WO1989008283A1 - Electrophotographic printing device with regulated electrophotographic process - Google Patents
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- G03G15/1635—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer using the force produced by an electrostatic transfer field formed between the second base and the electrographic recording member, e.g. transfer through an air gap the field being produced by laying down an electrostatic charge behind the base or the recording member, e.g. by a corona device
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Definitions
- Electrophotographic printing device with controlled electrophotographic process
- the invention relates to an electrophotographic printing device according to the features of patent claim 1.
- Electrophotographic printing devices are generally used in connection with EDP systems and the possibility of influencing the print quality is low or the operator expects the printer to deliver an optimal printing result under all conditions. This results in different demands on the quality of the electrophotographic process between printers and copiers.
- the quality of the consumables, such as toner and developer, and the manufacturing quality of the photoconductor are also of significant influence on the print quality.
- the printer manufacturer has less influence on the quality of these materials when operating the printing device.
- a standard template is imaged on the photoconductor and the developer station is regulated depending on the values of the standard template. This means that mean norm values of the electrophotographic process are ensured via the norm template and, based on these norm values, different templates are copied with respect to these norm values.
- the aim of the invention is to provide an electrophotographic printing device which, regardless of quality fluctuations in the consumables and independent of changing operating conditions, delivers optimum printing quality.
- Another object of the invention is to design an electrophotographic printing device in such a way that the tolerances in the electrophotographic process can be significantly reduced in order to achieve maximum print quality. The entire process should run automatically if possible.
- the process-controlled, multi-stage control arrangement for optimizing the electrophotographic process as a function of the process results and the process flow of the individual process steps results in a guaranteed constant print quality even when the process itself changes.
- the electrophotography is made via closed internal control loops ⁇ fish process itself stabilized and then the operating parameters of the printing device, including the process parameters, are regulated for optimum print quality.
- FIG. 1 shows a schematic sectional view of an electrophotographic printing device for single sheets with duplex and simplex printing
- FIG. 2 shows a schematic block diagram of a control arrangement for the printing device
- FIG. 3 shows a schematic block diagram of the main processor used in the control arrangement of FIG.
- FIG. 5 shows a schematic representation of the structure of the control arrangement for program-guided electrophotography
- FIG. 8 shows a schematic illustration of the test marks and test patterns generated on the photoconductor.
- a single sheet page printer shown schematically in FIG. 1 and working on the principle of electrophotography contains three paper storage containers VI, V2 and V3 with different capacities for holding single sheets.
- the paper supply containers VI, V2 and V3 are constructed in the usual way and are located above paper feed channels 11 with a pressure channel DK Druckeinrichtu ⁇ g in connection.
- the pressure channel DK contains the actual printing station DS with a photoconductor drum 12 which is driven by a motor and around which the individual units of the electrophotographic printing station are arranged.
- An aggregate is a character generator 13 with a character-dependent controllable LED comb with individual controllable lighting elements, not shown here, which can be constructed, for example, in accordance with US Pat. No.
- a charging sensor SL is connected to the exposure station 13, which measures the surface potential on the photoconductor drum and emits a signal as a function thereof.
- the charge image generated on the photoconductor with the character generator 13 depending on the character is colored with the aid of a developer station 14.
- the developer station 14 contains a toner reservoir TV for receiving toner and a metering device D in the form of a metering roller. Depending on the toner consumption, the metering roller D supplies the actual developer station with toner.
- the toner is mixed with the aid of two mixing screws MS and the developer mixture of ferromagnetic carrier particles and toner particles is then fed to a developer roller E.
- the developer roller E acts as a so-called magnetic brush roller and consists of a hollow roller with a magnetic strip arranged therein.
- the developer roller transports the developer mixture of ferromagnetic carrier particles and toner particles to the development gap ES between the photoconductor drum 12 and developer roller E. Excess developer is transported back to the developer station 14 via the developer roller E.
- a toner mark scanner TA in the form of a reflection scanner is arranged immediately downstream of the developer station 14.
- This scanning device TA is described later and is used when scanning a test routine or to scan and color-colored test marks generated and colored automatically and regularly on the photoconductor and to evaluate these test patterns, for example with regard to coloring density and color saturation.
- the inked charge image is then transferred to a recording medium, in this case to single sheets, in a transfer printing station 15.
- the transfer printing station 15 has a transfer printing corona device UK.
- the U pressure corona device UK loosens the colored charge image on the photo conductor drum 12 so that it can be transferred to the recording medium (single sheet).
- the single sheet is then transported via a suction table S to a fixing station F with electrically heated fixing rollers FX, which are driven by an electric motor, and the toner image on the recording medium is thermally fixed.
- a cleaning station 16 follows in the direction of rotation of the photoconductor drum 12.
- the cleaning device 16 is constructed in a conventional manner and contains e.g. a stripping element RE, which removes the excess toner or the carrier particles from the photoconductor drum 12. This cleaning process is supported by a corona device KR.
- This illuminating device contains a light source which is homogeneous over its entire spatial length and whose intensity can be controlled in a targeted manner.
- the surface of the photoconductor drum discharged by the discharge exposure is uniformly recharged in a charging device 18 with a charging corotron arranged therein.
- the printing channel DK contains paper transport elements in the form of a belt-shaped suction table S and paper transport rollers P.
- the return channel RF has a turning device W1, in which, in the so-called duplex mode, the front and back of the single sheets are described, the single sheets before being fed again
- Pressure channel DK can be turned.
- the paper channel DK is followed by a paper transport channel system PK which feeds the single sheets, not shown here, in the Simplex or duplex process.
- paper scanning sensors LS shown as black triangles
- light barriers For reasons of clarity, only a few light barriers are shown here.
- the page printer shown schematically in FIG. 1 is controlled with the aid of a control arrangement as shown in FIGS. 2 and 3.
- the controller for the page printer is basically divided into a controller part C and the actual device control G.
- the controller C is principally in accordance with the US PS
- the device control G in turn serves for the coordinated execution of all printer functions. It has a modular structure and consists of a main processor HP and various submodules SUB1 to SUB5, which ensure independent monitoring of the assigned printer units. Communication between the individual control parts takes place via a hardware / software interface that is uniform for all parts (network-like coupling, serial bus). Each submodule SUB1 to SUB5 is equipped with a equipped processor and can operate the associated unit of the printing device independently and is test-capable itself.
- This self-test capability means that independent test routines are carried out both when the device is switched on and when the main processor HP requests it. All control flat modules of the printer in the device control are registered with regard to their status in a non-volatile memory. The controller can access these values. In addition, the contents of the non-volatile memory can be printed out if necessary. There are also interfaces for additional devices.
- FIGS. 2 and 3 show the basic structure of the device control in the form of a block diagram. 3 shows a block diagram of the structure of the main processor HP.
- All submodules SUB1 to SUB5 and the main processor HP are connected to one another with a serial interface INT1, which is controlled via line drivers.
- the serial interface INT1 is controlled under the control of the main processor HP via a BIT bus.
- the interface protocol corresponds to the usual HDLC / SDLC description (fast data transmission).
- the units are controlled by the associated submodules SUB1 to SUB5 directly via power amplifiers (not shown here).
- the main processor HP checks the function of the individual submodules SUB1 to SUB5 at regular intervals.
- a monitoring circuit (hardware / watchdog) checks the process in the main processor.
- the sequence control is synchronized with the peripheral speed of the photoconductor drum 12 via the output signals of a rotary pulse generator DI.
- the output of this rotary pulse generator DI (FIG. 1) is connected to all submodules SUB1 to SUB5 and supplies a synchronizing signal F at cyclical intervals.
- the main processor has the following structure:
- a central processing unit CPU is connected to three memories SP1 to SP3 and an input / output unit EA.
- the memory SP1 is a read-write memory, in which
- Memory SP2 by an electrically programmable read-only memory and by memory SP3 by a non-volatile data memory.
- the input / output unit EA detects, among other things, the synchronization pulse F.
- non-volatile memory SP3 In the non-volatile memory SP3, consumable metabolism, printed / fixed page, maintenance intervals, error statistics and deviations from guide values etc. entered by the operator are stored.
- the connection to controller C is made via a common interface INT2.
- the main processor HP has the task of coordinating, checking for plausibility and forwarding all messages, commands and measurement data from the outdoor stations SUB1 to SUB4. Furthermore, he establishes the connection to controller C via the
- Interface INT2 and the system bus BUS2. In the process, bidirectional commands and messages are transferred.
- the correct program sequence in the device control is continuously monitored via the monitoring circuit U (watchdog circuit).
- each submodule has its own processor with an input buffer, which transmits the data supplied via input I to the processor, and power levels which drive the associated units via output 0.
- the submodules can be tested themselves, ie test routines are carried out independently when the device is switched on or when the main processor HP requests it.
- the submodule SUB1 monitors all sensors LS of the storage containers VI to V3, the feed channels 11 and the pressure channel DK and in particular the pressure start signal of the sensor LS SYN.
- the submodule SUB1 controls all units in this area. It detects and reports paper run errors.
- the submodule SUB2 detects all sensors LS in the paper output area, i.e. in the area of the dispensing container and in the dispensing channel AK. Paper run errors are detected and reported to the main processor HP.
