 012 A1 attributed to HEWLETT PACKARD. This test pattern allows easy reading for example by a camera so you can make corrections in automatic by comparison of the test pattern printed at a benchmark.
  • patent application WO 98/43817 attributed to JEMTEX INK JET PRINTING LTD. It is planning to use a test pattern to perform various parameter corrections. From the description of this request, the test pattern makes it possible to recognize the different types of errors, i.e. errors of ink drop speed, phase errors due to incorrect sequencing of the application of load voltage, offset errors in a direction X, offset errors in one direction Y and angular offset errors.
  • the errors of velocity or shift in the X direction are corrected by changing the charging voltage of drops.
  • Phase errors due to sequencing incorrect charging voltage application are corrected by modifying the sequencing of the charge pulse of the drops.
  • the errors of offset in Y i.e. in the direction of the sweep are offset by a restructuring of the sequencing Datas. It is the same for errors angular. For reasons which will be explained by thereafter, such use of a test pattern can lead to a good position of the drops on the substrate, but it causes other defects which are essentially colorimetric defects, and difficulties in permanently adjusting the printer.
  • the main object of the present invention is to reduce head mounting difficulties printing on a printer, while ensuring good print quality.
  • Good quality of printing supposes good reproducibility of color, a size of the drop impacts resulting from their impacts and their spread on the substrate constant and a relative position of the drops on the well-defined substrate. It also aims to ensure good reliability and good availability of the printer. It also aims to limit losses of substrate printed during faults. It aims to simplify maintenance operations. Finally, she also aims to ensure good quality stability to avoid drift of this quality.
  • the colorimetric characteristic of the ink mainly depends on its composition, namely for the main elements: the concentration of matter coloring, the concentration of solvent, and that of resin.
  • the concentration of matter coloring the concentration of solvent
  • the concentration of resin the concentration of resin
  • Viscosity corrections are made by addition of solvent or concentration ink higher than the nominal concentration.
  • a temperature variation can induce a variation of viscosity while the composition of the ink is unchanged. This is why in a preferred mode of realization of the invention described in this patent attributed to the applicant, provision is made for adjustment and enslavement of the viscosity ⁇ of the ink by taking take into account the ink temperature.
  • the viscosity and temperature T are determined at the same point of ink, and solvent or more ink additions concentrated are performed based on the deviation of viscosity ⁇ relative to a set viscosity which depends on the temperature measured.
  • the dye concentration in the ink If the ink temperature at the print head is also under control, for example thanks to a control of room temperature, the viscosity of the ink in the nozzle is automatically checked. Control viscosity and dye concentration are conditions necessary to maintain good colorimetry, and also to keep a law of variation of the speed of a drop out of a printing nozzle depending on the pressure which is applied constant.
  • the impact size of the drops on the substrate depends on the geometry of the nozzles, which are manufactured within tight and controlled tolerances when manufacturing, their ejection speed and therefore impact, and local conditions for the spread of drops on the substrate, namely the speed ink evaporation and its surface tension on said substrate, both of which depend on the temperature.
  • the spreading depends on physico-chemical characteristics of the ink and impact speed of the drops.
  • the relative position of the drops on the substrate depends on the trajectory of the drops of each jet of the print head, of the arrangement of the jets in the print head, as well as the position relative between the print head and the substrate. he has been seen that the drops are electrically charged, then more or less deflected depending on their charge by deflection electrodes. As a result, the trajectory of the drops depends on their speed and their charge. A good load of the drops supposes that the drop separates from the jet at a well-defined location and that at the time of this separation, the impulse electric defining the charge of the drops was given. It was seen above, that for a viscosity given, the speed depends on a pressure applied to the fluid.
  • the distance between the nozzle and the place of formation of the drops of a jet is a function of the amplitude of the oscillations applied for example to a piezoelectric crystal maintaining vibrations in the ink.
  • a good load of drops therefore assumes good phase control between the formation of the drops and the moment of charge of drops, the phase itself being variable with the speed of the drops.
  • Means to control so individual parameters such as the viscosity of ink depending on its temperature, the speed of drops by action on the pressure in the tank ink, drop loading phase and length jet before breaking into drops by checking the voltage of a piezoelectric crystal are individually known from the prior art.
  • art printers generally do not include a each of these parameters. So, for example, ink characteristics such as viscosity can be checked without simultaneously controls the jet speed, maintaining the viscosity of ink and pressure being judged sufficient to ensure a constant speed of drops. This approach is faulted especially when the nozzle opening or filters in the ink supply circuit are clogged. Yes the physico-chemical characteristics of the ink are enslaved, it is also important to ensure ink drop speed and impact on the substrate within a predetermined tolerance. Often also in prior art systems, the accuracy of positioning of the drops is considered the only factor affecting print quality.
  • the present invention aims to ensure good print quality and simplify mounting the printer.
  • the phase of the drops, the length of the jet before it breaks in drops, the speed of the inkjet, the temperature, the viscosity and composition of the ink are permanently controlled by independent loops. All these parameters being checked, so an error on the position of the drops only results from mechanical faults or tolerance margins electronic devices.
  • the impression of a test pattern and its comparison to a test pattern of reference will allow by an adapted modification of the charge of drops to modify this trajectory of so as to restore it to its nominal value.
  • this modification of the load drops will not compensate for values outside tolerance of jet speed or composition ink, or the size of the drop on impact, and consequently the quality of the printing will be preserved.
  • the method according to the invention aims to eliminate lineage issues with no impact on the printing speed.
  • a share the value of the static translation difference and, on the other hand, the value of the expansion gap.
  • the expansion error comes from too large a gap or too small of the charge distributed between the drops the most deviated and the least deviated drops forming the frame corresponding to a burst.
  • the frame is too wide, when the gap between the high point of the frame and the bottom point of the frame is too large. This means that the drop corresponding to the point the higher is not deflected enough while the drop corresponding to the lowest point is too deviated.
  • An equalization applied to the drops burst intermediaries will correct the load applied to intermediate drops as a function corrections to drop charges extremes of the frame. If on the contrary the frame is too narrow which means that the gap between the point the higher and the lowest point of a burst is too narrow then we will decrease the load of the drop corresponding to the highest point so that this drop is less deflected and we will increase the charge of the drop corresponding to the lowest point so that this drop is more deflected. An equalization of the load correction values applied to the intermediate drops between the last and the first drop will allow as in the case of the wide frame to fine tune the frame setting.
  • the whole number a of observed real positions is equal to 2, these positions being the first and the last position.
  • the printer has several nozzles distributed over one or more heads, the same operation will be applied for each of the nozzles. This does not mean that it will be necessary to print a test pattern per nozzle, a single test pattern being suitable for operating the jets of each of the nozzles.
  • the different nozzles correspond to jets of different colors, it is understandable that it will be easy to constitute a single test pattern making it possible to adjust all the jets of all the nozzles.
  • the overlap between consecutive drops it can remain a lineage defect, in particular a white line defect appearing so regular. This defect is very noticeable by the eye when it is regular.
  • a noise voltage In order to decrease the perceptibility of this possible defect, we will apply superposition on the voltage applied to the electrodes of charge of the drops, a noise voltage.
  • the amplitude average of this noise voltage will be a function of the rank j drop in the burst.
  • the amplitude maximum additional noise voltage will be equal to a fraction less than 1 of the difference between the nominal voltage to be applied to the drop of row j and the nominal voltage to be applied to the row drop j + 1 or at the drop of row j - 1, that is to say at one of the two spatially adjacent drops of the drop of row j.
  • the minimum amplitude of the additional noise voltage will be equal to the value of the voltage difference that can be obtained by varying the value of the least significant bit by one analog to digital converter whose output supplies a high voltage amplifier coupled to charge electrodes for drops.
  • a comparison of the position of the first frame by relative to the nominal position of this first frame will define an algebraic deviation of the first frame relative to its nominal position.
  • a dynamic offset correction ⁇ will be defined as the number of positions representing this difference.
  • a corresponding correction will be memorized and then used when printing successive frames to offset by this number of positions the impression of each frame of the strip, the positions being counted originating from the substrate edge detected at each scanning.
  • Printing of the frames is shifted, if the head goes from left to right relative to the substrate, to change the number of positions between detection from the left edge and the start of the strip.
  • the impression is offset if the head goes from right to left by relative to the substrate, to modify the value of a counter representing the value of the position at which is printed each frame of the strip.
  • the position of the last frame in particular is shifted by the same number of positions as the first frame and should be taken into account when returning of the print head.
  • the correction thus takes into account accounts for the fact that the tape is printed by a movement go from head from left to right and / or a back movement of the head from right to left.
  • the lineage corrections which have been applied until now according to the first aspects of the invention are only effective insofar as the substrate is correctly placed. This is not always the case.
  • the absorption of ink by the substrate, friction and other factors can lead to deviations in the actual advance of the substrate compared to the nominal advance and therefore to lineages.
  • a mark is printed on the substrate by means of one of the print heads. This mark can be a simple line oriented in the direction Y. After advancing the substrate but before printing the next strip, the first mark will be positioned opposite a substrate advance sensor.
  • the optical sensor makes it possible to measure a distance between the first printed mark and a nominal position that this mark should have, if the substrate advanced from its nominal advance.
  • the actual distance used to define a real advance of the actual substrate .DELTA.X that we will be able to compare the nominal value .DELTA.X name.
  • a difference between the actual advance and the nominal advance will be automatically corrected by a variation of the charge voltage applied by means of charge of the drops. This correction will be applied for all heads participating in the writing of the current tape.
  • the various corrections according to the invention which have just been defined, can be applied independently of each other in isolation. In particular if one of the corrections is not necessary given the quality of the printer, it will not be applied. They can also be applied in combination with one another according to the different modes of combination which result from their number.
  • Figure 3 is intended to explain what are the translation and dilation differences. For this is shown in different configurations on the plane of the substrate materialized by axes XY, 9 different positions and shapes of a frame drawn by a burst of drops. In the example shown and for simplify the explanation, we took nine drops, that one has represented it in an exaggeratedly spaced way.
  • the frame of nine drops is shown according to its position nominal defined by an axis line of symmetry MM '. This center line runs perpendicular to the middle of the frame represented in A, therefore in nominal position.
  • the frame has been shown as printed. We see on this frame that on the one hand, it is shifted which materializes by the position of its middle axis NN 'offset from the position of the axis MM 'and that, on the other hand, it is dilated, that is, the distance between drop 1 and the drop 9 as shown in B is larger than the distance between drop 1 and drop 9 such that represented in A.
  • This static translation correction will be obtained by a modification of the load applied to each of drops 1 to 9.
  • the calculation of the magnitude of this change in the load applied to drops 1 to 9 will be performed taking into account data acquired on machines of the same type. Those data may include tables representing the displacement of the drop of rank j as a function of the correction made to the nominal load of this drop.
  • the frame composed of the nine drops is, as shown in C, in a correct position relative to the axis MM 'but its height in the case shown in the figure 3 in C, is too large in relation to the height nominal as shown in Figure 3 at A. This frame could also be too small.
