喷墨印刷中的故障喷嘴补偿和非均匀性校正的制作方法

喷墨印刷中的故障喷嘴补偿和非均匀性校正
1.本发明涉及喷墨印刷中的故障喷嘴补偿和非均匀性校正，特别是用于检测用于在基板上印刷图像的喷墨印刷机的喷墨印刷头中的一个或更多个故障喷嘴并对其进行补偿以及用于在不同的印刷头之间的宏观层面和对于每个喷嘴的微观层面上校正由喷射墨水的变化引起的感知的非均匀性的方法和系统。
2.在喷墨印刷中，印刷的图像的质量尤其取决于喷墨印刷头的喷嘴的性能。如果喷嘴不按照预定的规范执行，则图像质量劣化。当喷嘴没有在指定位置上施加所需量的喷墨墨水时，包括完全没有喷射墨水的情况，会发生劣化，从而导致所谓的“空行”缺陷。当喷墨墨水施加于指定位置以外的另一位置时，发生另一种异常，这会导致局部强度干扰。这些缺陷是人眼可见的，并且干扰印刷图像的外观。有时这些异常是由喷嘴的堵塞引起的。不管非故障或故障的原因是什么，在本领域中，这种喷嘴被称为“故障喷嘴”。
3.用于处理故障喷嘴的各种技术和解决方案是已知的，其中，还可以考虑喷墨印刷机的类型，扫描和单程。在扫描印刷机中，印刷色条的印刷头在非移动基板的宽度方向上进行往复扫描运动，例如由驱动托架承载，在此期间图像被印刷在基板上。因此，在印刷头在宽度方向上的行程期间，喷嘴沿着在基板的宽度方向上的行进行印刷。在随后的往复行程之间，在长度方向上传送基板，以便为印刷头的下一个行程定位基板。在扫描印刷机的多程模式中，在多次往复行程期间将图像部分印刷在基板上，然后移动基板。在扫描印刷机的单程模式中，在一次行程期间印刷图像部分。具有与基板的传送方向垂直的运动方向的印刷色条明显小于最大的基板宽度。具有在固定位置的印刷头的单程印刷机包括具有喷嘴的一个或更多个印刷头的配置，例如承载多个相邻印刷头的支承梁，这些印刷头可以以交错布置来布置，该配置至少在要印刷的基板的宽度上延伸。通常，印刷头垂直于机器方向固定布置。基板连续地穿过印刷机，暂时临时固定到诸如环形带的传送机构，传送机构与扫描系统中基板的间歇性传送和印刷头的往复扫描运动相反。在单程系统中，基板上的每个位置通常由针对每个印刷色的印刷头配置的一个喷嘴提供服务。喷嘴沿基板的长度方向上的行进行印刷。
4.克服故障喷嘴的问题和缺点的一种已知技术是在基板上印刷测试图案，然后分析故障喷嘴，例如用相机拍摄印刷的测试图案的照片，计算机从该照片中检测故障喷嘴，并且使用专用算法通过衰减进行补偿。在实际印刷期间，通常通过分配由一个或更多个(直接)相邻喷嘴提供的附加墨水来禁用和补偿故障喷嘴。
5.例如，从ep2952355a1已知一种补偿方法，在该补偿方法中，使用至少两种补偿机制，其中一种补偿机制是将与故障喷嘴相关联的密度不足补偿转移到(相同颜色的)相邻喷嘴，以及其中一种补偿机制是将与故障喷嘴相关联的密度不足补偿转移到不同颜色的印刷头的对应喷嘴。根据实施方式，通过捕获印刷过程的输出的光学捕获装置的直列式布置光学地建立密度和密度不足。
6.从ep3332968a1已知用于检测喷墨印刷机的故障喷嘴的测试图案以及在与要印刷的图像相关的情况下对故障喷嘴的补偿。测试图案包括为了识别故障喷嘴专门布置的行区域以及具有要通过套印多种印刷色印刷的不同灰度的第二区域。印刷的测试图案通过光学
传感器测量，光学传感器优选为rgb相机。
7.目前使用的相机的缺点之一是与印刷的测试图案相比非常大的其宽阔的视野宽度，这使得故障喷嘴的检测复杂化并且劣化了要应用的补偿的准确性。相机的直列式布置也可能在捕获期间遭受来自环境的变化的光和反射情况，这会影响所拍摄的照片并且因此影响随后的分析和补偿。
8.还已经出现的是，对于给定的比色灰度等级，在每个喷嘴施加的墨水量下通常每个印刷头具有其自己的最小但可见的差异，其在印刷方向上呈现为具有变化强度的可见条带。尽管利用故障喷嘴补偿进行印刷提高了比色灰度等级的均匀性，但是期望进一步校正印刷头的这种非均匀的足迹。同样，与每个灰度等级具有不同密度的这些条带相比，相机的视野宽度太大了。