- the submodule SUB3 monitors the sensors LS in the paper channel system and in the return channel RF. It controls the paper flow in these channels and detects paper flow errors.
- the SUB4 submodule controls a control panel AZ on the printer.
- the control panel AZ contains a keyboard and a display device, the display showing the paper path in the printer or, in the event of a paper transport malfunction, the fault location.
- the submodule SUB4 in connection with the control panels AZ represents the interface between the operator or maintenance technician and the printing device. All inputs by the operator and all information from the device are made via the control panel. This essentially consists of a display for displaying the information and a keyboard for entering various commands and parameters. In addition, it has some special controls and indicators.
- the submodule SUB5 detects the sensors of the printing station DS and the fixing station FX. These sensors are, for example, the charge sensor SL for detecting the surface potential of the photoconductor 12, transport monitoring sensors in the developer station 14, temperature sensors and microswitches in the fixing station FX, the toner mark sensor TA between the developer station 14 and transfer printing station UK.
- the submodule SUB5 controls the aggregates, the fi xier lamps, motors, fans, charging corotrons etc. The errors that occur are communicated to the main processor HP.
- the submodule SUB5 in connection with the main processor HP also contains the process-controlled control arrangement according to the invention for detecting and regulating the essential operating parameters of the electrophotographic process.
- This control arrangement is a process-controlled control arrangement which is constructed in several stages and in principle consists of three blocks (control stages) CC1, CC2, CC3.
- the entire electrophotographic process is first divided into a sequence of process steps which take place or interlock, namely the photoconductor process, the development process and the transfer printing process.
- An attempt is now being made to regulate the individual process steps independently via individual control blocks, specifically on the basis of the result of the individual process step and the course of process 0 in the process step.
- the aim is to stabilize the individual process steps with regard to their operating parameters in order to build up the next process step on the continuous stabilized process step.
- the electrophotographic parameters are understood to mean in particular the variables influencing the charge balance on the photoconductor.
- the first regulating stage contains a control circuit shown in FIG. 4 for regulating the charging potential on the photoconductor.
- Influencing variables are, in particular, drum specimen scatter, temperature and air humidity, photoconductor fatigue, state of aging of the toner, influence of the cleaning station, device adjustment and corotron state in the charging station 18.
- Regulate the charging potential of the photoconductor For this purpose there is a charge sensor SL directly in front of the developer station, for example in the form of an electro-voltmeter, with which the charging potential of the photoconductor drum can be continuously detected.
- the output signal of this measuring probe is interrogated at defined intervals using a conventional interrogation arrangement AF.
- the interrogation arrangement AF compares the obtained measured values with stored reference measured values and corrects the charging current at the charging decorron 18. After a time delay of approximately 1 second, the output correction value is again detected by the measured value detection device AF in accordance with the speed of the photoconductor drum 12 .
- This cyclical detection enables an almost instantaneous correction of the charging current of the charging corotron 18.
- the regulation of the charging potential is of very great importance for the print quality. Fluctuations in the charging potential have a direct impact on the print quality.
- the constant automatic detection and correction of the charging potential enables safe operation within the permissible bandwidth. With the invention According to the control arrangement, it is possible to reduce the tolerance of the charging potential that occurs by a factor of 5, for example from absolutely 400 V to approximately 80 V.
- the remaining 80 V potential tolerances are mainly due to the non-adjustable charge fluctuations on the circumference of the photoconductor drum.
- An achievable reduction in tolerance from 400 V to 80 V already leads to considerable quality stabilization and assurance. For example, it is possible to increase the pretension at the developer station for better coloring of large areas and at the same time to ensure sufficient security against background coloring.
- the light output of the discharge lamps 17 is controlled in the exposure station.
- the light output of the discharge lamps strongly depends on the lamp age, the specimen scatter and the temperature. In order to become independent of these tolerances, the light output is e.g. detected by a photo sensor PS arranged in the light channel of the discharge lamp 17 and corrected by raising or lowering the lamp current.
- a light source that is homogeneous over its entire length is used, the intensity of which can be controlled in a targeted manner.
- the contrast or residual potential of the photoconductor drum 12 has a further significant influence on the print quality when it is discharged from, for example, a regulated charging potential with a defined exposure.
- a regulated charging potential there are very clear deviations in the residual potential or the ability to discharge over the photoconductor spectra spectrum. These tolerances correspond in part to deviations such as those which can arise with uncontrolled charging.
- the overall tolerance of the residual or contrast potential also depends on fluctuations in the power of the writing light and, under certain circumstances, also on the influences of the toner (developer mixture). This ensures a constant quality of the print result, in particular of full areas or not always guaranteed when printing bar codes.
- the residual potential can, however, be detected with the aid of a monitoring device.
- This monitoring device uses two sensors, namely the charging sensor SL, which is also used to measure the charging potential, and the toner mark sensor TA.
- the charging sensor SL and the toner mark sensor TA are located in the area of the photoconductor 12 on a single movement track. In this way, a test mark, preferably generated outside the actual writing area on the photoconductor, first reaches the area of the charge sensor SL and then the area of the toner mark sensor TA.
- the charging sensor SL has several functions: first, it is used in the manner described for measuring the charging potential, wherein it detects the unexposed areas after charging.
- an elongated full-area mark 31 is produced outside the writing area 29 by exposure at the edge of the photoconductor drum. All the LEDs of the character generator necessary for generating the full-area mark are activated with a predetermined light output, this light output being dependent on the type and temperature of the photoconductor. If the full-area mark 31 is generated by exposure but has not yet been colored, the charging sensor SL measures in the loading the residual potential of the full surface.
- Full area mark is necessary, among other things, because the charge sensor SL has a certain inherent inertia and, as a result of the rotational speed of the photoconductor drum, a reliable measurement is only possible after a certain time and thus after a certain pass through the full area mark.
- the optical scanner TA in the form of a reflection light barrier is located in the same movement track of the photoconductor 12, downstream of the developer station.
- the reflection light barrier is constructed in the usual way and consists of a light source and a photo transistor as a receiver.
- the output signal of the phototransistor depends on the degree of reflection of the toner mark applied to the photoconductor and now colored by the developer station and thus on the color saturation, i.e. the optical density of the applied mark and colored by the developer station (pattern).
- the wavelength of the reflection light barrier is selected so that the scanning light has no influence on the function of the photoconductor drum. This is necessary because the light barrier is constantly activated and thus also scans areas that have not been exposed.
- test routines for generating the described full-area markers are called up from time to time via test programs stored in the control arrangement. Then the residual potential is determined in the exposed and non-inked full-area mark via the charge sensor SL and this signal is compared with a limit value stored in the memory device and, depending on this comparison process, a warning signal is then triggered on the display device AZ if the residual potential is exceeded.
- the maintenance personnel can now stabilize the residual potential, for example, by changing the pretension at the developer station (BIAS voltage) or by other measures. However, this regulation can also be carried out automatically by the control arrangement. However, it is also possible to influence the residual potential by changing the light intensity of the character generator 13 and thus to regulate the residual potential. For this purpose, the intensity of the writing light of the character generator 13 is changed depending on the comparison process. This is done by changing the drive current or the drive voltage of the LED,
- a character generator with a laser beam is used instead of a character generator with activatable individual points (LED comb), it is necessary to change the intensity of the laser beam, this can e.g. also take place via filters or other measures.
- the development device for securing and optimizing the development of the charge pattern is regulated with a second control stage CC2.
- a toner mark 30 is constantly generated on the photoconductor 12 outside the actual writing area in short time intervals using the character generator 13, specifically with a defined exposure intensity and this toner mark 30 via the Colored developer station.
- the colored toner mark 30 is then scanned on the photoconductor 12 with the aid of the optical scanning device TA and, depending on the degree of inking of this mark, the regulation of the conveyance of the toner from the storage container TV via the metering device D to the developer station 14 takes place.
- the developer supply in the developer station 14 becomes depleted is directly reflected in the color density of the toner marking.
- a warning signal is activated on the display device AZ. May consist in further longer time intervals which may for example by calling a test routine "Groß Structure ⁇ einfärbung" for example from the control panel, a test pattern are generated from an extending over the entire width of the recording medium Bai- 'ken.
- This test pattern can also be scanned on the photoconductor via the optical scanning device TA. For this purpose, for example, several scanners can also be arranged side by side.
- this can also be accomplished by means of a single scanner if, for example, an elongated bar corresponding to the full-area mark 31 is used as the test pattern, which bar is arranged outside the actual writing zone, a continuous scanning being carried out when the test mark is passed through.
- this scanning can also take place in sections at short intervals.
- a value for the large area coloring can be derived from this. If the degree of coloring of the test pattern is too low, the coloring of the background areas on the photoconductor drum and / or on the paper must first be checked. If this is too high, this indicates a device malfunction or a very aged developer mix. Appropriate activities to compensate for this can then be undertaken.
- the background area of printed images can also be monitored via the scanning device TA. This background monitoring can be done continuously. If the background coloring exceeds a permissible level, the degree of coloring of the large area is first checked again. If this is within the permissible limits, it can be corrected as described for the measurement of the large area coloring.
