用于避免喷墨印刷机中的串扰的方法与流程
本发明涉及一种用于避免喷墨印刷机中的串扰(cross-talk)的方法。
本发明属于喷墨印刷的技术领域。
背景技术：
在现代喷墨印刷头中，印刷喷嘴布置成多行，以便实现所要求的高分辨率。此外在内部，各个相邻的印刷喷嘴(关于油墨供应通道)液压地、(关于喷嘴板的压电材料)机械地和电气地相互连接。例如当共同附属于一个供应通道的印刷喷嘴同时印刷时，这种连接对相邻印刷喷嘴的性能产生影响。这称为所谓的串扰。这种效应导致：所产生的部分墨滴可能会大大偏离于它们的期望尺寸和期望速度。这会造成局部干扰的印刷图像，从而降低印刷质量。
这具体意味着，印刷点在基底上的尺寸和位置偏离于它们的期望值。串扰还导致喷射时的不稳定，这能够通过喷嘴板上增加形成的墨滴而被察觉到。这些墨滴越来越大，并且最终可能导致斜喷和印刷喷嘴的故障。
由现有技术已知用于解决串扰问题的各种方案。硬件方案非常普遍，其中印刷头已经如此设计，使得串扰尽可能最小化。印刷头制造商例如试图通过将确定的设计元素(例如收紧部和中断部)添加到油墨供应装置中来减少串扰。然而，这种收紧部和中断部增加了流动阻力，这最终导致可能的印刷速度降低。
由美国专利7,661,793b2已知一种用于喷墨印刷机的印刷头，在该印刷头中，每个印刷喷嘴都具有如下腔室：所述腔室具有用于墨滴的单独的喷射机构和单独的油墨入口。此外，多个油墨供应通道专门与印刷喷嘴的入口连接。这通过如下方式实现：分别在基层晶片(在该基层晶片上构造有印刷喷嘴)的一侧上蚀刻出入口，而在该晶片的另一侧上蚀刻出油墨供应通道。通过这种具有相应较长油墨供应通道的结构，相对良好地使相邻印刷喷嘴之间的串扰最小化。
然而，这种硬件解决方案的缺点是，它是一种非常特殊的解决方案。并非每个印刷头都具有这种特殊结构。如果出于由设计决定的、法规的或经济的原因，无法使用这种专门设计用于避免串扰的印刷头，则必须找到其他避免串扰的可能性。
技术实现要素：
因此，本发明的任务在于，找到一种用于避免喷墨印刷机中的串扰的方法，该方法不取决于所使用的喷墨印刷头的结构。
该任务通过一种用于借助计算机来避免喷墨印刷机的印刷过程中的串扰的方法来解决，其中，该喷墨印刷机具有带有印刷喷嘴的印刷头，所述印刷喷嘴以分别具有确定数量的印刷喷嘴的行和列布置，并且每行的印刷喷嘴分别共用一个油墨供应通道，并且该计算机为了执行印刷过程而执行加网过程(rasterprozess)，所述方法的特征在于，在加网过程期间，计算机如此匹配待产生的图像数据，使得一行的印刷喷嘴不超过确定的油墨提取频率的极限值。由于串扰是通过“当附属于相同油墨供应通道的相邻印刷喷嘴同时印刷并且因此从同一油墨供应通道提取油墨时，所述相邻的印刷喷嘴相互影响”造成的，所以最佳的解决方案是：尽可能减少附属于同一油墨供应通道的相邻印刷喷嘴的这种同时的油墨提取。由于这显然必须根据待产生的印刷图像数据来实现，因为无法在不对喷墨印刷机能够实现的印刷质量产生负面影响的情况下简单随意地禁止在印刷头中使用印刷喷嘴，所以最理想的方案是：相应地影响如下加网过程：借助该加网过程产生用于喷墨印刷机的印刷图像数据。因为在通过计算机执行加网过程期间，已知用于产生印刷图像数据的所有必要信息(所述信息例如关于待实现的印刷图像分辨率)，因此可以在这一点上如此操纵栅格图像，使得尽可能少地同时使用附属于相同油墨供应通道的相邻印刷喷嘴。为确保这一点，对于这些相关的供应通道和所有附属于其的印刷喷嘴而言，不应超过确定的油墨提取频率。只要遵循该极限频率或油墨提取频率的极限值，串扰就相应地保持最小。由以下说明书和附图得出该方法的有利的并且因此优选的扩展方案。