9.本发明的目的是提供用于处理喷墨印刷机中的故障喷嘴的方法和系统，其允许精确补偿和/或非均匀灰度等级校正，从而可以使用已经补偿和/或校正的喷嘴数据来改进要印刷的图像的质量，或者至少提供这种合适的替代方法和系统。
10.在第一方面，本发明提供一种用于检测用于在基板上印刷图像的检测喷墨印刷机的喷墨印刷头中的一个或更多个故障喷嘴并补偿故障喷嘴以及用于在基板上喷墨印刷图像时校正印刷的图像的颜色均匀性的方法，该方法包括：
11.第一印刷步骤：通过从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水来在具有适于喷墨墨水的特性的接收层的测试基板上印刷第一测试图案，其中，控制喷墨印刷头的每个喷嘴以印刷至少一行；
12.第一扫描步骤：使用具有至少等于喷墨印刷头的分辨率的分辨率的扫描仪扫描所印刷的第一测试图案，从而获得所印刷的第一测试图案的第一测试图案扫描；
13.第一计算步骤：根据第一测试图案扫描获取每个喷嘴的喷嘴状态并且确定由此识别出的故障喷嘴的补偿因子，从而获得补偿喷嘴控制数据；
14.第二印刷步骤：通过使用补偿喷嘴控制数据控制从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水来在具有适于喷墨墨水的特性的接收层的测试基板上印刷第二测试图案，其中，第二测试图案包括至少两个区域，每个区域具有不同的灰度；
15.第二扫描步骤：使用具有至少等于喷墨印刷头的分辨率的分辨率的扫描仪扫描所印刷的第二测试图案，从而获得所印刷的第二测试图案的第二测试图案扫描；
16.第二计算步骤：分析具有不同灰度的至少两个区域中的每个区域中的第二测试图案扫描以得到相应区域的灰度的局部偏差，并且确定由此针对灰度中的每个灰度识别的局部偏差的校正因子，从而获得针对相应灰度的校正喷嘴控制数据。
17.根据本发明的方法包括故障喷嘴的检测和补偿，故障喷嘴导致印刷的第一测试图案中的行缺陷，这些行缺陷可由计算机从第一测试图案扫描中检测到。在本发明中，该第一测试图案印刷在尺寸稳定的测试基板(例如诸如由pp制成的白色塑料薄膜片)上，该测试基板设置有与所使用的喷墨墨水(例如水性喷墨墨水或uv喷墨墨水)的类型兼容的接收层。然后将印刷的基板转移到扫描仪，在那里对印刷的测试基板进行光学扫描。扫描仪具有至少等于被筛选的印刷头的分辨率的分辨率，例如1200dpi。由于接收层，印刷的测试图案可由具有适当分辨率的扫描仪清楚地读取使得能够在处理扫描时区分各个喷嘴。分析由此获得的数字的第一测试图案扫描并且确定每个喷嘴的状态以及识别出故障喷嘴。使用合适的算
法确定对故障喷嘴的补偿，例如通过停用这些故障喷嘴并且建立对于喷墨印刷头中的(直接)相邻喷嘴的补偿因子作为补偿喷嘴控制数据，该补偿喷嘴控制数据被提供给喷墨印刷机的控制器。随后使用如此生成的补偿喷嘴控制数据，将包括不同比色灰度的区域的第二测试图案印刷在新的专用测试基板上。如此印刷有第二测试图案的测试基板被扫描产生第二测试图案扫描。对于给定比色灰度的每个区域，确定平均值。确定相对于该平均值的局部偏差，应用用于与局部偏差相关联的喷嘴的校正因子，并且从而生成校正喷嘴控制数据。这是针对不同比色灰度的区域的每个区域进行的。通常，第一测试图案和第二测试图案包括针对所有印刷色的这种行子图案和区域子图案。第二测试图案包括具有例如90％、80％、60％和30％的灰度等级的区域。通常，测试图案特别是第二测试图案，还包括用于印刷头对准和喷嘴位置确定的指示，这使得能够将特定灰度的区域内的局部灰度变化分配给确定的喷嘴位置。
18.如果测试基板的尺寸大于扫描仪底座，这在单程印刷中比在扫描印刷中更可能发生，则可以在计算步骤中包括印刷的测试图案的部分扫描的拼接。