  • the dilation correction will consist of calculating the load modification to be made at nominal load already corrected for static translation error for bring these drops back to their nominal position.
  • Figure 4 is intended to explain what dynamic offset error and its correction.
  • part A of Figure 4 there is shown in lines solid, the nominal position of a strip.
  • This band is represented in the form of a rectangle having for height, the height of a frame made by a burst including the N drops and its width is equal to the distance between the first and the last frame of the bandaged.
  • the position printing of a frame is determined by the location the position of the print head, for example, compared to a position determination rule.
  • This rule has tick marks, for example, magnetic or optical cooperating with means of the print head or a support for this head for the position of the print head is in known permanence of the control unit the printer. Knowing the position of an edge of the print substrate and head relative to this rule, so it's possible to determine the position of the head relative to the substrate.
  • the position nominal of the first frame is obtained by comparing the position of the head relative to the substrate at the predetermined position of this first frame by relative to the edge of the substrate, depending on the data defining the pattern. This data will determine by example that the first frame must be at 2000 positions marked on the ruler, from the edge of the substrate. When a position counter has been incremented by 2000 the printing of the first frame will be triggered.
  • the difference ⁇ Y between the real position of the dotted strip and its nominal position, ie shifted to the right as shown in A, by example of twenty positions.
  • the printing will be modified of each frame of the number ⁇ of positions required to bring the frames from their real positions to their nominal positions.
  • the first frame which materializes the beginning of the tape will be brought back from its actual position to its nominal position.
  • the impression of the first frame will start when the position will count (2000 - 20) or 1980 positions after detecting the left edge. All frames of the strip will be shifted by the same number of positions.
  • printing of the last frame must start with example based on the digital data at the position 100,000, the value 100,000 will be replaced by the value 99 980 to take into account the difference of offset by twenty positions from the actual tape. This correction will bring to a band position such that shown in Figure 4, part B. We see that the dynamic offset correction applied to each frames will bring the position of the actual tape to the position of the nominal strip.
  • This complement of the invention relates to a band position deviation due to a deviation in advance of the substrate.
  • This correction concerns printers in which the substrate is not advanced step by step after the printing of each strip.
  • this mark After advancing the substrate but before printing the next strip, this mark will appear in position B in FIG. 5.
  • the position has also been represented in C of a fictitious mark representing the nominal position that the mark present in B should have had if there was no difference between the nominal position and the actual position. Mark C is not actually present on the substrate.
  • the difference between the fictitious mark C and the mark B makes it possible to determine the difference ⁇ x between the nominal position marked in C and the real position marked in B.
  • This difference in the advance of the substrate will be compensated according to this aspect of l invention by a modification of the charge of the drops printed during this strip.
  • the difference ⁇ x between the mark B and the nominal position C of the strip which is going to be printed will be detected by means of a sensor 12, for example a CCD sensor making it possible to measure this distance, for example by counting l 'number difference between a sensor element 12a which receives the mark when it is in the nominal position and a sensor element 12b which actually receives it.
  • This sensor will preferably be placed in front of the substrate and arranged so that its measurement field makes it possible to detect the mark with fairly wide tolerances.
  • This sensor will preferably be a sensor of a determined light wavelength and will be supplemented by an emitter in the direction of the substrate of this determined wavelength.
  • FIGS 6 and 7 are block diagrams inkjet printers showing some necessary features to the incorporation of the invention.
  • the system shown in Figures 6 and 7 corresponds to an architecture for printing wide formats chosen only as examples not limiting. Printing is done by scanning successive in direction Y.
  • the system implements in a known manner a substrate 27 from a coil 28 which takes place upstream of a unit printing 29 by a pair 36 of cylinders 37, 38 contact training.
  • a first cylinder 37 is motorized, a second cylinder 38 provides back pressure to the point-of-contact.
  • the two cylinders 37, 38 pinch the substrate and drive it without sliding.
  • the advance of substrate 27 is controlled by an encoder, not shown because in itself known, angular positions mounted on the axis of one of the cylinders. After each advance intermittent substrate, the print area of it is kept flat on a printing table 30, located under the unit scan path printing 29. This holding flat is provided by a second drive system 39 located downstream of the printing unit.
  • This second drive system 39 maintains a constant tension of the substrate 27.
  • a setting intermittent printing table depression is sometimes performed to improve the flatness of the substrate 27 in the printing area.
  • the inkjet printing unit 29 is composed of several 25 printheads like those shown for example in Figure 1, each head being fed by one of the color inks primary, from tanks 11 thanks to an umbilicus or distribution channel 13.
  • the different print heads 25 print simultaneously the substrate while it is stationary. Printing of a strip is ensured by scanning in the Y direction of the printing unit. The scanning movement of the printing unit by relation to the substrate is ensured by a belt 40 integral with the printing unit and driven by a motorized pulley 41. Guiding the printing unit is provided in a known manner by a mechanical axis not represented.
  • Each print head prints a strip of constant width L.
  • the print heads can be shifted in the X direction of advance of the substrate so that a head does not necessarily print the same strip at the same time as another head ink color different.
  • the substrate is advanced by a spatial increment ⁇ X at most equal to the bandwidth L but which is more generally a submultiple of L for multiple printing passes.
  • the distance between the printheads according to the direction Y and possibly along direction X on the one hand sufficient drying time between deposition of different ink colors and allows on the other hand, to ensure an overlay order same colors same when printing is performed during the return and return of the head printing.
  • Synchronization between the spray of drops ink and the scanning position of the heads printing 25 with respect to substrate 27 is obtained thanks to an optical detector not shown from the edge of width.
  • the width edge sensor is mounted on the print head or on a support of this head for detect each of the two edges. This detector emits a detection signal for each width edge.
  • the signal of detection of a reference width edge by example the left edge, is then used to trigger a position counter allowing synchronize the position of each print head with the print data for this position, contained in the print memory.
  • the encoder position can be in a known manner an optical ruler or magnetic mounted on the mechanical guide axis of the scanning.
  • the invention can have the particularity of being equipped with one or several detectors 12 (FIG. 8) for detecting the actual advance of the substrate.
  • detectors 12 FIG. 8
  • only one substrate advance sensor can be mounted on the print head or on a support of this head for detect substrate advance when printing is performed from left to right or from right to left.
  • FIG. 8 represents control means 31 according to the invention.
  • elements having the same function as those represented in Figure 2 have the same reference number.
  • the device according to the invention can include one or more of the following means.
  • the device according to the invention may include the detector 12 of difference between the actual advance of the substrate and its nominal advance, a computer 34 of position difference of the substrate and a corrector 35 of dynamic translation to correct the load of drops in order to compensate for the difference noted by the computer 34.
  • the elements, detectors 12, position deviation calculator 34 and corrector 35 dynamic translation are connected in series with each other to others and dynamic translation fixes ⁇ calculated by the corrector 35 are applied to the 3 'calculator of the drop charge voltages.
  • the means for controlling the position and the jet deflection can also include a detector 14 of deviation from the real position of points printed by a jet from the nominal position of dots printed by said jet.
  • the deviations on the position of the dots printed by the jet are introduced on the one hand in a translation corrector 17 static, in an expansion corrector 18 and finally in a dynamic offset corrector 19.
  • the means of controlling the load of ink drops may include a generator 32 of random noise whose output is applied to 3 'calculator for charge voltages of drops of so as to randomly change the charge of each drop.
  • the operation is as follows.
  • the detector 12 detects the difference between a mark relative to the current strip which will be printed and the nominal position of this strip. This difference is introduced into the calculator 34 for calculating the difference. This calculator calculates as a function of the signal transmitted by the sensor 12, the value ⁇ x of the advance difference of the substrate 27. This difference is introduced into the dynamic translation corrector 35 which will calculate the corrections to be applied to the calculator 3 'of the charge voltages of the drops to correct this dynamic translation ⁇ .
  • the calculator 14 of the difference in the position of the dots printed by each jet compare the position of dots printed on a test pattern in relation to the position corresponding points on a reference target. This deviation calculation can be done in a way automatic for example by scanning the printed target and using the stored reference pattern. Help calculated deviations, the translation corrector static 17 will calculate in one of the ways shown higher the displacement of the barycenter of the points for which the position difference has been measured. Likewise the expansion corrector 18 will calculate the difference between a printed point and the nominal point corresponding.
  • the calculator 3 ′ of the charge voltage of the drops will calculate the algebraic sum of the voltages to be applied to the charge electrode of the drops as a function of a share of the nominal voltage resulting from the description of the frame coming from the memory 2, and on the other hand, from the correction ⁇ j of static translation coming from the corrector 17 of static translation, from the correction ⁇ ij of expansion from the corrector 18 from correction of expansion, from the correction of dynamic translation ⁇ calculated by the computer 35 and finally, as a function of the value output by the random noise generator 32.
  • the dynamic offset correction ⁇ calculated by the dynamic offset corrector 19 will be applied to the drop charge sequencer 4.
  • the charge of the drops as provided by the calculator of the charge voltages of the drops 3 ′ will be applied in coincidence with a position number of the position counter smaller or larger than the nominal number depending on the algebraic value ⁇ of the dynamic offset, the positions being counted from the edge of the substrate.
  • Figure 9 is intended to represent very succinctly a print head 25 and the various enslavements associated with it.
  • Each of the servos which will be commented on succinctly below is in itself known. However inventors do not know of printers that simultaneously present all of these servos on the same printer. The inventors think this absence is due to poor appreciation of the interference of different parameters to control to achieve good quality as described above.
  • the printer according to the invention has a viscosity control 61 as a function of temperature, represented as the other servos by a feedback loop in output of the head 25 bringing back to the input a value error.
  • Viscosity correction if necessary necessary is carried out by addition of solvent or by addition of more concentrated ink in coloring matter so as to maintain a rate of coloring matter constant.
  • a jet speed servo 62 is obtained by action on a pressure value ink supply.
  • the breaking distance of the jet is maintained by a servo 63 which acts on an adjustable parameter allowing to keep a predetermined breaking distance. It could be by example of the supply voltage of a crystal piezoelectric causing vibrations in the ink.
  • the printer according to the invention is equipped with a phase control circuit 64 between the instants of application of electrical pulses of load of drops and instants of application of drop formation pulses. This phase can be adjusted by action on a circuit of time delay.
  • a print head of a printer according the invention will preferably include a memory in which will be stored the setpoint value of speed for each jet, corresponding to a pressure standard feed to obtain the speed of instructions.
  • This memory has been represented symbolically at 65 in Figure 9.
  • the program speed control will therefore provide a reading of this target jet speed in the printhead memory. So, when printer operating, pressure being regulated in a value range close to the standard pressure, jet speed faults significant, i.e. out of mechanical tolerance nozzles and clean to a single jet can be detected.
  • the setpoints of the piezoelectric transducer control signal are predetermined in manufacturing and stored in the memory. Malfunctions specific to a only one transducer can be detected.