- Another possibility of checking the print quality is to record the raster reproduction. Due to the different discharge characteristics of the photosensitive recording material in the fine range, a defined raster reproduction can be impaired. For example, a very easily unloadable photoconductor layer changes a raster to higher or darker values, while a somewhat poorly unloadable photoconductor layer hinders raster printing. Since the human eye is very sensitive on this point and therefore high demands have to be made in this regard, it is necessary to correct this tolerance.
- the pictorial representation with electrophotographic printers takes place in the dot pattern in different gray values, the gray value representation being carried out by corresponding configuration of the individual points having the same size.
- the raster mark In order to be able to check this gray value display, it is possible to generate a raster mark at certain time intervals by calling a test routine via the control arrangement.
- the raster mark consists of a raster area which has a 50% optical density (black area), i.e. 50% black, 50% white. However, this can vary in a range from 25 to 75% area coverage.
- the raster mark is generated via the character generator 13 and colored via the developer station 14. It is then scanned in the manner described using the optical scanner TA.
- the scanned value is compared with a stored target value and the light intensity of the character generator 13 is changed in accordance with the deviation, for example by increasing or decreasing the LED voltage.
- the stored setpoint can also be changed as a function of various machine parameters in order to achieve an adjustment depending on the recording medium used, the photoconductor drum used or the type of recording medium itself.
- the corresponding correction values or characteristic data can be entered via the display device AZ, or corresponding sensors independently detect these values.
- the transfer station is controlled in principle with a third control stage CC3 for securing and optimizing the transfer printing.
- the setting of an optimal transfer corotron current in the corona device UK of the transfer station 15 is strongly dependent on the paper weight class used and on the paper width, and also on the corotron contamination itself.
- the paper width and the paper thickness are entered via the control panel AZ with its keyboard-like input device, and the assigned optimum transfer corotron current determined from empirical values is set via the device software. This can also be accomplished automatically with a detection device, not shown here, which e.g. when leaving the individual sheets via the feed channels 11, the thickness and size of the paper are detected by an optoelectronic scanning device.
- the three control levels record and stabilize all parameters that are important for print quality. This makes it possible to place the working points of the various parameters in optimal areas without considering the worst case conditions and thus to ensure the maximum achievable quality at all times.
- FIG. 5 The structure of this control process, referred to as program-guided electrophotography, is listed in FIG. 5. An overall overview of the control concept can be seen in FIG. 6.
- the control loops shown in FIG. 6 are largely self-contained in order to rule out a clear and undefined control behavior.
- the individual control loops are influenced depending on the results of the individual process steps, for example changing a parameter.
- essential functions of the microprocessor-controlled control arrangement are the following:
- the information about whether the conditions in the electrophotographic printing process are still regular is available via the setting value of the charging corotron current determined in the microprocessor for diagnostic purposes.
- a strong reduction or increase in the charging capacity of the photoconductor drum, caused by external influences such as temperature, toner, etc., can be detected, evaluated and corrected.
- test programs can run routinely or on command for diagnostic and remote diagnosis purposes, gray fog test, background test.
- the information about the residual potential of the photoconductor drum provides valuable information about the current state of the electrophotographic printing unit.
- the residual potential can be regulated within limits via the light output of the character generator.
- the value of the residual potential can provide information as to whether the printing of sophisticated programs (barcode) or raster printing with high quality is possible.
- barcode sophisticated programs
- raster printing with high quality is possible.
- the light output of the character generator Is e.g. If the grid mark is too dark, the light output is reduced and the mark becomes brighter.
- the information about the degree of coloring can be used to different parameters such as adjust the bias of the developer station within certain limits.
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Description
Elektrofotografische Druckeinrichtung mit geregeltem elektro- fotografische Prozeß.
Die Erfindung betrifft eine elektrofotografische Druckeinrich- tung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Zwischen der Akzeptanz des Kopierergebnisses von elektrofoto¬ grafischen Kopiergeräten und dem Druckergebnis von nach dem Prinzip der Elektrofotografie arbeitenden Druckeinrichtungen durch die Bedienpersonen besteht ein wesentlicher Unterschied: Während bei Kopiergeräten das Kopierergebnis an der Kopiervor¬ lage gemessen wird und die Bedienperson im allgemeinen auch schlechtere Kopien akzeptiert, ist dies bei elektrofotografi¬ schen Druckeinrichtungen nicht der Fall.
Elektrofotografische Druckeinrichtuπg werden im allgemeinen im Zusammenhang mit EDV-Anlagen verwendet und die Einflußmöglich¬ keit auf die Druckqualität ist gering bzw. die Bedienperson er¬ wartet, daß unter allen Bedingungen der Drucker ein optimales Druckergebnis liefert. Daraus ergeben sich unterschiedlich hohe Anforderungen an die Qualität des elektrofotografischen Prozes¬ ses zwischen Druckern und Kopiergeräten.
Um diese hohe Anforderung bezüglich Druckqualität bei Druckern zu erreichen, ist es notwendig, die Toleranzen im elektrofoto¬ grafischen Prozeß zu minimieren.
Von wesentlichem Einfluß auf die Druckqualität ist außerdem die Qualität der Verbrauchsmaterialien wie Toner und Entwickler bzw. die Fertigungsqualität des Fotoleiters. Auf die Qualität dieser Materialien hat der Druckerhersteller beim Betrieb der Druckeiπrichtung weniger Einfluß.
Bei Kopiergeräten ist es bekannt über Regeleinrichtungen die einzelnen am elektrofotografischen Prozeß beteiligten Aggregate auf vorgegebenen Normwert hin zu regeln.
So ist es aus Patent Abstracts of Japan, Band 10, Nr. 288
(P-502)(2344) 30.Sept.1986 und JP-A-61 105 578 bekannt, die La¬ deeinrichtung für eine Fotoleitertrommel für einen bestimmten Zeitabschnitt während und nach der Einschaltphase so zu steu- ern, daß die Schwankungen des erzeugten Oberflächenpoteπtials durch den Einschaltvorgang ausgeglichen werden.
Weiterhin ist es aus Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 101 (P-194)(1246) 28.April 1983 JP-A-58 25 677 bekannt, mit Hilfe einer mehrstufigen Vergleichseinrichtung vor der Umdruckstation den Widerstandswert der Papierbahn zu erfassen und in Abhängig¬ keit davon die Koronaentladung der Transferkorona in der Um¬ druckstation stufenweise zu steuern.
In der Literaturstelle Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 184 (P-216)(1329) 13.August 1983 und JP-A-58 86 562 ist ein Re¬ gelverfahren für ein elektrofotografisches Kopiergerät be¬ schrieben. Dabei wird die Tonerdichte und die Restladung auf der Oberfläche eines Fotoleiters mit Hilfe eines Standardbildes erzeugten Tonerbildes abgetastet. Die so erfaßten und errechne¬ ten Werte werden mit vorgegebenen Standardwerten verglichen und in Abhängigkeit davon wird über einen Mikrocomputerschaltkreis ein Entwicklerschaltkreis, ein Belichtungsschaltkreis, ein To¬ nerzufuhrschaltkreis und ein Entwicklerablauf gesteuert. Als Sensoren werden unter anderem eine Reflektionsdichtemeßeinrich- tung und ein Oberflächenladungssensor verwendet.
Mit der bekannten Anordnung wird eine Standardvorlage auf dem Fotoleiter abgebildet und in Abhängigkeit von den Werten- der Standardvorlage wird die Eπtwicklerstation geregelt. Dies be¬ deutet, es werden über die Normvorlage mittlere Normwerte des elektrofotografischen Prozesses sichergestellt und ausgehend von diesen Normwerten werden unterschiedliche Vorlagen in Bezug auf diese Normwerte kopiert.
Dies hat den Nachteil , daß eine Anpassung an unterschiedliche Vorlagen n icht möglich ist. Schlechte Vorlagen werden als
schlechte Vorlagen ausgebildet, eine Regelung der Normwerte selbst in Abhängigkeit vom Kopierergebnis ist nicht vorgesehen.
Ziel der Erfindung ist es, eine elektrofotografische Druckein- richtung bereitzustellen, die unabhängig von Qualitätsschwaπ- kungen des Verbrauchsmateriales und unabhängig von sich verän¬ dernden Betriebsbedingungen eine optimale Druckqualität lie¬ fert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine elektrofotografi¬ sche Druckeinrichtung so auszugestalten, daß zur Erzielung einer maximalen Druckqualität die Toleranzen im elektrofotogra¬ fischen Prozeß wesentlich reduziert werden können. Der gesamte Prozeß soll dabei nach Möglichkeit automatisch ablaufen.
Diese Aufgabe wird bei einer elektrofotografischen Druckein¬ richtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsfor eπ der Erfindung sind in den Uπter- aπsprüchen gekennzeichnet.
Durch die prozeßgesteuerte mehrstufige Regelaπordnung zur Opti¬ mierung des elektrofotografischen Prozesses in Abhängigkeit von den Prozeßergebnissen und dem Prozeßverlauf der einzelnen Pro- zeßschritte ergibt sich eine garantiert gleichbleibende Druck¬ qualität auch bei Veränderungen des Prozesses selbst. Über ge¬ schlossene innere Regelkreise wird zunächst der elektrofotogra¬ fische Prozeß selbst stabilisiert und dann werden die Betriebs¬ parameter der Druckeinrichtung einschließlich der Prozeßparame- ter auf optimale Druckqualität hin geregelt.