根据本发明的方法的一种优选扩展方案是，油墨提取频率的极限值由纵向上的加网频率和印刷方向上确定数量的时间步长的因子n得出。这描述了已经阐释的关系。纵向上的加网频率无异于对相应的印刷喷嘴多频繁地进行印刷的说明，所述相应的印刷喷嘴附属于共同的油墨供应通道。在此，因子n是决定性的。因为该因子说明：共同供应通道的喷嘴被允许在确定时间步长内多频繁地进行印刷，才不超过相应的极限频率。因此，因子n是定义油墨提取频率的极限频率或极限值的真正限制因素。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，纵向上的加网频率由喷墨印刷机的印刷速度以及印刷方向上的分辨率得出。这些数据一方面由印刷图像数据(即在此由印刷分辨率得出)——所述印刷图像数据由印刷任务预给定，并且这些数据另一方面由喷墨印刷机的参数得出(即在此主要由相应的印刷速度)。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，通过测量来确定或由印刷头制造商预给定印刷头的一行印刷喷嘴的油墨提取频率的极限值。一方面可以通过测量来确定，或者在许多情况下由印刷头制造商直接预给定附属于相同油墨供应通道的印刷喷嘴的最大可能的油墨提取频率。在此，根据本方法必须遵循该极限值。如已经阐述的那样，因子n是对于加网过程的执行而言真正的限制因素，该因子n说明了相应的时间步长，在该时间步长内，不允许同时使用相同油墨供应通道的印刷喷嘴。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了避免串扰，计算机根据油墨提取频率的极限值如此匹配加网，使得印刷头的相同行的印刷喷嘴在因子n内不多次使用。根据本发明，可以由已知的极限频率或油墨提取频率的极限值计算限制因子n，然后必须在加网过程中由计算机考虑该限制因子。这通过如下方式来完成：计算机如此匹配加网，使得附属于相同油墨供应通道的印刷喷嘴在确定数量的时间步长内(这通过因子n预给定)不允许多次使用。因此，在附属于相同油墨供应通道的相同行的印刷喷嘴中，在n个时间步长内，始终只有至多一个印刷喷嘴进行印刷。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了增加能够实现的面密度
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，为了进一步增加能够实现的面密度，减少因子n的时间步长的数量。如果将附属于共同油墨供应通道的印刷喷嘴的行划分成部分区域仍然不足以实现所期望的面密度，则可以在另一步骤中减小因子n的时间步长的数量。在此，改变参数与部分区域的尺寸的组合是有意义的。部分区域的尺寸与时间步长的数量的哪种值组合是最有利的则取决于相应的情况。但是，在将印刷喷嘴的相关行划分成部分区域之前，尤其不应轻易地开始减少因子n的时间步长的数量。仅当通过在根据本发明的方法的油墨提取频率方面进行限制不再能够实现所期望的面密度时，才应采取这项措施。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，计算机在加网过程的进程中计算出说明与原始图像的偏差的误差项，计算机如此执行加网过程，使得该误差项最小化，并且该计算机在误差项的计算中考虑油墨提取频率的极限值。该过程是一种辅助措施，以便如此构型加网过程，使得加网过程输出如下经加网的图像：该经加网的图像尽可能定位在由印刷任务数据所已知的原始图像中，并且该经加网的图像尽可能真实地反映所述原始图像。在此，可以非常好地将误差项的计算与根据本发明的方法相关联。油墨提取频率或限制因子n的极限值可以很好地集成到误差项的计算中，从而最终得到的最小误差项同时考虑了串扰的影响。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，计算机始终使用喷墨印刷机的最大印刷速度来计算因子n。从这一事实可以得出，为了考虑和减少串扰，不执行与印刷速度相关的加网。由于极限频率无论如何都是已知的(因为该极限频率在波形设计时所求取或者已经由印刷头制造商预给定)，所以根据本发明的方法的变量主是限制因子n，以及当然还有通过印刷任务数据预给定的印刷分辨率。
根据本发明的方法的另一优选扩展方案是，对于如下印刷头执行所述方法：所述印刷头的印刷喷嘴布置在前区块(bank)和后区块中，所述前区块和后区块分别由16行和64列构成。针对其研发出根据本发明的方法的所使用的印刷头具有2048个印刷喷嘴，这些印刷喷嘴以行和列交错布置。在此，所述印刷喷嘴划分成前区块和后区块，所述前区块和后区块分别由16行和64列的印刷喷嘴组成。在此，各16行的印刷喷嘴分别附属于一个油墨供应通道并且因此容易发生串扰效应。在使用这种印刷头时，例如得到印刷方向上的两个时间步长的限制因子n。这意味着，在印刷方向上的两个时间步长内不允许重复使用16行内的印刷喷嘴。但是，根据本发明的方法当然也可以用于具有不同结构(具有不同地布置的印刷喷嘴)的其他印刷头并且不局限于这种特定的构造。