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Abstract

Procédé de compensation des défauts mécaniques d'une imprimante à jet d'encre dans laquelle la viscosité de l'encre, la vitesse du jet, la distance de brisure du jet en gouttes et la phase sont asservis de façon indépendante pour garder des valeurs de consigne, procédé selon lequel on compare la position d'arrivée des gouttes à une position de référence, les défauts mécaniques étant compensés par action sur la charge électrique des gouttes. L'invention est également relative à une imprimante dotée notamment de moyens de contrôle et d'asservissement la rendant apte à exécuter les compensations selon le procédé. On simplifiera ainsi le montage mécanique de l'imprimante. <IMAGE>

Description

Domaine de l'invention
L'invention se situe dans le domaine des imprimantes à jet d'encre dans lesquelles des gouttes d'encre sont formées et électriquement chargées puis déviées pour aller frapper un substrat d'impression. Elle concerne un procédé destiné à simplifier le montage mécanique des têtes d'impression et l'imprimante appliquant un tel procédé.
Arrière plan technologique
Il est connu qu'un jet d'encre sous pression éjecté par une buse d'impression peut être brisé en une succession de gouttes individuelles chaque goutte étant chargée de façon individuelle, de façon contrôlée. Sur le trajet de ces gouttes ainsi individuellement chargées, des électrodes de potentiel constant dévient plus ou moins les gouttes selon la charge qu'elles possèdent. Si une goutte ne doit pas atteindre le substrat d'impression, sa charge est contrôlée de telle sorte qu'elle est déviée vers un récupérateur d'encre. Le principe de fonctionnement de telles imprimantes à jet d'encre est bien connu et est décrit par exemple dans le brevet US-A-4 160 982. Comme décrit dans ce brevet et représenté figure 1, une telle imprimante comporte un réservoir 11 contenant de l'encre électriquement conductrice 10 qui est distribuée par un canal de distribution 13 vers un générateur de gouttes 16. Le rôle du générateur de gouttes 16 est de former à partir de l'encre sous pression contenue dans le canal de distribution 13 un ensemble de gouttes individuelles. Ces gouttes individuelles sont électriquement chargées au moyen d'une électrode de charge 20 alimentée par un générateur de tension 21. Les gouttes chargées passent au travers d'un espace compris entre deux électrodes de déviation 23, 24 et selon leur charge sont plus ou moins déviées. Les gouttes les moins ou non déviées sont dirigées vers un récupérateur 22 d'encre tandis que les gouttes déviées sont dirigées vers un substrat 27. Les gouttes successives d'une salve atteignant le substrat 27 peuvent ainsi être déviées vers une position extrême basse, une position extrême haute et des positions intermédiaires successives, l'ensemble des gouttes de la salve formant un trait de hauteur ΔX sensiblement perpendiculaire à une direction d'avancée relative de la tête d'impression 25 et du substrat. La tête d'impression est formée par le générateur de gouttes 16, l'électrode de charge 20, les électrodes de déviation 23, 24 et en général le récupérateur 22. Cette tête 25 est en général enfermée dans un capotage non représenté. Le mouvement de déviation imprimé aux gouttes chargées par les électrodes de déviation 23, 24 est complété par un mouvement selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X, entre la tête d'impression 25 et le substrat. Le temps écoulé entre la première et la dernière goutte d'une salve est très court. Il en résulte que malgré un mouvement continu entre la tête d'impression 25 et le substrat, on peut considérer que le substrat n'a pas bougé par rapport à la tête d'impression pendant le temps d'une salve. Les salves sont tirées à intervalles spatiaux réguliers. Si toutes les gouttes de chaque salve étaient dirigées vers le substrat on imprimerait une succession de traits de hauteur ΔX. En général seules certaines gouttes d'une salve sont dirigées vers le substrat. Dans ces conditions, la combinaison du mouvement relatif de la tête et du substrat, et de la sélection des gouttes de chaque salve qui sont dirigées vers le substrat permet d'imprimer un motif quelconque tel que celui représenté en 28 sur la figure 1. Si le trait que l'on trace avec les gouttes d'une salve est dans une direction X, le mouvement relatif de la tête et du substrat est, dans le plan du substrat dans une direction Y perpendiculaire à X. Les gouttes non déviées sont dirigées vers le récupérateur selon une trajectoire Z perpendiculaire au plan x, y du substrat. Les gouttes imprimées arrivent sur le substrat en suivant des trajectoires légèrement déviées par rapport à la direction Z.
Si le mouvement relatif de la tête 25 et du substrat s'effectue en continu selon la dimension la plus grande du substrat, il y aura en général plusieurs têtes d'impression imprimant des bandes parallèles les unes aux autres. Un exemple d'une telle utilisation est représenté sur les figures 1 et 2 du brevet délivré à IBM sous le numéro FR 2 198 410.
Si le mouvement relatif de la tête d'impression et du substrat dans la direction Y s'effectue selon la dimension la plus petite du substrat, l'impression est réalisée bande par bande, le substrat ayant un mouvement d'avance intermittent dans la direction X après chaque balayage. Le mouvement relatif de la tête d'impression et du substrat est appelé mouvement de balayage. Le mouvement de balayage se compose ainsi d'un mouvement d'aller et de retour entre un premier bord du substrat et un second bord du substrat. Le mouvement entre un bord et l'autre bord du substrat permet d'imprimer à la volée une bande de hauteur L ou assez souvent une partie de la bande de hauteur ΔXb, ΔXb étant le plus souvent un sous-multiple de L. L'ensemble des bandes successivement imprimées constitue ainsi le motif à imprimer sur le substrat. Après chaque impression d'une bande ou de partie de bande, le substrat est avancé de l'espace compris entre deux bandes ou partie de bande pour impression de la bande ou partie de bande suivante. L'impression peut se faire à l'aller simplement ou à l'aller et au retour du mouvement de la tête d'impression par rapport au substrat.
Lorsque le graphisme à imprimer est coloré, les nuances multiples de couleurs sont le résultat de la superposition et de la juxtaposition des impacts d'encre provenant de buses alimentées par des encres de différentes couleurs. Le système de déplacement relatif du substrat par rapport aux têtes d'impression est réalisé de façon telle qu'un point donné du substrat est présenté successivement sous les jets d'encre de chacune des couleurs.
Le système d'impression présente généralement plusieurs jets de la même encre fonctionnant simultanément, soit par la juxtaposition de têtes multiples, soit par l'utilisation de têtes multijets, soit enfin par la combinaison de ces deux types de têtes afin de parvenir à des cadences d'impressions élevées. Dans ce cas, chaque jet d'encre imprime une partie limitée du substrat. Les moyens connus de commande des différents jets seront maintenant décrits en référence à la figure 2.
Le motif à imprimer est défini par un fichier numérique. Ce fichier peut être formé à l'aide d'un scanner, d'une palette graphique de création assistée par ordinateur (CAO), transmis au moyen d'un réseau informatique d'échanges de données, ou, tout simplement, lu à partir d'un périphérique de lecture de support de stockage de données numériques (disque optique, CD-ROM). Le fichier numérique représentant le motif coloré à imprimer est tout d'abord scindé en plusieurs motifs binaires (ou bitmap) pour chacune des encres. Il convient de noter que le cas du motif binaire est un exemple non limitatif ; dans certaines imprimantes, le motif à imprimer est de type "contone", c'est-à-dire que chaque position peut être imprimée par un nombre de gouttes variable de 1 à M pour chaque encre. Une partie du motif binaire est extraite du fichier pour chacun des jets correspondants à la largeur de la bande qui va être imprimée. Sur la figure 2 où l'on s'intéresse à l'électronique de commande d'un jet, on a représenté en 1 une mémoire de stockage du motif numérique découpée en bande, cette mémoire de stockage contenant les indications relatives à une couleur. Pour l'impression de chaque bande, une mémoire intermédiaire 2 reçoit les données nécessaires pour l'impression de la bande par ladite couleur. Les données descriptives de la bande à imprimer sont ensuite introduites dans un calculateur 3 des tensions de charge des différentes gouttes qui vont former la bande relativement à cette couleur. Ces données sont introduites dans le calculateur sous forme d'une succession de descriptifs des trames qui ensemble vont constituer la bande. Le calculateur 3 des tensions de charge des gouttes se présente souvent sous la forme d'un circuit intégré dédié. Ce calculateur 3 calcule en temps réel la séquence de tensions à appliquer aux électrodes de charge 20 pour imprimer une trame donnée définie par son descriptif de trame, tel que chargé à partir de la mémoire intermédiaire 2. Un circuit électronique aval 4, appelé séquenceur de charge de gouttes, assure la synchronisation des tensions de charge avec d'une part, les instants de formation de gouttes et, d'autre part, l'avance relative de la tête d'impression et du substrat. L'avance du substrat par rapport à la tête est matérialisée par une horloge de trame 5 dont le signal est dérivé du signal d'un codeur incrémental de position de l'unité d'impression relativement au substrat. Le séquenceur 4 de charge des gouttes reçoit également un signal d'une horloge de gouttes 6. Cette horloge de gouttes est synchrone avec le signal de commande du générateur de gouttes 16. Elle permet de définir les instants de transitions des différentes tensions de charges appliquées aux gouttes pour différencier leurs trajectoires. Les données numériques en provenance du séquenceur 4 de charge des gouttes sont converties en valeur analogique par un convertisseur numérique analogique 8. Ce convertisseur délivrant un niveau de tension bas nécessite en général la présence d'un amplificateur haute tension 21 qui va alimenter les électrodes de charge 20. Les illustrations de l'art antérieur données en référence aux figures 1 et 2, sont destinées à bien faire comprendre le domaine et l'apport de l'invention, mais il est évident que l'art antérieur n'est pas limité aux descriptions faites en référence à ces figures. D'autres arrangements des électrodes et des collecteurs de récupération des gouttes d'encre non utilisées sont décrits dans une littérature abondante. Un arrangement électromécanique des buses d'impression de l'électrode de charge et des électrodes de déviation tel que décrit dans le brevet d'invention n° FR 2 198 410 délivré à International Business Machine Corporation (IBM) en référence aux figures 1 à 3 de ce brevet pourrait parfaitement être utilisé dans la présente invention. De même, le circuit électronique de commande des électrodes de charge pourrait être illustré par le circuit décrit en relation avec la figure 4 de ce même brevet. Egalement, les données à imprimées pourraient ne pas se présenter sous forme de fichiers binaires, mais sous formes de fichiers contenant des mots de plusieurs bits, pour traduire le fait que chaque position du substrat peut recevoir plusieurs gouttes d'encre de la même couleur.