Veränderungen der Betriebsbedingungen und Schwankungen der Ver¬ brauchsmaterialien können sich' nicht auswirken. Dies erhöht die Druckqualität und die gesamte Druckeinrichtung wird betriebssi- eher.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen darge¬ stellt und werden im folgenden beispielsweise näher beschrie¬ ben.
Es zeigen
FIG 1 eine schematische Schnittdarstellung einer elektrofoto¬ grafischen Druckeinrichtung für Einzelblätter mit Duplex- und Simplexdruck
FIG 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Ansteueranordnung für die Druckeinrichtung
FIG 3 ein schematisches Blockschaltbild des in der Ansteueran- Ordnung der FIG 2 verwendeten Hauptprozessors
FIG 4 eine Prinzipdarstellung des Regelkreises zur Regelung des Auf1adepotentials
FIG 5 eine schematische Darstellung der Struktur der Regelan¬ ordnung zur programmgeführten Elektrofotografie
FIG 6 eine schematische Darstellung einer Gesamtübersicht des Regelkonzeptes
FIG 7 ein schematisches Blockschaltbild der Regelanordnung zur programmgeführten Elektrofotografie und
FIG 8 eine schematische Darstellung der auf dem Fotoleiter er- zeugten Testmarken und Testmuster.
Ein schematisch in der Fig. 1 dargestellter, nach dem Prinzip der Elektrofotografie arbeitender Einzelblattseitendrucker ent¬ hält drei Papiervorratsbehälter VI, V2 und V3 mit unterschied- licher Kapazität zur Aufnahme von Einzelblätter. Die Papiervor¬ ratsbehälter VI, V2 und V3 sind in üblicher Weise aufgebaut und stehen über Papierzuführkanäle 11 mit einem Druckkanal DK der
Druckeinrichtuπg in Verbindung. Der Druckkanal DK enthält die eigentliche Druckstation DS mit einer über einen Motor ange¬ triebenen Fotoleitertrommel 12 um die die einzelnen Aggregate der elektrofotografischen Druckstation angeordnet sind. Ein Ag- gregat ist ein Zeichengenerator 13 mit einem hier nicht darge¬ stellten zeichenabhängig ansteuerbareπ LED-Kamm mit einzelnen ansteuerbaren Leuchtelementen, der z.B. entsprechend der US-PS 4 780 731 aufgebaut sein kann und der durch Variation der An¬ steuerspannung bzw. des Ansteuerstromes in seiner Lichtinten- sität regelbar ist. An die Belichtungsstation 13 schließt sich ein Ladesensor SL an, der das Oberflächenpotential auf der Fo¬ toleitertrommel mißt und in Abhängigkeit davon ein Signal ab¬ gibt. Das auf dem Fotoleiter zeichenabhängig mit dem Zeichen¬ generator 13 erzeugte Ladungsbild wird mit Hilfe einer Ent- wicklerstation 14 eingefärbt. Die Entwicklerstation 14 enthält einen Tonervorratsbehälter TV zur Aufnahme von Toner und eine Dosiereinrichtung D in Form einer Dosierwalze. Abhängig vom To¬ nerverbrauch führt die Dosierwalze D der eigentlichen Entwick¬ lerstation Toner zu. Der Toner wird mit Hilfe von zwei Misch- Schnecken MS durchgemischt und das Entwicklergemisch aus ferro- magnetischeπ Trägerteilchen und Tonerteilchen dann einer Ent¬ wicklerwalze E zugeführt. Die Entwicklerwalze E wirkt als so¬ genannte magnetische Bürstenwalze und besteht aus einer Hohl¬ walze mit darin angeordneten Magnetleisteπ. Die Entwicklerwalze transportiert das Entwicklergemisch aus ferromagnetischen Trä¬ gerteilchen und Tonerteilchen zu dem Entwicklungsspalt ES zwi sehen Fotoleitertrommel 12 und Eπtwicklerwalze E. Überschüssi¬ ger Entwickler wird über die Entwicklerwalze E wieder in die Entwicklerstation 14 zurücktraπsportiert.
Der Eπtwicklerstation 14 unmittelbar nachgeordnet ist eine To- nermarkenabtasteinrichtuπg TA in Form eines Reflexionsabta¬ sters. Diese Abtasteinrichtung TA wird später beschrieben und dient dazu bei Aufruf einer Testroutine oder automatisch und regelmäßig auf dem Fotoleiter erzeugte und eiπgefärbte Test¬ marken abzutasten und diese Testmuster z.B. hinsichtlich Ein- färbungsdichte und Farbsättigung auszuwerten.
In einer Umdruckstation 15 wird dann das eingefärbte Ladungs¬ bild auf einen Aufzeichnungsträger, in diesem Fall auf Einzel¬ blätter übertragen. Zu diesem Zwecke weist die Umdruckstation 15 eine Umdruckkoronaeinrichtung UK auf. Die U druckkoronaein- richtung UK lockert das eingefärbte Ladungsbild auf der Foto¬ leitertrommel 12, so daß es auf den Aufzeichnungsträger (Ein¬ zelblatt) übertragen werden kann.
Das Einzelblatt wird dann über einen Saugtisch S zu einer Fi- xierstation F mit elektrisch beheizten Fixierwalzen FX, die elektromotorisch angetrieben sind transportiert und das auf dem Aufzeichnungsträger befindliche Tonerbild thermisch fixiert.
Eine Reinigungsstation 16 schließt sich in Umlaufrichtung der Fotoleitertrommel 12 an. Die Reinigungseinrichtung 16 ist in üblicher Weise aufgebaut und enthält z.B. ein Abstreifelement RE, das den überschüssigen Toner bzw. die Trägerteilchen von der Fotoleitertrommel 12 entfernt. Unterstützt wird dieser Rei¬ nigungsprozeß durch eine Koronaeinrichtung KR.
Die Oberfläche der Fotoleitertrommel 12 wird dann mit Hilfe ei¬ ner Belichtungseinrichtung 17 entladen. Diese Bεlichtungsein- richtung enthält eine über ihre gesamte räumliche Länge homoge¬ ne Lichtquelle, die in ihrer Intensität gezielt ansteuerbar ist.
Danach wird die durch die Entladebelichtung entladene Oberflä¬ che der Fotoleitertrommel in einer Ladeeinrichtung 18 mit einem darin angeordneten Ladekorotron erneut gleichmäßig aufgeladen.
Zum Transport der Einzelblätter durch den Druckkanal, enthält der Druckkanal DK Papiertransportelemente in Form eines band¬ förmig umlaufenden Saugtisches S sowie Papiertransportwalzen P.
Mit dem Druckkanal DK ein- und ausgangsseitig gekoppelt ist ein Papiertransportelemente P in Form von motorisch angetriebenen Walzenpaa'ren enthaltener Rückführkanal RF. Der Rückführkanal RF
weist eine Wendeeinrichtung Wl auf, in der im sogenannten Dup- lexbetrieb bei dem Vor- und Rückseite der Einzelblätter be¬ schrieben werden, die Einzelblätter vor erneuter Zuführung zum
Druckkanal DK gewendet werden.
An den Druckkanal DK schließt sich über eine Papierweiche ange¬ steuert ein Papiertransportkanalsystem PK an, das die im Simp¬ lex- oder Duplexverfahren bedruckten Einzelblätter hier nicht dargestellten Ablagebehältern zuführt.
Zur Ermittlung der Position der durchlaufenden Einzelblätter und zur Steuerung der Papiertransportelemente P weisen sämt¬ liche Papierkanäle Papierabtastseπsoren LS auf (als schwarze Dreiecke dargestellt), die aus Lichtschranken bestehen. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind hier nur einige Lichtschranken dargestellt.
Gesteuert wird der in der Fig. 1 schematisch dargestellte Sei¬ tendrucker mit Hilfe einer Steuerungsanordnung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
Steuerung
Die Steuerung für den Seitendrucker gliedert sich prinzipiell in einen Controllerteil C und die eigentliche Gerätesteueruπg G. Der Controller C ist prinzipiell entsprechend der US-PS
4 593 407 aufgebaut. Er hat die Aufgabe die von einem Rechner H eingehenden Druckdaten zu übernehmen, seitenweise aufzubereiten und in Abhängigkeit der darzustellenden Zeichen den Zeichenge¬ nerator 13 der Druckstation anzusteuern. Die Gerätesteuerung G wiederum dient dem koordinierten Ablauf sämtlicher Drucker¬ funktionen. Sie ist odular aufgebaut und besteht aus einem Hauptprozessor HP und verschiedenen Submodulen SUB1 bis SUB5, die eine eigenständige Überwachung der zugeordneten Drucker¬ aggregate gewährleisten. Die Kommunikation zwischen den einzel- πen Steuerungsteilen erfolgt über eine für alle Teile einheit¬ liche Hard/Software-Schnittstellung (netzförmige Koppelung, serieller Bus). Jedes Submodul SUB1 bis SUB5 ist mit einem ei-
genen Prozessor ausgestattet und kann das zugehörige Aggregat der Druckeinrichtung selbständig bedienen und ist selbst test¬ fähig. Diese Selbsttestfähigkeit bedeutet, daß sowohl beim Ein¬ schalten des Gerätes als auch auf Anforderung des Hauptprozes- sors HP selbständige Testroutinen durchgeführt werden. Alle Steuerungsflachbaugruppen des Druckers in der Gerätesteuerung werden bezüglich ihres Status in einem nicht flüchtigen Spei¬ cher registriert. Der Controller kann auf diese Werte zugrei¬ fen. Außerdem kann der Inhalt des nicht flüchtigen Speichers soweit erforderlich, ausgedruckt werden. Weiterhin bestehen Schnittstellen für Zusatzgeräte.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den prinzipiellen Aufbau der Geräte¬ steuerung in Form eines Blockschaltbildes. Die Fig. 3 stellt dabei ein Blockschaltbild des Aufbaues des Hauptprozessors HP dar.