附图说明
以下参照所属的附图根据至少一个优选实施例进一步描述本发明以及本发明的结构上和/或功能上有利的扩展方案。在附图中，相互对应的元件分别设有相同的附图标记。
附图示出：
图1示出页张喷墨印刷机的结构的示例；
图2示意性地示出从极限频率起的串扰；
图3示出印刷头上的印刷喷嘴的示意性布置；
图4示出根据本发明的方法的示意性流程。
具体实施方式
优选实施变型方案的应用领域是喷墨印刷机7。在图1中示出这种机器7的基本结构的示例，该机器由进料器1直至收料器3构成，进料器用于将印刷基底2提供到印刷机构4中，该印刷基底在印刷机构中由印刷头5印刷。在此，涉及一种页张喷墨印刷机7，该页张喷墨印刷机由控制计算机控制并且从光栅图像处理器(rip)的计算机6中获得其数据。在该印刷机7运行期间，如已经描述的那样，由于确定的相邻印刷喷嘴13的共同油墨供应12的影响而产生串扰效应。
根据本发明的方法设置，在准备印刷题材15(即产生栅格15)时，栅格15中确定的点布置是不利的，这导致印刷喷嘴13在串扰效应方面的不利占用率。这由计算机执行——优选由也对加网过程进行控制的计算机6执行。
优选使用的印刷头5分别具有2048个印刷喷嘴13，这些印刷喷嘴以行和列交错地布置，以便实现横向于印刷方向的必要分辨率。图3示例性地示出这种印刷头5上的印刷喷嘴13的示意性布置。在此，横向于印刷方向的点间距或像素间距是1200dpi(即21.667μm)。印刷喷嘴13划分成前区块和后区块，所述前区块和后区块分别由16行和64列组成。16行的印刷喷嘴13附属于一个供应通道12并且因此相互耦合。16行的两个彼此相继的印刷喷嘴13具有横向于印刷方向的四个像素的间距。为了对两个相邻的点进行印刷，总是需要一个来自前区块的和一个来自后区块的印刷喷嘴13。16行的下一印刷喷嘴13仅在横向于印刷方向上的4个像素之后进行印刷。
此外，已知如下可选结构：在可选结构中，16行中的印刷喷嘴13在印刷方向上总是偏移14个像素地布置。印刷喷嘴13之间的距离是已知的并且通过毕达哥拉斯(pythagoras)定理和具有δx和δy的喷嘴栅格得出。印刷波传播时间可以在已知波传播速度c的情况下计算出：
t_i＝a_i/c
印刷波传播时间不允许与喷射时间一致，该喷射时间是由印刷喷嘴13在y方向上的布置以及印刷速度得出的：
t_jetting＝y_i/v_druck
现在，串扰效应是供应通道12内的油墨的印刷特性的扰动。当超过确定的油墨提取频率(即极限频率8)时，则产生共振效应并且无法确保体积精确的提取。这在图2中示意性地示出。在此根据测量曲线11可以很好地看出，当超过极限频率8时共振效应失控，并且随着喷射频率10的增加，墨滴速度与墨滴尺寸的比率9偏差地越来越大。
为了防止串扰，即为了防止16行内的两个印刷喷嘴13在高于极限频率8的时刻同时使用，必须最终遵循以下等式：
t极限<n*t喷射
在此，t极限是极限频率的f极限倒数，即t极限相应于数量级为1/30khz的33ps的时间。
在此，t喷射是纵向上的加网频率的倒数，其取决于印刷速度v机器和印刷方向上的分辨率s加网：
t喷射＝s加网/v机器
计算示例：
v机器＝0.7m/s
s加网＝21.667μm(相应于1200dpi)
f极限＝30khz(由印刷头5上的测量所已知)
由此得出n＝2。在此，n必须是整数并且总是四舍五入(aufrunden)。这表示，不允许在印刷方向上的2个时间步长内重复使用16行的印刷喷嘴13。在目前使用的印刷头5中，用于喷嘴行的油墨供应通道12再次通过收紧部分开。这种收紧部充当印刷波的阻尼器，从而在一种优选实施方案中，上述规定(即“不允许重复使用16行的印刷喷嘴13”)仍然能够按照以下标准进行改进：
1.在理想情况下，不使用16行的印刷喷嘴13。
2.如果由于期望的加网色调需要更多数量的点/面积，则应注意在这2个时间步长期间至少不使用8行中的印刷喷嘴13。