On comprend que pour une impression, en particulier en couleur, la nécessaire superposition des gouttes provenant des différentes buses délivrant les différentes couleurs d'encre doit être très précise. Les défauts principaux d'impression qui sont générés par tous les systèmes d'impression connus, sont les défauts relatifs aux lignages dans le sens du mouvement relatif de la tête d'impression par rapport au substrat. Ce défaut se traduit par l'apparition de lignes claires ou foncées lors de l'impression par balayages successifs. Ces défauts peuvent se trouver dans l'espace compris entre deux bandes qui doit en principe être égal à l'intervalle entre gouttes adjacentes d'une trame, ou à l'intérieur d'une même bande, dans l'espace délimitant les zones imprimées par différents jets, voire à l'intérieur de la trame imprimée par un jet au niveau de l'espace entre deux gouttes adjacentes de la trame. Ces défauts de lignage peuvent provenir soit de défauts propres à certains jets de la tête d'impression, ce sont alors des défauts d'origine mécanique ou électrique, soit d'erreurs de positionnement du substrat, ou bien d'erreur de positionnement entre têtes d'impression, ou encore entre jets d'une même tête d'impression. Diverses solutions ont été proposées pour limiter ou éliminer les problèmes de lignage, mais toutes se traduisent soit par une limitation de la cadence d'impression, dans un rapport parfois très élevé vis-à-vis de la cadence nominale d'impression, soit par une redondance de têtes d'impression et donc un coût important. Des exemples de solutions connues couramment mises en oeuvre pour limiter le lignage vont être exposés succinctement ci-après : un premier type de solution repose sur des réglages mécaniques fins des jets par des vis excentriques ou de la position des têtes d'impression grâce à des tables micrométriques. Cette solution est à la fois onéreuse, par le nombre d'éléments mécaniques qui sont nécessaires, et souvent fastidieuse, par les tâtonnements qu'elle nécessite.
Un autre type de solutions courantes consiste à utiliser un taux de chevauchements très élevé entre gouttes voisines, de manière à éviter les lignages blancs. Ces lignages blancs correspondent à l'absence de couverture du substrat. Les lignages foncés sont moins visibles et on préfère avoir un défaut de lignage de lignes foncées plutôt qu'un défaut de lignage blanc. La solution consistant à augmenter le taux de chevauchements entre gouttes voisines est efficace pour compenser les défauts à l'intérieur d'une même bande et dans une certaine mesure les défauts de lignage entre bandes mais elle présente l'inconvénient de nécessiter une quantité d'encre très élevée par unité de surface du substrat et génère des difficultés de séchage ou de déformation du substrat.
Un troisième type de solution pour effacer les défauts de lignage sur les imprimantes fonctionnant en balayage consiste à imprimer partiellement le substrat lors de chaque balayage. En multipliant le nombre de balayages de substrat on obtient la couverture totale du substrat. Cette impression en plusieurs passages exploite diverses stratégies d'entrelacement des positions des gouttes provenant des différents jets. Un exemple d'entrelacement de lignes paires et impaires est donné dans le brevet n° US-A-4 604 631 délivré à la Société RICOH. Un avantage de cette solution souvent liée à un taux de chevauchements élevé est qu'elle autorise un temps de séchage du substrat, mais elle aboutit à la réduction de la cadence d'impression d'un facteur pouvant aller de 2 à 16.
En ce qui concerne les défauts de lignage et d'autres défauts éventuels de l'impression, il a été envisagé d'utiliser des mires et de comparer une mire réelle imprimée à une mire de référence pour en déduire des choix de buses ou des modifications à introduire dans certains paramètres de réglage de l'imprimante. La demande de brevet EP 0 589 718 A1 attribuée à HEWLETT PACKARD prévoit l'utilisation de mires composées d'une succession de traits décalés les uns par rapport aux autres. L'utilisateur de l'imprimante examine les différents modèles imprimés et choisit un alignement qui lui convient au moyen d'un panneau de commande. Les choix sont ensuite stockés pour utilisation ultérieure.
Un modèle de mire pour corriger d'éventuels défauts de l'imprimante est décrit dans la demande de brevet n° EP 0 863 012 A1 attribué à HEWLETT PACKARD. Ce modèle de mire permet une lecture aisée par exemple par une caméra de façon à pouvoir faire des corrections en automatique par comparaison de la mire imprimée à une mire de référence. Enfin, dans la demande de brevet WO 98/43817 attribué à JEMTEX INK JET PRINTING LTD., il est prévu d'utiliser une mire pour effectuer diverses corrections de paramètres. D'après la description de cette demande, la mire permet de reconnaítre les différents types d'erreurs, c'est-à-dire des erreurs de vitesse de la goutte d'encre, des erreurs de phases dues à des séquencements incorrects de l'application de la tension de charge, des erreurs de décalage dans une direction X, des erreurs de décalage dans une direction Y et des erreurs de décalage angulaires. Les erreurs de vitesse ou de décalage dans la direction X sont corrigées par modification de la tension de charge des gouttes. Les erreurs de phases dues à des séquencements incorrects de l'application de la tension de charge sont corrigées par modification du séquencement de l'impulsion de charge des gouttes. Les erreurs de décalage en Y c'est-à-dire dans le sens du balayage sont compensées par une restructuration du séquencement des données. Il en est de mêmes pour les erreurs angulaires. Pour des raisons qui seront expliquées par la suite, une telle utilisation d'une mire peut conduire à une bonne position des gouttes sur le substrat, mais elle entraíne d'autres défauts qui sont essentiellement des défauts de colorimétrie, et des difficultés de réglage permanent de l'imprimante.
Brève description de l'invention
La présente invention a pour objet principal de réduire les difficultés de montage des têtes d'impression sur une imprimante, tout en assurant une bonne qualité de l'impression. Une bonne qualité de l'impression suppose une bonne reproductibilité de couleur, une taille des impacts de goutte résultant de leurs impacts et de leur étalement sur le substrat constante et une position relative des gouttes sur le substrat bien déterminée. Elle vise également à assurer une bonne fiabilité et une bonne disponibilité de l'imprimante. Elle vise également à limiter les pertes de substrat imprimées lors de défauts. Elle vise à simplifier les opérations de maintenance. Enfin, elle vise aussi à assurer une bonne stabilité de la qualité d'impression, c'est-à-dire à éviter une dérive de cette qualité.
La qualité d'impression d'une imprimante à jet d'encre couleur dépend d'un grand nombre de paramètres dont certains sont interdépendants : on peut définir comme expliqué plus haut, trois principaux phénomènes qui conditionnent la qualité d'impression :
  • la caractéristique colorimétrique des encres,
  • la taille des impacts de gouttes résultant de leur impact et étalement sur le substrat,
  • et enfin, la position relative des gouttes sur le substrat.
La caractéristique colorimétrique de l'encre dépend principalement de sa composition, à savoir pour les principaux éléments : la concentration de matière colorante, la concentration de solvant, et celle de résine. Dans le brevet n° FR 2 636 884 attribué à la demanderesse, on décrit un système de mesure et maintien de la viscosité de l'encre afin de maintenir les conditions de vitesse de jet, la pression étant fixée. Les corrections de viscosité sont effectuées par addition de solvant ou d'une encre de concentration plus élevée que la concentration nominale. Une variation de température peut induire une variation de viscosité alors que la composition de l'encre est inchangée. C'est pourquoi dans un mode préféré de réalisation de l'invention décrite dans ce brevet attribuée à la demanderesse on prévoit un réglage et asservissement de la viscosité η de l'encre en prenant en compte la température de l'encre. La viscosité et la température T sont déterminées en un même point de l'encre, et les ajouts de solvant ou d'encre plus concentrée sont effectués en fonction de l'écart de viscosité Δη par rapport à une viscosité de consigne qui dépend de la température mesurée. Avec le procédé décrit dans ce brevet, on maintient précisément la concentration en colorant dans l'encre. Si la température de l'encre à la tête d'impression est également maítrisée, par exemple grâce à un contrôle de la température ambiante, la viscosité de l'encre dans la buse se trouve automatiquement contrôlée. Maítriser la viscosité et la concentration en colorant sont des conditions nécessaires pour maintenir une bonne colorimétrie, et aussi pour conserver une loi de variation de la vitesse d'une goutte en sortie d'une buse d'impression en fonction de la pression qui lui est appliquée constante.
La taille d'impact des gouttes sur le substrat dépend de la géométrie des buses, qui sont fabriquées dans des tolérances serrées et contrôlées lors de la fabrication, de leur vitesse d'éjection et donc d'impact, et des conditions locales de l'étalement des gouttes sur le substrat, à savoir la vitesse d'évaporation de l'encre et sa tension de surface sur ledit substrat, qui dépendent toutes deux de la température. Pour un substrat donné et une température ambiante donnée, l'étalement dépend des caractéristiques physico-chimiques de l'encre et de la vitesse d'impact des gouttes.
La position relative des gouttes sur le substrat dépend de la trajectoire des gouttes de chaque jet de la tête d'impression, de l'agencement des jets dans la tête d'impression, ainsi que de la position relative entre la tête d'impression et le substrat. Il a été vu que les gouttes sont chargées électriquement, puis déviées plus ou moins en fonction de leur charge par des électrodes de déviation. Il en résulte que la trajectoire des gouttes dépend de leur vitesse et de leur charge. Une bonne charge des gouttes suppose que la goutte se sépare du jet à un endroit bien déterminé et qu'au moment de cette séparation, l'impulsion électrique définissant la charge des gouttes a été donnée. Il a été vu plus haut, que pour une viscosité donnée, la vitesse dépend d'une pression appliquée au fluide. Il est connu également que la distance entre la buse et le lieu de formation des gouttes d'un jet est une fonction de l'amplitude des oscillations appliquées par exemple à un cristal piézoélectrique entretenant des vibrations dans l'encre. Une bonne charge des gouttes suppose donc un bon contrôle de la phase entre la formation des gouttes et l'instant de charge des gouttes, la phase étant elle-même variable avec la vitesse des gouttes. Des moyens pour contrôler de façon individuelle des paramètres tels que la viscosité de l'encre en fonction de sa température, la vitesse des gouttes par action sur la pression dans le réservoir d'encre, la phase de charge des gouttes et la longueur du jet avant sa brisure en gouttes par contrôle de la tension d'un cristal piézoélectrique sont individuellement connues de l'art antérieur. Cependant, peut être par méconnaissance de la dépendance des différents paramètres les uns par rapport aux autres pour la qualité d'impression, les imprimantes de l'art antérieur ne comportent en général pas de contrôle de chacun de ces paramètres. Ainsi, par exemple, les caractéristiques de l'encre telles que la viscosité peuvent être contrôlées sans que simultanément on asservisse la vitesse de jet, le maintien de la viscosité de l'encre et d'une pression étant jugés suffisant pour assurer une vitesse constante des gouttes. Cette approche est mise en défaut particulièrement lorsque l'orifice de buse ou les filtres du circuit d'amenée d'encre sont colmatés. Si les caractéristiques physico-chimiques de l'encre sont asservies, il est également important d'assurer une vitesse de goutte d'encre et d'impact sur le substrat dans une tolérance prédéterminée. Souvent, également dans les systèmes de l'art antérieur, la précision de positionnement des gouttes est considérée comme le seul facteur influant sur la qualité d'impression. Ainsi, dans la demande de brevet WO 98/43817 déjà citée, la position des gouttes est mesurée sur une mire et les défauts sont corrigés de plusieurs manières. Notamment, les défauts de trajectoire résultant de vitesse de goutte hors tolérance sont corrigés par une action sur leur charge électrique. Il a été vu que la vitesse des gouttes influe sur la trajectoire et sur la taille de la goutte à l'impact. La qualité d'impression ne se trouve donc pas garantie. Une correction de charge des gouttes pourra éventuellement remettre ces gouttes dans leur trajectoire nominale, mais leur diamètre d'impact n'aura pas été corrigé, et le colorant se trouvera étalé sur une surface trop grande ou trop petite modifiant ainsi la colorimétrie.