Sämtliche Submodule SUB1 bis SUB5 und der Hauptprozessor HP sind mit einer seriellen Schnittstelle INT1, die über Leitungs- treiber angesteuert wird, untereinander verbunden. Die Steue¬ rung der seriellen Schnittstelle INT1 erfolgt unter Kontrolle des Hauptprozessors HP über einen BIT-Bus. Das Schnittstellen¬ protokoll entspricht dabei der üblichen HDLC/ SDLC-Beschreibung (schnelle Datenübertragung). Um die Schnittstelle zu entlasten und um die Kabelführung zu den einzelnen Aggregaten zu verein¬ fachen, werden die Aggregate von den dazugehörigen Submodulen SUB1 bis SUB5 direkt über hier nicht dargestellte Leistungsver¬ stärker angesteuert. Der Hauptprozessor HP überprüft in perio¬ dischen Abständen die Funktion der einzelnen Submodule SUB1 bis SUB5. Eine Überwachungsschaltung (Hardware/ Watchdog) überprüft den Ablauf im Hauptprozessor. Die Synchronisierung der Ablauf¬ steuerung mit der Umfangsgeschwindigkeit der Fotoleitertrommel 12 erfolgt über die Ausgangssignale eines Drehimpulsgebers DI. Der Ausgang dieses Drehimpulsgebers DI (Fig. 1) ist mit allen Submodulen SUB1 bis SUB5 verbunden und liefert in zyklischen Abständen ein Synchronisiersigπal F.
Gemäß Fig. 3 weist der Hauptprozessor folgenden Aufbau auf:
Eine Zentraleinheit CPU steht mit drei Speichern SP1 bis SP3 und einer Ein-Ausgabeeinheit EA in Verbindung. Bei dem Speicher SP1 handelt es sich um einen Schreib-Lesespeicher, bei dem
Speicher SP2 um einen elektrisch programmierbaren Festwertspei¬ cher und um bei dem Speicher SP3 um einen nichtflüchtigen Da¬ tenspeicher. Die Ein-Ausgabeeinheit EA erfaßt unter anderem den Synchronisierimpuls F.
In dem nicht flüchtigen Speicher SP3 werden Verbrauchsstoff¬ wechsel, gedruckte/fixierte Seite, Wartungsintervalle, Fehler¬ statistiken sowie vom Operator eingegebenen Abweichungen von Richtwerten usw. abgespeichert. Die Verbindung zum Controller C erfolgt über eine übliche Schnittstelle INT2.
Der Hauptprozessor HP hat die Aufgabe sämtliche Meldungen, Be¬ fehle und Meßdaten der Außenstationen SUB1 bis SUB4 zu koordi¬ nieren, auf Plausibilität zu kontrollieren und weiterzuleiten. Weiterhin stellt er die Verbindung zum Controller C über die
Schnittstelle INT2 und den Systembus BUS2 her. Dabei werden bi¬ direktionale Kommandos und Meldungen übergeben. Der ordnungsge¬ mäße Programmablauf in der Gerätesteuerung wird laufend über die Überwachungsschaltung U (Watch-Dog Schaltung) überwacht.
Wie bereits erläutert, übernehmen fünf Submodule SUB1 bis SUB5 die eigenständige Überwachung und Steuerung der ihnen zugeord¬ neten Aggregate. Die Kommunikation zwischen den einzelnen Mo¬ dulen SUB1 bis SUB5 und dem Hauptprozessor HP erfolgt über eiπe- für alle Teile einheitliche Hard/Software-Schnittstelle INTl. Jedes Submodul hat einen eigenen Prozessor mit Eingangspuffer, der die über den Eingang I gelieferte Daten dem Prozessor über¬ mittelt und Leistungsstufen, die die zugehörigen Aggregate über den Ausgang 0 treiben. Die Submodule sind selbst testfähig, d.h. es werden sowohl beim Einschalten des Gerätes als auch auf Anforderung des Hauptprozessors HP selbständig Testroutinen durchgeführt.
Das Submodul SUBl überwacht alle Sensoren LS der Vorratsbehäl¬ ter VI bis V3, der Zuführkanäle 11 und des Druckkanales DK und dabei insbesondere das Druckanfangssignal des Sensors LS SYN. Das Submodul SUBl steuert sämtliche Aggregate in diesem Be- reich. Es erkennt und meldet Papierlauffehler.
Das Submodul SUB2 erfaßt alle Sensoren LS im Papierausgabebe¬ reich d.h. im Bereich der Ausgabebehälter sowie im Ausgabekanal AK. Papierlauffehler werden erkannt und dem Hauptprozessor HP mitgeteilt.
Das Submodul SUB3 überwacht die Sensoren LS im Papierkanalsy¬ stem sowie im Rückführkanal RF. Es steuert den Papierlauf in diesen Kanälen und erkennt Papierlauffehler.
Das Submodul SUB4 steuert ein Bedienfeld AZ am Drucker. Das Be¬ dienfeld AZ enthält eine Tastatur und eine Anzeigeeinrichtung, wobei über die Anzeigeeinrichtung der Papierlauf im Drucker bzw. bei einer Papiertransportstörung die Störungsstelle darge- stellt wird.
Das Submodul SUB4 in Verbindung mit der Bedienungspanele AZ stellt die Schnittstelle zwischen Operator bzw. Wartungstechni¬ ker und der Druckeinrichtung dar. Alle Eingaben des Operators sowie alle Informationen vom Gerät erfolgen über das Bedien¬ feld. Dieses besteht im wesentlichen aus einem Display zur An¬ zeige der Informationen sowie einer Tastatur zur Eingabe diver¬ ser Befehle und Parameter. Darüberhinaus verfügt es über einige Sonderbedien- und Anzeigeelemente.
Das Submodul SUB5 erfaßt die Sensoren der Druckstation DS und der Fixierstation FX. Diese Sensoren sind z.B. der Ladungssen¬ sor SL zur Erfassung des Oberflächenpotentials des Fotoleiters 12, Transportüberwachungssensoren in der Entwicklerstation 14, Temperaturfühler und Mikroschalter in der Fixierstation FX, den Tonermarkensensor TA zwischen Entwicklerstation 14 und Umdruck- station UK. Das Submodul SUB5 steuert die Aggregate, die Fi-
xierlampen, Motoren, Lüfter, Ladecorotrons usw. Die auftreten¬ den Fehler werden dem Hauptprozessor HP mitgeteilt.
Das Submodul SUB5 in Verbindung mit dem Hauptprozessor HP ent- hält auch die erfindungsgemäße prozeßgesteuerte Regelanordπung zur Erfassung und Regelung der wesentlichen Betriebsparameter des elektrofotografischen Prozesses.
Bei dieser Regelanordnung handelt es sich um eine prozeßge- 0 steuerte Regelanordnung die mehrstufig aufgebaut ist und im Prinzip aus drei Blöcken (Regelstufen) CC1, CC2, CC3 besteht. Entsprechend der der Regelung zugrundeliegenden Regelungsstra¬ tegie wird der gesamte elektrofotografische Prozeß zunächst in eine Folge von Prozeßschritten unterteilt, die nacheinander ablaufen bzw. ineinandergreifen, nämlich den Fotoleiterprozeß, den Entwicklungsprozeß und den Umdruckprozeß. Nun wird ver¬ sucht, die einzelnen Prozeßschritte über einzelne Regelungs¬ blöcke selbständig zu regeln und zwar ausgehend von dem Ergeb¬ nis des einzelnen Prozeßschrittes und dem Verlauf des Prozesses 0 im Prozeßschritt. Ziel ist es dabei die einzelnen Prozeßschrit¬ te hinsichtlich ihrer Betriebsparameter zu stabilisieren um so auf den durchlaufenden stabilisierten Prozeßschritt den näch¬ sten Prozeßschritt aufzubauen.