3.在更高的印刷密度下，在遵循所述规定(在该时间步长中不使用另外七个印刷喷嘴13)的情况下可以将时间步长的数量减少到一个。
此外，可以进一步扩展根据本发明的方法。因此，在计算栅格15期间通常计算误差项14，该误差项说明与原始图像的偏差。在此，栅格方法的目标始终是将该误差项14最小化。现在，可以如此扩展该误差项14，使得该误差项引起上述不期望的特性。因此根据本发明，栅格15通过rip中的计算机6如此构型，使得在最大程度上避免串扰。此外，还可以如此构型误差项14，使得在图像质量与印刷质量之间实现加权。
在极限频率8和印刷分辨率相同的情况下，在更高的印刷速度下，问题变得更加严重。在2.7米/秒(这相应于10000次印刷/小时)的情况下，已经得出n＝5。
在此，在加网时，针对相应极限频率8的因子n必须始终在最大印刷速度的情况下确定。这表示不需要与印刷速度相关的加网。这种与印刷速度相关的加网虽然原则上是能够实现的，但是非常复杂。极限频率8无论如何都是已知的，因为这是在设计波形时所求取的或者由印刷头制造商预给定。
如已经提到的那样，串扰还导致喷射时的不稳定，这能够通过印刷喷嘴板上增加形成的墨滴而被察觉到。这些墨滴越来越大，并且最终导致斜喷和印刷喷嘴13的故障。此外，由于负的弯月形压力和印刷喷嘴板表面至印刷喷嘴13的内表面的非常不同的表面张力，因此如果液滴足够接近这种印刷喷嘴13或接触喷嘴边沿，则未进行印刷的印刷喷嘴将这种油墨积聚在印刷喷嘴板上。
由此，(尤其在印刷非常高面覆盖率时)现在得出针对栅格图像15的另一条件：这种条件在根据本发明的方法中在另一优选实施变型方案中考虑到：
栅格图像15必须由计算机6如此构造，使得不是所有印刷喷嘴13都同时印刷，而是以确定的重复频率交替地关断印刷喷嘴13。
此外，还存在补充根据本发明的方法的其他实施变型方案。
替代地，例如可以存在具有不期望图案的数据库。这些图案取决于印刷头的几何形状(即印刷喷嘴13的布置和供应通道12的位置)。在此，对于每个印刷喷嘴13而言必须已知：印刷头5中的哪些其他的印刷喷嘴13通过供应通道12连接，以及至这些其他的印刷喷嘴13的距离是多大。数据库的图案通常取决于印刷速度。为了通过计算机6计算栅格15，现在在数据库中存储图案的误差权重。现在，在出现数据库中所存储的图案时，可以以这些误差权重来扩展在栅格生成期间所计算的误差项14。以这种方式，可以将存储在数据库中的图案出现的概率最小化。也可以对各个图案进行加权，因此仍然可以考虑不期望的程度。
也可以手动地或通过主观评估来产生不期望图案的这种数据库。为此，印刷不同的图案并且主观地评估栅格表面对于人眼的不安程度。然后根据主观评估来执行图案的加权。
根据本发明的加网的另一优选实施方变型案包括以下替代方案：
替代方案1：
在加网之后执行的过程中，可以搜索不期望的图案。这种搜索由计算机6要么通过已知方案执行、要么基于图案的数据库来执行。如果找到这种图案，则可以尝试在该位置如此修改栅格15，以便获得不产生串扰的图案。这种修改例如可以通过将受影响的像素移动到它们的相邻位置中的一个上来实现。此外，这种修改也可以仅以色调值相关的概率进行，因为这些图案的频率随着色调值的增加而急剧增加。
替代方案2：
还存在以下可能性：计算机6基于从一开始计算的阈值矩阵或栅瓣(rasterkacheln)的查找表来产生栅格图像15。在计算这种阈值矩阵或这种查找表时，也可以使用之前描述的所有用于减少串扰的方法。
根据本发明的方法的优点尤其在于：因子n的确定可以容易且快速地集成到栅格算法中。所需的只是存在相应油墨/波形组合的最大印刷速度和极限频率8。在引入新的印刷头5或其他油墨等时，必须相应地更新公式化的或通过大量印刷测试产生的数据库。在加网时优选使用第二种替代方案，因为当前的加网基于查找表。
附图标记列表
1进料器
2当前的印刷基底/当前的印刷页张
3收料器
4喷墨印刷机构
5喷墨印刷头
6计算机
7喷墨印刷机
8极限频率
9墨滴速度/墨滴尺寸的比率
10喷射频率
11关于喷射频率的墨滴速度/尺寸测量曲线
12油墨供应通道
13喷墨印刷喷嘴
14所计算的误差项
15经加网的印刷图像
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