La présente invention vise à assurer une bonne qualité d'impression et à simplifier le montage de l'imprimante. Dans une imprimante selon l'invention, la phase des gouttes, la longueur du jet avant sa brisure en gouttes, la vitesse du jet d'encre, la température, la viscosité et la composition de l'encre sont contrôlées en permanence par des boucles indépendantes. Tous ces paramètres étant contrôlés, alors une erreur sur la position des gouttes ne résulte plus que de défauts mécaniques ou de marges de tolérance des dispositifs électroniques. Dans ces conditions, l'impression d'une mire et sa comparaison à une mire de référence permettra par une modification adaptée de la charge des gouttes de modifier cette trajectoire de façon à lui rendre sa valeur nominale. Les autres paramètres étant contrôlés, cette modification de la charge des gouttes ne compensera pas des valeurs hors tolérance de la vitesse de jet ou de la composition de l'encre, ou de la taille de la goutte à l'impact, et en conséquence la qualité de l'impression sera conservée.
Le procédé selon l'invention vise à supprimer les problèmes de lignage sans conséquence sur la vitesse d'impression.
La présente invention ne nécessite pas de taux élevé de chevauchement de gouttes. Elle permet d'atteindre des cadences d'impression élevées avec un nombre de têtes d'impression relativement réduit. Elle permet aussi de diminuer le nombre de dispositifs de réglage mécanique. Selon l'invention, avant la mise en route initiale de l'imprimante on procède à une étape de réglages électriques de la machine. Ce réglage initial est effectué lorsque les boucles d'asservissements des paramètres sont actives, et va permettre de régler par exemple la position de la trame en corrigeant ce qu'on va appeler un écart de translation statique et va permettre également de régler la hauteur de la trame en modifiant ce qu'on va appeler un écart de dilatation. Pour cela, on va imprimer avec la machine une mire représentant un motif connu. On va la comparer à une mire de référence représentant ce même motif de façon à en tirer des valeurs d'écart entre la position réelle de points de la mire imprimée et la position nominale des points correspondants sur la mire de référence. Les écarts entre points correspondants sont mémorisés. Ensuite, lors des phases d'impression successives de motifs définis par un ensemble D de données numériques, on calcule à partir des écarts mémorisés des corrections à appliquer :
  • à des tensions nominales applicables aux électrodes de charge des gouttes en fonction du rang j de la position nominale du point imprimé par la goutte, ou encore
  • au nombre de positions suivant le signal de détection de bord,
on applique les corrections déterminées aux valeurs nominales correspondantes.
Dans un mode de réalisation, on corrige d'une part, la valeur de l'écart de translation statique et, d'autre part, la valeur de l'écart de dilatation. Pour corriger la valeur de l'écart de translation statique on va ajouter à chacune des gouttes sortant des buses de l'imprimante, une charge électrique algébrique permettant de compenser cette erreur de translation. L'erreur de dilatation provient d'un écart trop grand ou trop petit de la charge distribuée entre les gouttes les plus déviées et les gouttes les moins déviées formant la trame correspondant à une salve. La trame est trop large, lorsque l'écart entre le point haut de la trame et le point bas de la trame est trop grand. Cela signifie que la goutte correspondant au point le plus haut n'est pas assez déviée alors que la goutte correspondant au point le plus bas est trop déviée. Pour corriger, il faudra donc augmenter la charge de la goutte correspondant au point le plus haut et diminuer la charge de la goutte correspondant au point le plus bas. Une péréquation appliquée aux gouttes intermédiaires de la salve permettra de corriger la charge appliquée aux gouttes intermédiaires en fonction des corrections apportées aux charges des gouttes extrêmes de la trame. Si au contraire la trame est trop étroite ce qui signifie que l'écart entre le point le plus haut et le point le plus bas d'une salve est trop étroit alors on va diminuer la charge de la goutte correspondant au point le plus haut de façon à ce que cette goutte soit moins déviée et on va augmenter la charge de la goutte correspondant au point le plus bas de façon à ce que cette goutte soit davantage déviée. Une péréquation des valeurs de correction de charges appliquées aux gouttes intermédiaires entre la dernière et la première goutte permettra comme dans le cas de la trame large d'affiner le réglage de la trame.
Il est également possible de tenir compte de l'écart réel de chaque goutte par rapport à sa position nominale pour calculer la correction de position appliquée à chaque goutte.
En résumé, l'invention est relative à un procédé de compensation de défauts mécaniques d'une imprimante à jet d'encre par réglage de la position d'arrivée sur un substrat, de gouttes d'encre électriquement chargées de façon réglable par des électrodes de charge, les gouttes provenant d'une tête d'impression, les trajectoires des gouttes étant modifiables, par des électrodes de déviation, entre N positions une première position X1, une dernière position XN et N-2 positions intermédiaires, les N positions définissant une trame sous forme d'un segment de droite sensiblement parallèle à une direction X du substrat, procédé caractérisé en ce qu'en permanence au cours du fonctionnement de l'imprimante on asservit :
  • une viscosité de l'encre en fonction de sa température pour qu'elle garde une valeur dans une tolérance prédéterminée par addition de solvant ou d'encre plus concentrée en matières colorantes,
  • une vitesse de jet par action sur une valeur de pression d'alimentation de l'encre,
  • une distance de brisure du jet en gouttes par action sur un paramètre ajustable permettant de conserver une distance de brisure prédéterminée,
  • une différence de phase entre des instants d'application d'impulsions électriques de charges des gouttes et le signal périodique appliqué au générateur de gouttes qui détermine la formation des gouttes par action sur un circuit de temporisation,
       et en ce que dans une phase préalable à des phases d'impression :
  • a) on imprime une mire,
  • b) on compare ladite mire imprimée à une mire de référence pour en déduire pour ladite tête d'impression et pour un nombre entier a de positions, a étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à N, un écart algébrique ΔXi entre une position réelle observée et une position nominale correspondante, ceci pour chacune des a positions choisies, avec i allant de 1 à a,
  • c) on détermine un écart de translation statique  comme étant l'écart entre le barycentre des a positions réelles observées et le barycentre des a positions nominales correspondantes,
  • d) on détermine pour chacune des a positions de gouttes observées, un écart de position δi entre la position réelle de chaque goutte, corrigée de l'écart de translation, et la position nominale de ladite goutte,
  • e) on mémorise la valeur  de l'écart de translation statique et les valeurs δi des écarts de position de goutte par rapport à leurs positions nominales respectives,
  • ensuite dans chaque phase d'impression d'un motif défini par un ensemble D de données numériques
  • on détermine pour chaque goutte, une valeur de correction de tension nominale conduisant à une valeur corrigée à appliquer aux moyens de charge des gouttes dirigées vers le substrat, ce calcul prenant en compte les valeurs mémorisées d'écart de translation et de position, des données extraites de l'ensemble D des données numériques définissant le motif à imprimer, et le rang j, j compris entre 1 et N de la position nominale d'impression visée.
De préférence, et comme décrit plus haut le nombre entier a de positions réelles observées est égal à 2, ces positions étant la première et la dernière position. On peut aussi si l'on veut obtenir une correction plus fine mesurer l'écart de chacune des N positions réelles de gouttes par rapport à leur position nominale. Naturellement, si l'imprimante comporte plusieurs buses réparties sur une ou plusieurs têtes, la même opération sera appliquée pour chacune des buses. Cela ne signifie pas qu'il faudra imprimer une mire par buse, une seule mire pouvant convenir pour l'exploitation des jets de chacune des buses. En particulier, si les différentes buses correspondent à des jets de différentes couleurs, on conçoit bien qu'il sera facile de constituer une mire unique permettant de régler l'ensemble des jets de toutes les buses.
Du fait que selon l'invention, on minimise le chevauchement entre gouttes consécutives il peut subsister un défaut de lignage, en particulier un défaut de lignage blanc apparaissant de façon régulière. Ce défaut est très perceptible par l'oeil lorsqu'il est régulier. De façon à diminuer la perceptibilité de cet éventuel défaut, on appliquera en superposition à la tension appliquée aux électrodes de charge des gouttes, une tension de bruit. L'amplitude moyenne de cette tension de bruit sera fonction du rang j de la goutte dans la salve. De préférence l'amplitude maximum de la tension additionnelle de bruit sera égale à une fraction inférieure à 1 de la différence entre la tension nominale à appliquer à la goutte de rang j et la tension nominale à appliquer à la goutte de rang j + 1 ou à la goutte de rang j - 1, c'est-à-dire à l'une des deux gouttes spatialement adjacentes de la goutte de rang j. De préférence l'amplitude minimum de la tension additionnelle de bruit sera égale à la valeur de l'écart de tension que l'on peut obtenir en faisant varier la valeur du bit de moindre poids d'un convertisseur analogique numérique dont la sortie alimente un amplificateur haute tension couplé aux électrodes de charge des gouttes.
De cette façon, la position des gouttes sera légèrement bruitée et le défaut régulier de lignage foncé ou blanc n'apparaítra plus ou apparaítra moins.
Les aspects de l'invention qui ont été décrits jusqu'à présent permettent de corriger les erreurs de lignage c'est-à-dire les erreurs de positions des différentes trames dans des bandes successives ou de jets adjacents et les erreurs de largeur des différentes trames.
Selon un autre aspect de l'invention qui va être maintenant abordé les erreurs de position des trames dans une direction Y perpendiculaire à la direction d'impression des trames peuvent aussi être corrigées.
La plupart des imprimantes actuelles sont équipées d'un détecteur de détection du bord gauche ou du bord droit du substrat. Le début de l'impression est déclenché en fonction d'une différence entre la valeur numérique instantanée présente sur un compteur de position de la tête par rapport au substrat et la valeur de ce même compteur au moment de la détection d'un bord du substrat et aussi en fonction des données D relatives à l'impression du substrat contenues dans la mémoire de données d'impression. La différence de nombre de positions est telle que lorsque ce nombre de position a été compté après la détection d'un bord du substrat, la tête d'impression se trouve à l'endroit programmé par les données D pour imprimer le début de la bande. Il est possible qu'un décalage dans la direction Y soit observé entre la position nominale d'une bande et sa position réelle. Selon un aspect de l'invention, ce défaut, appelé écart de décalage dynamique, peut être corrigé de la façon suivante. Une comparaison de la position de la première trame par rapport à la position nominale de cette première trame permettra de définir un écart algébrique de la première trame par rapport à sa position nominale. Une correction de décalage dynamique α sera définie comme le nombre de positions représentant cet écart. Une correction correspondante sera mémorisée et ensuite utilisée lors des impressions de trames successives pour décaler de ce nombre de positions l'impression de chaque trame de la bande, les positions étant comptées avec pour origine le bord de substrat détecté à chaque balayage. L'impression des trames est décalée, si la tête va de gauche à droite par rapport au substrat, pour modifier le nombre de positions entre la détection du bord gauche et le début de la bande. L'impression est décalée si la tête va de droite à gauche par rapport au substrat, pour modifier la valeur d'un compteur représentant la valeur de la position à laquelle est imprimée chaque trame de la bande. La position de la dernière trame est en particulier décalée du même nombre de positions que la première trame et il convient d'en tenir compte lors du retour de la tête d'impression. La correction prend ainsi en compte le fait que la bande est imprimée par un mouvement aller de la tête de gauche à droite et/ou un mouvement de retour de la tête de droite à gauche.