5 Bei dieser Optimierung des gesamten elektrofotografischen Pro¬ zesses wird also zunächst von den Ergebnissen der Einzelschrit¬ te ausgegangen. Dies kann jedoch nur als Grundlage für eine er¬ ste Näherungsoptimierung dienen, denn die drei Regelungsblöcke CC1, CC2, CC3 bilden wiederum ein eigenes Regelungssystem, z.B. ° hat eine Veränderung der Lichtintensität des Zeichengenerators 13 einen unmittelbaren Einfluß auf das Restpotential der Ober¬ flächenladung des Fotoleiters 12, dies wiederum führt zur Kon¬ trastveränderung bei der Einfärbung in der Entwicklerstation 14. Wird also in dem Prozeßschritt "Entwickeln" eine auszure- 5 gelnde Veränderung festgestellt, kann es notwendig sein Para¬ meter zu regeln, deren Änderungen Auswirkungen auf den Proze߬ schritt "Fotoleiter" hat.
In der ersten Regelstufe CC1 erfolgt eine Stabilisierung der elektrofotografischen Parameter als Voraussetzung für eine Op¬ timierung des Entwicklungsprozesses. Unter den elektrofotogra¬ fischen Parametern werden dabei insbesondere die Einflußgrößen auf den Ladungshaushalt auf den Fotoleiter verstanden. Um die¬ sen Ladungshaushalt im Fotoleiter sicher regeln zu können, ent¬ hält die erste Regelstufe einen in der Fig. 4 dargestellten Re¬ gelkreis zur Regelung des Aufladepotentiales auf dem Fotolei¬ ter.
Testläufe und Erfahrungen im Betrieb haben ergeben, daß beson¬ ders die Toleranzen der Aufladung der Fotoleitertrommel stark qualitätsmindernd und Anlaß zu Störungen sein können. Einflu߬ größen sind dabei insbesondere Trommelexemplarstreuungen, Tem- peratur- und Luftfeuchtigkeit, Fotoleiterermüdung, Alterungs¬ zustand des Toners, Einfluß der Reinigungsstation, Geräteju- stage und Korotronzustand in der Ladestation 18. Um von diesen Einflußgrößen unabhängig zu werden, ist es notwendig, das Auf¬ ladepotential des Fotoleiters zu regeln. Zu diesem Zwecke be- findet sich unmittelbar vor der Entwicklerstation ein Laduπgs- sensor SL z.B. in Form eines Elektrovoltmeters, mit der das Aufladepotential der Fotoleitertrommel ständig erfaßt werden kann. Das Ausgangssignal dieser Meßsonde wird in definierten Abständen über eine übliche Abfrageanordnung AF abgefragt. Die Abfrageanordnung AF vergleicht die eingeholten Meßwerte mit ge¬ speicherten Richtmeßwerten und korrigiert den Ladestrom am La- dekorotron 18. Der ausgegebene Korrekturwert wird nach einer Zeitverzögerung von ca. 1 Sekunde entsprechend der Umlaufge¬ schwindigkeit der Fotoleitertrommel 12 erneut von der Meßwert- erfassungseinrichtung AF erfaßt. Diese zyklische Erfassung er¬ möglicht eine nahezu verzögerungsfreie Korrektur des Ladestro¬ mes des Ladekorotrons 18. Die Regelung des Aufladepotentials ist dabei von sehr großer Wichtigkeit für die Druckqualität. Schwankungen des Aufladepotentials wirken sich unmittelbar auf die Druckqualität aus. Die ständige automatische Erfassung und Korrektur des Aufladepotentials ermöglicht einen sicheren Be¬ trieb innerhalb der zulässigen Bandbreite. Mit der erfindungs-
gemäßen Regelanordnung ist es möglich, die auftretende Toleranz des Aufladepotentials um den Faktor 5 z.B. von absolut 400 V auf ca. 80 V zu verringern. Die verbleibenden 80 V Poteπtial- toleranzen haben ihre Ursache vor allem in den nichtausregelba- ren Aufladungsschwankungen am Fotoleitertrommelumfang. Eine er¬ reichbare Toleraπzverkleinerung von 400 V auf 80 V führt jedoch bereits zu einer beträchtlichen Qualitätsstabilisierung und Si¬ cherung. So ist es z.B. möglich, die Vorspannung an der Ent¬ wicklerstation zur besseren Großflächeneinfärbung anzuheben und gleichzeitig genügend Sicherheit gegen Hiπtergrundeinfärbung zu gewährleisten.
In einem weiteren der ersten Regelstufe zugeordneten Regelkreis wird die Lichtleistung der Entladelampen 17 in der Belichtungs- Station geregelt. Die Lichtleistuπg der Entladelampen hängt stark ab von der La penalteruπg, der Exemplarstreuung und der Temperatur. Um unabhängig von diesen Toleranzen werden zu kön¬ nen, wird die Lichtleistung z.B. durch einen im Lichtkanal der Entladelampe 17 angeordneten Fotosensor PS erfaßt und durch An- heben oder Absenken des Lampeπstromes ausgeregelt. Um die
Lichtleistung besser regeln zu können, wird eine über ihre ge¬ samte Länge homogene Lichtquelle verwendet, die in ihrer Inten¬ sität gezielt ansteuerbar ist.
Einen weiteren wesentlichen Einfluß auf die Druckqualität hat das Kontrast- oder Restpotential der Fotoleitertrommel 12, wenn sie aus z.B. einem geregeltem Aufladepotential mit definierter Belichtung entladen wird. Trotz geregeltem Aufladepotential er¬ geben sich über das Fotoleiterexemplarspektrum sehr deutliche Abweichungen im Restpotential bzw. der Entladefahigkeit. Diese Toleranzen entsprechen zum Teil Abweichungen wie sie bei unge¬ regelter Aufladung entstehen können. Außer von Exemplarstreu¬ ungen der Fotoleitertrommel hängen die Gesamttoleranzeπ des Rest- bzw. Kontrastpotentiales auch von Leistungsschwankungen des Schreiblichtes und unter Umständen auch von Einflüssen durch den Toner (Entwicklergemisch) ab. Damit ist eine konstan¬ te Qualität des Druckergebnisses insbesondere von Vollflächen
bzw. beim Abdruck von Balkencodes (Barcode) nicht immer gewähr¬ leistet.
Ein zu hohes Restpotential führt zu einer ungenügenden Großflä- cheneinfärbung.
Eine Regelung des Restpotentiales ist jedoch schwierig. Außer¬ dem ist eine Ausregelung nicht ohne Gefahr für z.B. die Druck- qualtität möglich. Das Restpotential kann jedoch mit Hilfe ei- ner Überwachungseinrichtung erfaßt werden.
Diese Überwachungseinrichtung nutzt dabei zwei Sensoren nämlich den Ladesensor SL der auch zur Messung des Aufladepotentials verwendet wird und den Tonermarkensensor TA.
Ladesensor SL und Tonermarkensensor TA befinden sich im Bereich des Fotoleiters 12 auf einer einzigen Bewegungsspur. Damit ge¬ langt eine vorzugsweise außerhalb des eigentlichen Schreibbe¬ reiches auf dem Fotoleitεr erzeugte Testmarke zunächst in den Bereich des Ladungssensors SL und dann in den Bereich des To- nermarkenseπsors TA.
Der Ladesensor SL hat dabei mehrere Funktionen: Er dient zunächst in der beschriebenen Weise zur Messung des Aufladepotentials, wobei er die nichtbelichteten Bereiche nach der Aufladung erfaßt.
Weiterhin dient er zur Messung der Restladung des Restladungs¬ potentials. Dies geschieht dadurch, daß entsprechend der Dar- Stellung der FIG 8 außerhalb des Schreibbereiches 29 durch Be¬ lichtung eine langgestreckte Vollflächenmarke 31 am Rand der Fotoleitertrommel erzeugt wird. Dabei werden sämtliche zur Er¬ zeugung der Vollflächenmarke notwendigen LED's des Zeichenge- πerators mit vorgegebener Lichtleistung aktiviert, wobei diese Lichtleistung abhängig ist von Art und Temperatur des Fotolei¬ ters. Wenn die Vollflächenmarke 31 durch Belichtung erzeugt aber noch nicht eingefärbt ist, mißt der Ladesensor SL im Be-
reich der Vollfläche das Restpotential. Die langgestreckte
Vollflächenmarke ist unter anderem deswegen notwendig, weil der Ladungssensor SL eine gewisse Eigenträgheit aufweist und infol¬ ge der Umlaufgeschwindigkeit der Fotoleitertrommel erst nach einer bestimmten Zeit und damit nach einem bestimmten Durchlauf der Vollflächenmarke eine sichere Messung möglich ist.
In der gleichen Bewegungsspur des Fotoleiters 12 befindet sich - der Entwicklerstation nachgeordnet - der optische Abtaster TA in Form einer Reflektionslichtschranke. Die Reflektionslicht- schranke ist in üblicher Weise aufgebaut und besteht aus einer Lichtquelle und einem Fototransistor als Empfänger. Das Aus¬ gangssignal des Fototransistors ist abhängig vom Reflektions- grad der auf dem Fotoleiter aufgebrachten und über die Entwick- lerstation nunmehr eingefärbten Tonermarke und damit von der Farbsättigung d.h. der optischen Dichte der aufgebrachten und durch die Entwicklerstation eingefärbten Marke (Muster). Die Wellenlänge der Reflektionslichtschranke ist so gewählt, daß das Abtastlicht keinen Einfluß auf die Funktion der Fotoleiter- trommel hat. Dies ist notwendig, weil die Lichtschranke bestän¬ dig aktiviert ist und somit auch Bereiche abtastet, die nicht belichtet wurden.