On peut remarquer que les corrections de lignage qui ont été appliquées jusqu'à présent selon des premiers aspects de l'invention ne sont effectives que dans la mesure où le substrat est correctement placé. Ceci n'est pas toujours le cas. L'absorption de l'encre par le substrat, des frottements et d'autres facteurs peuvent conduire à des écarts dans l'avance réelle du substrat par rapport à l'avance nominale et donc à des lignages. Selon une variante du procédé de l'invention, on va pour chaque bande, imprimer sur le substrat au moyen de l'une des têtes d'impression une marque. Cette marque peut être une simple ligne orientée selon la direction Y. Après avance du substrat mais avant impression de la bande suivante, la première marque se trouvera positionnée en regard d'un capteur d'avance de substrat. Le capteur optique permet de mesurer une distance entre la première marque imprimée et une position nominale que devrait avoir cette marque, si le substrat avançait de son avance nominale. Cette distance réelle permet de définir une avance réelle du substrat ΔXréel que l'on va pouvoir comparer à la valeur nominale ΔXnom. Un écart entre l'avance réelle et l'avance nominale sera automatiquement corrigé par une variation de la tension de charge appliquée au moyen de charge des gouttes. Cette correction sera appliquée pour toutes les têtes participant à l'écriture de la bande en cours. Comme il a été vu, les différentes corrections selon l'invention, qui viennent d'être définies, peuvent être appliquées indépendamment les unes des autres de façon isolée. En particulier si l'une des corrections n'est pas nécessaire compte tenu de la qualité constatée de l'imprimante, elle ne sera pas appliquée. Elles peuvent être appliquées aussi en combinaison les unes avec les autres selon les différents modes de combinaison qui résultent de leur nombre.
L'invention est également relative à une imprimante à jet continu dévié projetant en salve des gouttes de rang 1 à N dans la salve, les gouttes d'une salve étant dirigées ou non vers un substrat d'impression en fonction de données définissant un motif à imprimer, l'imprimante ayant au moins :
  • une tête d'impression, cette tête comportant des moyens de fractionnement en gouttes d'au moins un jet d'encre et une électrode associée de charge des gouttes, des moyens de déviation d'une partie des gouttes vers le substrat d'impression,
  • des moyens d'asservissement de la viscosité de l'encre en fonction de sa température,
  • des moyens d'asservissement de la vitesse des jets d'encre issus de la tête d'impression,
  • des moyens d'asservissement de la distance de brisure du jet en goutte,
  • des moyens d'asservissement de la phase entre des instants d'application d'impulsions de charge des gouttes et des instants d'application d'impulsions de formation des gouttes,
  • des moyens de contrôle de l'impression disposant d'un moyen de fixation de la charge des gouttes à diriger vers le substrat en fonction de leurs rangs dans la salve, couplés à l'électrode de charge des gouttes,
caractérisée en ce que les moyens de contrôle de l'impression comportent :
  • des moyens de mémorisation d'écarts entre une position nominale de points imprimés par la tête d'impression et une position réelle de ces points,
  • des moyens de correction de translation statique ,
  • des moyens de correction de dilatation, les moyens de correction recevant des données en provenance des moyens de mémorisation d'écart et étant couplés aux moyens de calcul des tensions de charge des gouttes.
Brève description des dessins
Une imprimante comprenant des moyens pour réaliser le procédé selon l'invention et d'autres détails du procédé selon l'invention seront maintenant décrits en regard des dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 déjà décrite est une représentation schématique des moyens nécessaires à la création de gouttes d'encre et à leur déviation vers un substrat ;
  • la figure 2 déjà décrite comme la figure 1 dans le cadre de la description de l'art antérieur représente l'ensemble des moyens de calcul nécessaire au fonctionnement des moyens représentés sur la figure 1 ;
  • la figure 3 est un schéma destiné à expliquer ce que sont les erreurs de translation, de dilatation et leurs corrections ;
  • la figure 4 est un schéma destiné à expliquer ce que sont les erreurs de décalage dynamique dans la direction du balayage et leurs corrections ;
  • la figure 5 est un schéma destiné à expliquer le mode de correction des écarts d'avance du substrat ;
  • les figures 6 et 7 sont des schémas illustrant les éléments matériels d'une imprimante ;
  • la figure 8 est un schéma représentant les moyens de calcul d'une imprimante fonctionnant selon le procédé de l'invention.
  • la figure 9 représente très schématiquement des asservissements d'une tête d'impression.
La figure 3 est destinée à expliquer ce que sont les écarts de translation et de dilatation. Pour cela, on a représenté dans différentes configurations sur le plan du substrat matérialisé par des axes XY, 9 différentes positions et formes d'une trame tracée par une salve de gouttes. Dans l'exemple représenté et pour simplifier l'explication, on a pris neuf gouttes, que l'on a représenté de façon exagérément espacée.
En partie A de la figure 3, la trame de neuf gouttes est représenté conformément à sa position nominale définie par un trait d'axe de symétrie MM'. Ce trait d'axe passe perpendiculairement au milieu de la trame représentée en A, donc en position nominale. En partie B, la trame a été représentée tel qu'imprimée. On voit sur cette trame que d'une part, elle est décalée ce qui se matérialise par la position de son axe milieu NN' décalée par rapport à la position de l'axe MM' et que, d'autre part, elle est dilatée, c'est-à-dire que la distance entre la goutte 1 et la goutte 9 telle que représentée en B est plus grande que la distance entre la goutte 1 et la goutte 9 telle que représentée en A.
Sur la figure 3 et dans un but de simplification, on a représenté les N gouttes 1 à 9 de la partie B comme équidistantes. Evidemment dans la réalité, il pourra en être autrement et les gouttes pourront avoir les unes par rapport aux autres des distances variables. Il s'ensuit que la position de la goutte centrale matérialisée par l'axe NN' ne sera pas toujours représentative de l'écart de translation.
Dans le cas le plus général, la meilleure appréciation que l'on pourra avoir du décalage en translation sera représentée par la distance entre le barycentre des gouttes en positions nominales telles que représentées en A et le barycentre des gouttes en positions réelles telles que représentées en B. Le calcul de la position de ces barycentres sera effectué en donnant aux gouttes un même coefficient par exemple le coefficient 1.
On pourra aussi dans un but de simplification se contenter de comparer les barycentres d'un nombre entier a de gouttes d'une part, de la trame représentée en A et d'autre part, de la trame représentée en B, ces gouttes étant dans des positions nominales correspondantes. Par exemple, si l'on prend en A les gouttes 4, 5 et 7, on prendra pour le calcul du barycentre en B les mêmes gouttes 4, 5 et 7.
L'expérience a montré qu'en règle générale, on peut se contenter de prendre les positions des premières et dernières gouttes, dans les cas de la figure 3, les gouttes 1 et 9. Le décalage en translation sera alors égal au décalage entre les points à égale distance des gouttes 1 et 9 telles que représentées en A et des gouttes 1 et 9 telles que représentées en B. La correction de translation statique a pour effet de ramener l'axe NN' de la trame tel qu'imprimée à la position MM'. Dans cette position, les axes MM' et NN' sont confondus.
Cette correction de translation statique sera obtenue par une modification de la charge appliquée à chacune des gouttes 1 à 9. Le calcul de la grandeur de cette modification de la charge appliqué aux gouttes 1 à 9 sera effectué en prenant en compte des données acquises sur des machines du même type. Ces données pourront comprendre des tables représentant le déplacement de la goutte de rang j en fonction de la correction apportée à la charge nominale de cette goutte.
Après la correction de translation statique, la trame composée des neuf gouttes est, comme représenté en C, dans une position correcte par rapport à l'axe MM' mais sa hauteur dans le cas représenté à la figure 3 en C, est trop grande par rapport à la hauteur nominale telle que représentée à la figure 3 en A. Cette trame pourrait également être trop petite. La correction de dilatation va consister à calculer la modification de charge à apporter à la charge nominale déjà corrigée de l'erreur de translation statique pour ramener ces gouttes à leur position nominale.
Dans le cas représenté figure 3, où l'on a représenté une dilatation uniforme de l'ensemble des gouttes composant la trame, on conçoit que la correction de la position de la goutte extrême 9 nécessitera une modification de charge plus grande que, par exemple, la correction de la goutte 6. Dans le cas représenté figure 3, la position de la goutte centrale 5 n'aura pas à subir de corrections de dilatation. Dans le cas le plus général, il conviendra de faire un calcul de la modification de la charge à apporter à chacune des gouttes pour la ramener de sa position déjà corrigée par application de la correction de translation statique, à sa position nominale.
Comme dans le cas de la correction d'erreur de translation statique, ce calcul de la correction d'écart de dilatation sera effectué en prenant en compte des données acquises sur les machines précédentes.
La figure 4 est destinée à expliquer ce qu'est l'erreur de décalage dynamique et sa correction. En partie A de la figure 4, on a représenté en traits pleins, la position nominale d'une bande. Cette bande est représentée sous forme d'un rectangle ayant pour hauteur, la hauteur d'une trame faite par une salve comprenant les N gouttes et sa largeur est égale à la distance entre la première et la dernière trame de la bande. Dans le sens du balayage, la position d'impression d'une trame est déterminée par le repérage de la position de la tête d'impression, par exemple, par rapport à une règle de détermination de position.
Cette règle a des graduations, par exemple, magnétiques ou optiques coopérant avec des moyens de la tête d'impression ou d'un support de cette tête pour que la position de la tête d'impression soit en permanence connue de l'unité de contrôle de l'imprimante. Connaissant la position d'un bord du substrat d'impression et de la tête par rapport à cette règle, il est donc possible de déterminer la position de la tête par rapport au substrat. La position nominale de la première trame est obtenue en comparant la position de la tête par rapport au substrat à la position prédéterminée de cette première trame par rapport au bord du substrat, en fonction des données définissant le motif. Ces données détermineront par exemple que la première trame doit se trouver à 2000 positions repérées sur la règle, du bord du substrat. Lorsqu'un compteur de position aura été incrémenté de 2000 l'impression de la première trame sera déclenchée. Supposons que l'écart ΔY, entre la position réelle de la bande en pointillés et sa position nominale, soit décalé vers la droite comme représenté en A, par exemple de vingt positions.
Selon l'invention, on va modifier l'impression de chaque trame du nombre α de positions nécessaire pour ramener les trames de leur positions réelles à leurs positions nominales. En particulier la première trame qui matérialise le début de la bande sera ramenée de sa position réelle à sa position nominale. Dans l'exemple numérique choisit plus haut, l'impression de la première trame commencera lorsque le compteur de position aura compté (2000 - 20 ) soit 1980 positions après la détection du bord gauche. Toutes les trames de la bande seront décalées de ce même nombre de positions. Au cas où l'impression se ferait également pendant le mouvement de retour de la tête d'impression, l'impression de la dernière trame doit commencer par exemple en fonction des données numériques à la position 100 000, la valeur 100 000 sera remplacée par la valeur 99 980 pour tenir compte de l'écart de décalage de vingt positions de la bande réelle. Cette correction va amener à une position de bande telle que représentée sur la figure 4, partie B. On voit que la correction de décalage dynamique appliquée à chacune des trames va ramener la position de la bande réelle à la position de la bande nominale.
Un autre aspect possible de la présente invention sera maintenant expliqué en référence à la figure 5.
Ce complément de l'invention est relatif à un écart de position d'une bande dû à un écart dans l'avance du substrat. Cette correction concerne les imprimantes dans lesquelles le substrat est avancé pas à pas après l'impression de chaque bande. Selon cet aspect de l'invention, on va imprimer lors de l'impression d'une bande courante une première marque représentée en A sur la figure 5. Cette marque pourra être constituée d'un simple trait imprimé au moyen d'une ou plusieurs gouttes de rang consécutif.
Après avance du substrat mais avant l'impression de la bande suivante, cette marque va se présenter en position B sur la figure 5. Afin de matérialiser l'erreur d'écart εx d'avance du substrat, on a représenté également la position en C d'une marque fictive représentant la position nominale qu'aurait dû avoir la marque présente en B en l'absence d'écart entre la position nominale et la position réelle. La marque C n'est pas présente sur le substrat de façon réelle. L'écart entre la marque fictive C et la marque B permet de déterminer l'écart εx entre la position nominale marquée en C et la position réelle marquée en B. Cet écart dans l'avance du substrat sera compensé selon cet aspect de l'invention par une modification de la charge des gouttes imprimées au cours de cette bande.
La détection de l'écart εx entre la marque B et la position nominale C de la bande qui va être imprimée sera effectuée au moyen d'un capteur 12, par exemple un capteur CCD permettant de mesurer cette distance, par exemple en comptant l'écart de numéro entre un élément capteur 12a qui reçoit la marque lorsqu'elle est en position nominale et un élément capteur 12b qui la reçoit réellement. Ce capteur sera placé de préférence face au substrat et disposé de telle sorte que son champ de mesure permette de détecter la marque avec des tolérances assez larges. Ce capteur sera de préférence capteur d'une longueur d'onde lumineuse déterminée et sera complété par un émetteur en direction du substrat de cette longueur d'onde déterminée.
Les figures 6 et 7 sont des schémas de principe d'imprimantes de motifs colorés, par jet d'encre faisant apparaítre quelques particularités nécessaires à l'incorporation de l'invention.
Le système représenté sur les figures 6 et 7 correspond à une architecture pour impression de formats larges choisis uniquement à titre d'exemples non limitatifs. L'impression est réalisée par balayages successifs dans la direction Y. Le système met en oeuvre de façon connue un substrat 27 à partir d'une bobine 28 dont le déroulement est assuré en amont d'une unité d'impression 29 par une paire 36 de cylindres 37, 38 d'entraínement en contact.
Un premier cylindre 37 est motorisé, un deuxième cylindre 38 assure une contre pression au point de contact. Les deux cylindres 37, 38 pincent le substrat et l'entraínent sans glissement. L'avance du substrat 27 est contrôlée par un codeur, non représenté car en lui-même connu, de positions angulaires montées sur l'axe d'un des cylindres. Après chaque avance intermittente du substrat, la zone à imprimer de celui-ci est maintenue à plat sur une table d'impression 30, située sous le chemin de balayage de l'unité d'impression 29. Ce maintien à plat est assuré grâce à un deuxième système d'entraínement 39 situé en aval de l'unité d'impression.
Ce deuxième système d'entraínement 39 maintient une tension constante du substrat 27. Une mise en dépression intermittente de la table d'impression est parfois réalisée pour améliorer la planéité du substrat 27 dans la zone d'impression.
L'unité d'impression 29 par jet d'encre est composée de plusieurs têtes d'impression 25 comme celles représentées par exemple figure 1, chaque tête étant alimentée par une des encres de couleurs primaires, à partir de réservoirs 11 grâce à un ombilic ou canal de distribution 13.
Les différentes têtes d'impression 25 impriment simultanément le substrat alors qu'il est immobile. L'impression d'une bande est assurée par un balayage dans la direction Y de l'unité d'impression. Le mouvement de balayage de l'unité d'impression par rapport au substrat est assuré par une courroie 40 solidaire de l'unité d'impression et entraínée par une poulie motorisée 41. Le guidage de l'unité d'impression est assuré de façon connue par un axe mécanique non représenté.
Chaque tête d'impression imprime une bande de largeur constante L. Les têtes d'impression peuvent être décalées dans la direction X d'avance du substrat en sorte qu'une tête n'imprime pas nécessairement la même bande au même moment qu'une autre tête d'impression correspondant à une couleur d'encre différente. Après chaque balayage, le substrat est avancé d'un incrément spatial δX au plus égal à la largeur de bande L mais qui est plus généralement un sous-multiple de L pour une impression en plusieurs passes.
L'écart des têtes d'impression selon la direction Y et éventuellement selon la direction X permet d'une part, un temps de séchage suffisant entre le dépôt des différentes couleurs d'encre et permet d'autre part, d'assurer un ordre de superposition identique des couleurs mêmes lorsque l'impression est réalisée lors de l'aller et du retour de la tête d'impression.
La synchronisation entre le jet des gouttes d'encre et la position de balayage des têtes d'impression 25 par rapport au substrat 27 est obtenue grâce à un détecteur optique non représenté de bord de laize. Le détecteur de bord de laize est monté sur la tête d'impression ou sur un support de cette tête pour détecter chacun des deux bords. Ce détecteur émet un signal de détection de chaque bord de laize. Le signal de détection d'un bord de laize de référence, par exemple le bord gauche, est ensuite utilisé pour déclencher un compteur de position permettant de synchroniser la position de chaque tête d'impression avec les données d'impression pour cette position, contenues dans la mémoire d'impression. Le codeur de position peut être de façon connue une règle optique ou magnétique montée sur l'axe mécanique de guidage du balayage.
Par rapport au système d'impression connu tel que représenté sur les figures 6 et 7, l'invention peut présenter la particularité d'être équipée d'un ou plusieurs détecteurs 12 (figure 8) de détection de l'avance réelle du substrat. Il y a un détecteur gauche d'avance du substrat si l'impression est effectuée de gauche à droite et un second détecteur droit d'avance du substrat si l'impression est également effectuée de droite à gauche. Egalement et de façon connue, un seul détecteur d'avance du substrat peut être monté sur la tête d'impression ou sur un support de cette tête pour détecter l'avance du substrat lorsque l'impression est effectuée de gauche à droite ou de droite à gauche.
Une autre différence importante d'une imprimante selon l'invention par rapport à une imprimante connue provient des moyens de commande de la tension de l'électrode de charge des gouttes. Un dispositif selon l'art antérieur a été décrit précédemment en relation avec la figure 2.
La figure 8 représente des moyens de commande 31 selon l'invention. Dans ces moyens de commande 31, les éléments ayant même fonction que ceux représentés sur la figure 2 portent le même numéro de référence. Par rapport aux moyens de commande 26 représentés sur la figure 2, le dispositif selon l'invention peut comporter l'un ou plusieurs des moyens ci-après.
Le dispositif selon l'invention peut comporter le détecteur 12 d'écart entre l'avance réelle du substrat et son avance nominale, un calculateur 34 d'écart de position du substrat et un correcteur 35 de translation dynamique pour corriger la charge des gouttes de façon à compenser l'écart constaté par le calculateur 34. Les éléments, détecteurs 12, calculateur 34 d'écart de position et correcteur 35 de translation dynamique sont connectés en série les uns aux autres et les corrections de translation dynamique ϕ calculée par le correcteur 35 sont appliquées au calculateur 3' des tensions de charge des gouttes.
Les moyens de commande de la position et de la déviation des jets peuvent également comprendre un détecteur 14 d'écart de la position réelle de points imprimés par un jet par rapport à la position nominale de points imprimés par ledit jet. Les écarts sur la position des points imprimés par le jet sont introduits d'une part dans un correcteur 17 de translation statique, dans un correcteur 18 de dilatation et enfin dans un correcteur 19 de décalage dynamique.
Enfin, les moyens de commande de la charge des gouttes d'encre peuvent comporter un générateur 32 de bruit aléatoire dont la sortie est appliquée au calculateur 3' des tensions de charge des gouttes de façon à modifier de façon aléatoire la charge de chaque goutte. Le fonctionnement est le suivant.
Le détecteur 12 détecte l'écart entre une marque relative à la bande courante qui va être imprimée et la position nominale de cette bande. Cet écart est introduit dans le calculateur 34 de calcul d'écart. Ce calculateur calcule en fonction du signal transmis par le capteur 12, la valeur εx d'écart d'avance du substrat 27. Cet écart est introduit dans le correcteur 35 de translation dynamique qui va calculer des corrections à appliquer au calculateur 3' des tensions de charge des gouttes pour corriger cette translation dynamique ϕ.
Le calculateur 14 d'écart sur la position des points imprimés par chaque jet compare la position des points imprimés sur une mire par rapport à la position des points correspondants sur une mire de référence. Ce calcul des écarts peut être effectué de façon automatique par exemple en scannant la mire imprimée et à l'aide de la mire de référence mémorisée. A l'aide des écarts calculés, le correcteur de translation statique 17 va calculer de l'une des façons indiquées plus haut le déplacement du barycentre des a points pour lesquels l'écart de position a été mesuré. De même le correcteur de dilatation 18 va calculer l'écart entre un point imprimé et le point nominal correspondant.
En fonction de cet écart, une valeur de correction de la charge appliquée à chacune des gouttes d'encre sera calculée. Les corrections j calculées par le calculateur 17 de correction de translation statique et δij par le correcteur 18 de dilatation sont appliquées toutes les deux au calculateur 3' des tensions de charge des gouttes. Le calculateur 3' de la tension de charge des gouttes va calculer la somme algébrique des tensions à appliquer à l'électrode de charge des gouttes en fonction d'une part de la tension nominale résultant du descriptif de la trame provenant de la mémoire 2, et d'autre part, de la correction j de translation statique provenant du correcteur 17 de translation statique, de la correction δij de dilatation en provenance du correcteur 18 de correction de dilatation, de la correction de translation dynamique ϕ calculée par le calculateur 35 et enfin, en fonction de la valeur sortie par le générateur de bruit aléatoire 32. La correction α de décalage dynamique calculée par le correcteur de décalage dynamique 19 sera elle appliquée au séquenceur 4 de charge des gouttes. De cette façon, la charge des gouttes telle que prévue par le calculateur des tensions de charge des gouttes 3' sera appliquée en coïncidence avec un numéro de position du compteur de position plus petit ou plus grand que le numéro nominal en fonction de la valeur algébrique α du décalage dynamique, les positions étant comptées à partir du bord de substrat.