Zur Erfassung des Restpotentiales werden über in der Ansteuer- anordnung gespeicherte Testprogramme von Zeit zu Zeit Test¬ routinen zur Erzeugung der beschriebenen Vollflächenmarken auf¬ gerufen. Dann wird in der belichteten und nichteingefärbten Vollflächenmarke über den Ladungssensor SL das Restpotential ermittelt und dieses Signal mit einem in der Speichereinrich- tung gespeicherten Grenzwert verglichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleichsvorgang wird dann auf der Anzeigeeinrichtung AZ bei Überschreitung des Restpotentials ein Warnsignal ausge¬ löst. Das Wartungspersonal kann nun z.B. durch Veränderung der Vorspannung an der Entwicklerstation (BIAS-Spannung) oder durch andere Maßnahmen das Restpotential stabilisieren. Dieses Ausre¬ geln kann jedoch auch von der Regelungsanordπuπg automatisch übernommen werden.
Es ist jedoch auch möglich das Restpotential durch Veränderung der Lichtintensität des Zeichengenerators 13 zu beeinflussen und so das Restpotential auszuregeln. Hierzu wird in Abhängig¬ keit von dem Vergleichsvorgang die Intensität des Schreiblich- tes des Zeichengenerators 13 verändert. Dies erfolgt durch Ver¬ änderung des Ansteuerstromes bzw. der Ansteuerspannung der LED,
Wird anstelle eines Zeichengenerators mit aktivierbaren Einzel¬ punkten (LED-Kamm) ein Zeichengenerator mit einem Laserstrahl verwendet, so ist es notwendig die Intensität des Laserstrahles zu verändern, dies kann z.B. auch über Filter oder andere Ma߬ nahmen erfolgen.
Mit einer zweiten Regelstufe CC2 wird die Entwicklungseinrich- tung zur Sicherung und Optimierung der Entwicklung des Ladungs¬ bildes geregelt.
Zur Regelung der Tonerförderung aus dem Vorratsbehälter TV über die Dosiereinrichtung D zur Entwicklerstation 14 wird beständig in kurzen Zeitabschnitten auf dem Fotoleiter 12 außerhalb des eigentlichen Schreibbereiches über den Zeichengenerator 13 eine Tonermarke 30 erzeugt und zwar mit einer definierten Belich- tuπgsintensität und diese Tonermarke 30 über die Entwicklersta¬ tion eingefärbt. Die eingefärbte Tonermarke 30 wird dann auf dem Fotoleiter 12 mit Hilfe der optischen Abtasteinrichtung TA abgetastet und abhängig vom Einfärbegrad dieser Marke erfolgt die Regelung der Förderung des Toners aus dem Vorratsbehälter TV über die Dosiereinrichtung D zur Entwicklerstation 14. Eine Verarmung des Eπtwicklervorrates in der Eπtwicklerstation 14 schlägt sich unmittelbar in der Farbdichte der Tonermarkierung nieder. Ist der Entwicklervorrat in der Entwicklerstation ver¬ braucht, wird die Farbdichte der Tonermarkierung stark verän¬ dert, dies kann durch zusätzliche Förderung nicht mehr ausge¬ glichen werden. Dieser Verbrauchszustand wird durch die Regel- anordnung erkannt und ein Warnsignal auf der Anzeigeeinrichtung AZ aktiviert.
In weiteren größeren Zeitabständen kann durch Aufruf einer Testroutine "Großflächeπeinfärbung" z.B. über das Bedienfeld ein Testmuster generiert werden, das z.B. aus einem sich über die gesamte Breite des Aufzeichnungsträgers erstreckenden Bai-' ken bestehen kann. Dieses Testmuster läßt sich ebenfalls über die optische Abtasteinrichtung TA auf dem Fotoleiter abtasten, dazu können z.B. auch mehrere Abtaster nebeneinander angeord¬ net sein. Dies läßt sich jedoch auch über einen einzigen Abta¬ ster bewerkstelligen, wenn z.B. als Testmuster ein langge- streckter Balken entsprechend der Vollflächenmarke 31 verwendet wird, der außerhalb der eigentlichen Schreibzone angeordnet ist, wobei beim Durchlauf der Testmarke eine kontinuierliche Abtastung erfolgt. Diese Abtastung kann jedoch auch abschnitts¬ weise in kurzen Abständen erfolgen. Daraus läßt sich ein Wert für die Großflächeneinfärbung ableiten. Ist der Einfärbegrad des Testmusters zu gering, so ist zunächst die Einfärbung der Hintergruπdbereiche auf der Fotoleitertrommel und/oder auf dem Papier zu prüfen. Ist diese zu hoch, so weist dies auf eine Gerätestörung oder auf ein stark gealtertes Entwicklergemisch hin. Entsprechende Aktivitäten um dieses auszugleichen können daraufhin ergriffen werden.
Im Falle eines korrekten Einfärbegrades des Hiπtergrundberei- ches kann durch Korrektur der Entwicklerwalzenvorspannung oder des Arbeitspunktes der Tonerförderregelung erneut eine Verbes¬ serung der Großflächenfärbung erreicht werden.
Über die Abtasteinrichtung TA läßt sich ebenfalls der Hiπter- grundbereich von Druckbildern überwachen. Diese Hintergrund- Überwachung kann dabei beständig erfolgen. Überschreitet die Hintergrundeinfärbuπg ein zulässiges Maß, so wird zunächst wie¬ der der Einfärbegrad der Großfläche überprüft. Ist dieser in¬ nerhalb der zulässigen Grenzen, so kann er wie bei der Messung der Großflächeneinfärbung beschrieben korrigiert werden.
Eine weitere Möglichkeit, die Druckqualität zu überprüfen, be¬ steht in der Erfassung von der Rasterwiedergabε.
Aufgrund von im Feinbereich unterschiedlichen Entladecharakte¬ ristiken des fotoempfindlichen Aufzeichnungsmaterials kann eine definierte Rasterwiedergabe beeinträchtigt werden. So verändert beispielsweise eine sehr gut entladbare Fotoleiterschicht ein Raster zur höheren bzw. dunkleren Werten, während eine etwas schlechter entladbare Fotoleiterschicht den Rasterdruck behin¬ dert. Da das menschliche Auge in diesem Punkt sehr empfindlich ist und deshalb in dieser Hinsicht hohe Anforderungen gestellt werden müssen, ist es notwendig, diese Toleranz zu korrigieren.
Die bildmäßige Darstellung mit elektrofotografischen Druckern erfolgt im Punktemuster in verschiedenen Grauwerteπ, wobei die Grauwertedarstellung durch entsprechende Konfiguration der in ihrer Größe gleichen Einzelpunkte erfolgt.
Um diese Grauwertdarstellung überprüfen zu können, ist es mög¬ lich in gewissen Zeitabständen durch Aufruf einer Testroutine über die Regelanordnung eine Rastermarke zu erzeugen. Die Ra¬ stermarke besteht entsprechend der Darstellung der FIG 8 aus einer Rasterfläche, die eine 50 % optische Dichte (Schwarzflä¬ che) aufweist, d.h. 50 % schwarz, 50 % weiß. Diese kann jedoch in einem Bereich von 25 bis 75 % Flächendeckung variieren. Die Rastermarke wird über den Zeichengenerator 13 erzeugt und über die Entwicklerstation 14 eingefärbt. Sodann wird sie in der be- schriebenen Weise über den optischen Abtaster TA abgetastet.
Der abgetastete Wert wird mit einem gespeicherten Sollwert ver¬ glichen und entsprechend der Abweichung die Lichtintensität des Zeichengeπerators 13 z.B. durch Erhöhung oder Erniedrigung der LED-Spannung verändert. Der gespeicherte Sollwert kann jedoch auch selbst in Abhängigkeit von verschiedenen Maschiπenparame- tern verändert werden, um so z.B. eine Anpassung in Abhängig¬ keit vom verwendeten Aufzeichnungsträgermaterial, der verwende¬ ten Fotoleitertrommel oder der Art des Aufzeichnungsträgers selbst zu erreichen. Hierzu können die entsprechenden Korrek¬ turwerte oder charakteristischen Daten über die Anzeigeein¬ richtung AZ eingegeben werden oder aber entsprechende Sensoren erfassen diese Werte selbständig.
Mit einer dritten Regelstufe CC3 zur Sicherung und Optimierung des Umdruckes wird die Umdruckstation prinzipiell geregelt.
Es hat sich herausgestellt, daß die Einstellung eines optimalen Umdruckkorotronstromes in der Koronaeinrichtung UK der Umdruck¬ station 15 stark abhängig ist von der verwendeten Papierge¬ wichtsklasse sowie von der Papierbreite, außerdem von der Koro- tronverschmutzung selbst. Um die Umdruckkoronaeinrichtung opti¬ mal einstellen zu können, wird über das Bedienfeld AZ mit sei- ner tastaturartig ausgestalteten Eingabeeinrichtung die Pa¬ pierbreite und die Papierdicke eingegeben und über die Geräte¬ software der vorher aus Erfahrungswerten ermittelte zugeordnete optimale Umdruckkorotronstrom eingestellt. Dies läßt sich auch mit einer hier nicht dargestellten Erfassungseinrichtung auto- matisch bewerkstelligen, die z.B. beim Verlassen der Einzel¬ blätter über die Zuführkanäle 11 über eine optoelektronische Abtasteinrichtung die Dicke und Größe des Papiers erfaßt.