La figure 9 est destinée à représenter très succinctement une tête d'impression 25 et les différents asservissements qui lui sont associés. Chacun des asservissements qui seront commentés succinctement ci-après est en lui-même connu. Cependant les inventeurs ne connaissent pas d'imprimantes qui présentent simultanément l'ensemble de ces asservissements sur une même imprimante. Les inventeurs pensent que cette absence est due à une mauvaise appréciation de l'interférence des différents paramètres à contrôler pour arriver à une bonne qualité d'impression comme décrit plus haut. L'imprimante selon l'invention présente un asservissement de la viscosité 61 en fonction de la température, représenté comme les autres asservissements par une boucle de retour en sortie de la tête 25 ramenant à l'entrée une valeur d'erreur. La correction de viscosité éventuellement nécessaire est réalisée par addition de solvant ou par addition d'encre plus concentrée en matière colorante de façon à conserver un taux de matière colorante constant. Un asservissement de vitesse de jet 62 est obtenu par action sur une valeur de pression d'alimentation de l'encre. La distance de brisure du jet est maintenue par un asservissement 63 qui agit sur un paramètre ajustable permettant de conserver une distance de brisure prédéterminée. Il pourra s'agir par exemple de la tension d'alimentation d'un cristal piézoélectrique provoquant des vibrations dans l'encre. Enfin, l'imprimante selon l'invention est équipée d'un circuit 64 d'asservissement de la phase entre les instants d'application d'impulsions électriques de charge des gouttes et des instants d'application d'impulsions de formation des gouttes. Cette phase pourra être réglée par action sur un circuit de temporisation.
Ainsi, dans une imprimante selon l'invention, la viscosité étant maintenue constante pour une température de référence, l'action sur la pression pour modifier la vitesse conduit à des résultats réellement connus en sorte que cette vitesse peut être maintenue constante à une valeur prédéterminée. Ainsi, la taille des impacts de gouttes est bien constante. La concentration en colorant étant également maintenue constante, la couleur de chaque goutte est bien une constante. Enfin, la distance de brisure des jets et la phase étant contrôlées, on est sûr que chacune des gouttes reçoit une charge électrique qui est fonction d'une tension d'alimentation des électrodes 20 de charge. Dans une imprimante où l'on contrôle comme décrit ci-dessus tous les paramètres d'impression les erreurs de positionnement des gouttes d'encre par rapport à leur position nominale ne proviennent plus que des tolérances mécaniques sur le positionnement des têtes d'impression et éventuellement sur le diamètre de buses d'éjection de l'encre. C'est la raison pour laquelle sur une telle imprimante on peut corriger le positionnement par action sur l'électronique de contrôle de l'imprimante comme il a été décrit ci-dessus.
Pour avoir une bonne reproduction de la qualité d'impression, il convient que la vitesse d'éjection de l'encre soit maintenue dans des limites autour d'une valeur de consigne. L'obtention de cette valeur de consigne pourra correspondre à une pression d'alimentation de l'encre qui est variable en fonction de la tête d'impression, ceci en raison des tolérances sur les buses de sortie de l'encre ou de l'environnement de la machine d'impression. C'est pourquoi une tête d'impression d'une imprimante selon l'invention comportera de préférence une mémoire dans laquelle sera stockée la valeur de la consigne de vitesse pour chaque jet, correspondant à une pression d'alimentation standard pour obtenir la vitesse de consigne. Cette mémoire a été représentée symboliquement en 65 sur la figure 9. Le programme d'asservissement de la vitesse prévoira donc une lecture de cette vitesse de jet de consigne dans la mémoire de la tête d'impression. De la sorte, lors du fonctionnement de l'imprimante, la pression étant régulée dans un intervalle de valeur proche de la pression standard, les défauts de vitesse de jet significatifs, c'est à dire hors tolérance mécanique des buses et propre à un seul jet pourront être détectés.
De la même manière, les valeurs de consigne du signal de commande du transducteur piézo-électrique sont prédéterminées en fabrication et stockés dans la mémoire. Les défauts de fonctionnement propres à un seul transducteur pourront être détectés.
Egalement, lors du remplacement d'une tête d'impression par une autre tête d'impression, tous les paramètres nominaux de fonctionnement étant stockés en mémoire, le programme n'aura généralement pas besoin d'être changé.

Claims (9)

  1. Procédé de compensation de défauts mécaniques d'une imprimante par réglage de la position d'arrivée sur un substrat (27), de gouttes d'encre électriquement chargées de façon réglable par des électrodes (20) de charge, les gouttes provenant d'une tête d'impression, les trajectoires des gouttes étant modifiables, par des électrodes de déviation (23,24), entre N positions une première position X1, une dernière position XN et N-2 positions intermédiaires, les N positions définissant une trame sous forme d'un segment de droite parallèle à une direction X du substrat, procédé caractérisé en ce qu'en permanence au cours du fonctionnement de l'imprimante on asservit :
    une viscosité de l'encre pour qu'elle garde une valeur prédéterminée en fonction de la température par addition de solvant ou d'encre plus concentrée en matières colorantes,
    une vitesse de jet par action sur une valeur de pression d'alimentation de l'encre,
    une distance de brisure du jet en gouttes par action sur un paramètre ajustable permettant de conserver une distance de brisure prédéterminée,
    une différence de phase entre des instants d'application d'impulsions électriques de charges des gouttes et des instants d'application d'impulsions de formation des gouttes par action sur un circuit de temporisation,
    et en ce que dans une phase préalable à des phases d'impression :
    a) on imprime une mire,
    b) on compare ladite mire imprimée à une mire de référence pour en déduire pour ladite tête d'impression et pour un nombre entier a de positions, a étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à N, un écart algébrique ΔXi entre une position réelle observée et une position nominale correspondante, ceci pour chacune des a positions choisies, avec i allant de 1 à a,
    c) on détermine un écart de translation statique  comme étant l'écart entre le barycentre des a positions réelles observées et le barycentre des a positions nominales correspondantes,
    d) on détermine pour chacune des a positions de gouttes observées, un écart de position δi entre la position réelle de chaque goutte, corrigée de l'écart de translation, et la position nominale de ladite goutte,
    e) on mémorise la valeur  de l'écart de translation statique et les valeurs δi des écarts de position de goutte par rapport à leurs positions nominales respectives,
    ensuite dans chaque phase d'impression d'un motif défini par un ensemble D de données numériques
    on détermine pour chaque goutte, une valeur de correction de tension nominale conduisant à une valeur corrigée à appliquer aux moyens de charge des gouttes dirigées vers le substrat, ce calcul prenant en compte les valeurs mémorisées d'écart de translation statique et de position, des données extraites de l'ensemble D des données numériques définissant le motif à imprimer, et le rang j, j compris entre 1 et N de la position nominale d'impression visée.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le nombre entier a de positions réelles observées est égal à deux, ces positions étant la première et la dernière position.
  3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le nombre entier a est égal à N.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 applicable à une imprimante dotée de moyens de détection de la position de la tête d'impression dans une direction de mouvement de cette tête par rapport au substrat et de moyens de détection de bord du substrat caractérisé en ce que, en outre, au cours de la phase préalable à des phases d'impression, on mesure un décalage dynamique ΔY entre la position nominale d'une bande imprimée et sa position réelle, on mémorise ce décalage, et en ce qu'au cours des phases d'impression, on décale les positions d'impression de la tête d'impression pour compenser le décalage dynamique mesuré.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 applicable à une imprimante dans laquelle le substrat est avancé pas à pas et imprimé par bande, caractérisé en ce que :
    on imprime une bande courante et une première marque sur le substrat,
    on avance le substrat pour l'impression de la bande suivante,
    on détermine un écart algébrique entre une position théorique nominale de la marque et la position réelle,
    on détermine pour chaque goutte d'une salve, une correction d'avance substrat comme étant une tension de correction de translation dynamique ϕ de la valeur de la tension de charge à appliquer à chacune des gouttes issues de la tête (25) pour corriger la déviation des gouttes et compenser l'écart algébrique de la position du substrat par rapport à sa position nominale,
    on applique à chacune des gouttes de la salve dirigées vers le substrat, la tension de correction de translation dynamique ϕ de position substrat calculée.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on superpose à une valeur nominale de tension à appliquer au moyen de charge de chaque goutte à diriger vers le substrat une tension algébrique aléatoire additionnelle dont l'amplitude maximum est une fraction inférieure à 1 de la différence entre la tension nominale à appliquer aux électrodes de charge pour ladite goutte et la tension nominale à appliquer aux électrodes (20) de charge pour l'une des deux gouttes immédiatement adjacentes de la trame.
  7. Imprimante à jet continu dévié projetant en salve des gouttes de rang 1 à N dans la salve, les gouttes d'une salve étant dirigées ou non vers un substrat (27) d'impression en fonction de données définissant un motif à imprimer, l'imprimante ayant au moins :
    une tête (25) d'impression, cette tête comportant des moyens de fractionnement en gouttes d'au moins un jet d'encre et une électrode (20) associée de charge des gouttes, des moyens de déviation (23,24) d'une partie des gouttes vers le substrat d'impression,
    des moyens (61) d'asservissement de la viscosité de l'encre,
    des moyens (62) d'asservissement de la vitesse des jets d'encre issus de la tête d'impression,
    des moyens (63) d'asservissement de la distance de brisure du jet en goutte,
    des moyens (64) d'asservissement de la phase entre des instants d'application d'impulsions de charge des gouttes et des instants d'application d'impulsions de formation des gouttes,
    des moyens de contrôle de l'impression disposant d'un moyen de fixation de la charge des gouttes à diriger vers le substrat en fonction de leurs rangs dans la salve, couplés à l'électrode de charge des gouttes,
       caractérisée en ce que les moyens (31) de contrôle de l'impression comportent :
    des moyens (14) de mémorisation d'écarts entre une position nominale de points imprimés par la tête d'impression et une position réelle de ces points,
    des moyens (17) de correction de translation statique ,
    des moyens (18) de correction de dilatation dynamique, les moyens de correction (17,18) recevant des données en provenance des moyens (14) de mémorisation d'écart et étant couplés aux moyens (3') de calcul des tensions de charge des gouttes.
  8. Imprimante selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (31) de contrôle de l'impression comportent de plus des moyens (19) de correction de décalage dynamique, ces moyens recevant des données en provenance des moyens (14) de mémorisation d'écarts et étant couplés aux moyens (3') de calcul de charge des gouttes.
  9. Imprimante selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la tête d'impression (25) comporte une mémoire (65).
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