Durch die drei Regelstufen werden alle für die Druckqualität wichtigen Parameter erfaßt und stabilisiert. Hierdurch ist es möglich, die Arbeitspunkte der verschiedenen Parameter ohne Betrachtung der Worst-Case-Bedingungen in optimale Bereiche zu legen und somit die maximal erreichbare Qualität ständig sicher zu gewährleisten.
Des weiteren können die im Verlauf der Regelprozesse erfaßten und ermittelten Daten für Prüf- und Servicezwecke genutzt wer¬ den.
Die Struktur dieses als programmgeführte Elektrofotografie be¬ zeichneten Regelprozesse ist in der Fig. 5 aufgelistet. Eine Gesamtübersicht des Regelkonzeptes ist aus der Fig. 6 entnehm¬ bar. Die dargestellten Regelkreise der Fig. 6 sind weitgehend in sich geschlossen um ein übersichtliches und Undefiniertes Regelverhalten auszuschließen. Die Beeinflussung der einzelnen Regelkreise erfolgt in Abhängigkeit von den Ergebnissen der einzelnen Prozeßschritte z.B. der Änderung eines Parameters.
Zusammengefaßt sind wesentliche Funktionen der mikroprozessor¬ gesteuerten Regelanordnung die folgenden:
Regelung des Aufladepotentials der Fotoleitertrommel
Neben einer deutlichen Toleranzverkleinerung liegt über den im Mikroprozessor ermittelten Einstellwert des Ladecorotronstromes für Diagnosezwecke die Information vor, ob die Verhältnisse im elektrofotografischen Druckprozeß noch regulär sind.
So kann eine starke Verminderung oder Erhöhung der Auflade¬ fähigkeit der Fotoleitertrommel, bewirkt durch äußere Einflüsse wie Temperatur, Toner usw. erkannt, ausgewertet und ausgeregelt werden.
Weiterhin können für Diagnose- und Ferndiagnosezwecke verschie¬ dene Testprogramme routinemäßig oder auf Befehl ablaufen, Grau¬ schleiertest, Hintergrundtest.
Erfassung des Restpotentials (Entladepotential) bzw. Regelung des Restpotentiales z.B. über die Lichtleistung des Zeichenge¬ nerators.
Die Information über das Restpotential der Fotoleitertrommel liefert wertvolle Hinweise über den aktuellen Zustand des elektrofotografischen Druckwerkes. Das Restpotential läßt sich in Grenzen über die Lichtleistung des Zeichengenerators regeln.
So kann der Wert des Restpotentiales beispielsweise Aufschluß darüber geben, ob der Druck von anspruchsvollen Programmen (Barcode) oder Rasterdruck mit hoher Qualität möglich ist. Durch Abtastung der Rastermarken ist ebenso eine Regelung der Lichtleistung des Zeichengenerators möglich. Ist z.B. die Ra¬ stermarke zu dunkel, wird die Lichtleistung reduziert und die Marke wird heller.
Weiterhin kann z.B. durch Toner bewirkte Verschlechterung der Entladefahigkeit erkannt und überwacht werden.
Regelung der Einfärbefähigkeit
Angesichts der relativ großen Schwankungen der Einfärbung von Großflächen kann die Information über den Einfärbegrad dazu be- nutzt werden, verschiedene Parameter wie z.B. die Vorspannung der Entwicklerstation in gewissen Grenzen anzupassen.
Claims
1. Elektrofotografische Druckeinrichtung bei der im Rahmen eines elektrofotografischen Prozesses in einer Folge von Pro- zeßschritten über einen Zeichengenerator (13) auf einem Foto¬ leiter (12) Ladungsbilder erzeugt, in einer Entwicklerstation (14) entwickelt und in einer Umdruckstation (15) auf einen Auf¬ zeichnungsträger übertragen werden mit folgenden Merkmalen:
- Es ist eine prozeßgesteuerte, mehrstufige Regelungsanordnung (SUB5) zur Optimierung des elektrofotografischen Prozesses in Abhängigkeit von den Prozeßergebnissen und dem Prozeßver¬ lauf der einzelnen Prozeßschritte vorgesehen;
- die Regelungsanordnung (SUB5) enthält Sensoren (SL, TA, PS) zur Erfassung der wesentlichen Betriebsparameter der einzel¬ nen Prozeßschritte und Eingabemittel (AZ) für spezifische Kenngrößen des Prozesses und
- die Regelungsanordnung weist Mittel auf um in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Druckeinrichtung auf dem Fotoleiter (12) vorzugsweise außerhalb des eigentlichen Schreibberei¬ ches über den Zeichengenerator (13) Testmarken und/oder Testmuster prozeßrelevanter Strukturen zu erzeugen, deren Ladezustand vor dem Entwickeln und/oder deren Einfärbungs- dichte nach dem Entwickeln auf dem Fotoleiter (12) über die Sensoren (SL, TA) erfaßt wird.
2. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine erste Regelstufe (CC1) zur Stabilisierung des elektrofotografischen Prozesses auf dem Fotoleiter (12) durch Regelung und/oder Überwachung der Be¬ triebsparameter des Fotoleiters (12) wie Aufladepotential (18), Entladebelichtung (17) und Restpotential (SL), eine zweite Regelstufe (CC2) zur Sicherung und Optimierung der Entwicklung des Ladungsbildes durch Regelung und/oder Überwa¬ chung der Betriebsparameter der Entwicklerstation (14) wie To- nerzufuhr zum Entwicklungsbereich (ES), Einfärbung des Ladungs¬ bildes, Reinigen des Fotoleiters (12) und Lichtintensität des Zeichengenerators (13) und eine dritte Regelstufe (CC3) zur Sicherung und Optimierung des Umdruckes durch Regelung und/oder Überwachung der Betriebspara¬ meter der Umdruckstation (15) über eine Erfassung der spezifi¬ schen Aufzeichnungsträgergrößen und Anpassung der Koronaein¬ richtung (UK).
3. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch einen zwischen Zeicheπgene- rator (13) und Entwicklerstation (UK) angeordneten Ladungssen¬ sor (SL) und einen der Entwicklerstation (UK) in Beweguπgsrich- tung des Fotoleiters (12) nachgeordneten optischen Abtaster (TA), wobei Ladungssensor (SL) und optische Abtaster (TA) hin¬ tereinander in einer Bewegungsspur des Fotoleiters (12) ange¬ ordnet sind.
4. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der optische Abtaster (TA) als Reflektionslichtschranke ausgebildet ist, deren Abtastlicht eine derartige Wellenlänge aufweist, daß das Abtastlicht den Fotoleiter (12) nicht fotoelektrisch beein¬ flußt.
5. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in regelmä¬ ßigen zeitlichen Abständen eine Tonertestmarke (30) erzeugt wird, deren Eiπfärbungsdichte von dem optischen Abtaster (TA) abgetastet und der Regelanordnung übermittelt wird, die in
Abhängigkeit von der Einfärbungsdichte die Tonerzufuhr zum Ent¬ wicklungsbereich (UK) regelt und/oder eine Warneinrichtuπg (AZ) betätigt.
6. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Aufruf einer Testroutine über die Regelanordnung zunächst durch Be- lichtung eine Vollflächentestmarke (31) mit einer Belichtungs¬ intensität erzeugt wird, die es einerseits ermöglicht über den Ladungssensor (SL) das Restladepotential zu ermitteln und an¬ dererseits dann nach einer bedarfsweisen Einfärbung der Voll- flächenmarke (31) eine Abtastung der Einfärbungsdichte über den optischen Abtaster (TA) ermöglicht.
7. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Aufruf einer Testroutine über die Regelanordnung Rastermarken (32) de¬ finierter optischer Dichte erzeugt und von dem optischem Abta¬ ster (TA) abgetastet werden, und daß die Regelanordnung in Ab¬ hängigkeit von dem Ausgangssignal des optischen Abtasters (TA) neben anderen Regelparametern vorzugsweise die Lichtleistung des Zeichengenerators einstellt.
8. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Regelkreis der über einen Ladesensor (SL) das Aufladepotential des Fotoleiters (12) erfaßt und in Abhängigkeit davon ein Ladekorotron (18) der Ladestation regelt.
9. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einrichtung zur Rege- lung der Lichtleistung in der Entladestation (17) mit einer in ihrer Intensität steuerbaren Belichtuπgseinrichtung.
10. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einrichtung zur Rege- lung des Umdruckes, die die spezifischen Kenngrößen des Auf¬ zeichnungsträgers über eine Eingabeeinrichtung (AZ) erfaßt und in Abhängigkeit davon die Koronaeinrichtung in der Umdrucksta¬ tion (UK) einstellt.
11. Elektrofotografische Druckeinrichtung nach einem der An¬ sprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß der Zeichengenerator (13) als ein in seiner Licht¬ intensität steuerbarer Zeichengenerator (13) ausgebildet ist.
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