19.此后，喷墨印刷机可以使用补偿喷嘴控制数据和校正喷嘴控制数据执行印刷高质量图像的印刷工作，允许印刷精细结构如几何设计，同时具有更大的单一或混合颜色的均匀区域。也提高了印刷的图像中的颜色可寻址性和精细的色调梯度。除了可以使用本发明的方法进行的高质量的印刷之外，另外的优点包括通过有规律地例如每周一次执行根据本发明的方法来延长印刷头的使用时间，从而避免故障印刷头的过早更换。改进的图像质量还允许提高生产率(m2/h)。在本发明的方法期间可以记录每个印刷头的性能以及例如远程访问为操作人员提供有效的远程支持和建议机会。
20.有利地，工作喷嘴的补偿因子和校正因子被表示为要由所述工作喷嘴喷射的喷墨墨水的附加体积，其可以是负数。类似地，补偿喷嘴控制数据和/或校正喷嘴控制数据被表示为要由相应喷嘴喷射的喷墨墨滴的附加数目，其也可以是负的。
21.根据本发明的方法适用于扫描喷墨印刷机和单程喷墨印刷机二者。在扫描喷墨印刷机中使用根据本发明的方法允许以更多产的模式执行大部分的印刷工作，例如在单程期间而不是在多程期间印刷图像。单程印刷的效果是对颜色配准的最佳颜色。在具有固定印刷头的单程喷墨印刷机中使用根据本发明的方法主要允许改进均匀性。虽然由于印刷头的多次往复运动，扫描印刷机可以提供其他补偿故障喷嘴的方法，但是单程喷墨印刷机从本发明获益最多。
22.有利地，扫描仪设置有两面的rgb照明。
23.已经出现的是，在某些印刷色和处于更高的灰度值如80％和95％，可能出现过饱和。其一个原因可能是扫描仪中的照明，这导致在计算步骤中无法区分局部偏差。在实施方式中，该方法包括：
24.第三印刷步骤：通过使用补偿喷嘴数据和校正喷嘴数据控制从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水来在具有适于喷墨墨水的特性的接收层的测试基板上印刷第三测试图案，其中，第三测试图案包括至少两个具有相同灰度的区域，其中第一区域由喷墨印刷头的非相邻喷嘴(例如奇数的喷嘴)印刷，而第二区域由喷墨印刷头的其他非相邻喷嘴(例如偶数的喷嘴)印刷；
25.第三扫描步骤：使用具有至少等于喷墨印刷头的分辨率的分辨率的扫描仪扫描印
刷的第三测试图案，从而获得印刷的第三测试图案的第三测试图案扫描；
26.第三计算步骤，分析具有相同灰度的至少两个区域中的每个区域中的第三测试图案扫描以得到相应区域的灰度的局部偏差，并且确定由此针对灰度中的每个灰度识别的局部偏差的附加校正因子，从而获得相应灰度的附加校正喷嘴控制数据。
27.通过将印刷头的喷嘴分组，其中，相邻的喷嘴被分配到不同的组中，高比色灰度值的印刷区域显得“更亮”并且从而更好地可被扫描仪读取。
28.有利地，第三测试图案包括至少两个具有相同灰度的区域，其中第一区域要由喷墨印刷头的非相邻喷嘴(例如奇数的喷嘴)印刷，而第二区域要由喷墨印刷头的其他非相邻喷嘴(例如偶数的喷嘴)印刷，如果存在，被添加到第二测试图案，并且所包含的第二计算步骤还分析具有相同灰度的至少两个区域中的每个区域中的第二测试图案扫描以得到相应区域的灰度的局部偏差，并且确定由此针对灰度中的每个灰度识别的局部偏差的附加校正因子，从而获得相应灰度的附加校正喷嘴控制数据。
29.根据第二方面，本发明涉及一种用于检测用于在基板上印刷图像的喷墨印刷机的喷墨印刷头中的一个或更多个故障喷嘴并补偿故障喷嘴以及用于校正在基板上喷墨印刷图像时印刷的图像的颜色均匀性的系统，包括
30.喷墨印刷机，其具有带有喷嘴的至少一个印刷头，该喷墨印刷机设置有被配置成用于控制该至少一个喷墨印刷头的喷嘴的控制器，
31.计算机，其被配置成根据测试图案扫描补偿喷墨印刷机的喷墨印刷头中的故障喷嘴，得到用于控制器的补偿喷嘴控制数据，并且被配置成根据测试图案扫描校正颜色均匀性，得到用于控制器的校正喷嘴控制数据，
32.扫描仪，其具有至少等于印刷头的分辨率的分辨率，以及
33.测试基板，其具有适于喷墨墨水的特性的接收层。优选地，测试基板的数目至少是印刷机的印刷色的数目(一个测试基板用于印刷针对每种印刷色的第二测试图案)加上一(用于同时印刷针对所有印刷色的第一测试图案)的总和。
34.在又一方面，本发明涉及一种用于在基板上印刷图像的喷墨印刷机，该喷墨印刷机具有带有喷嘴的至少一个喷墨印刷头、被配置成用于控制至少一个印刷头的喷嘴的控制器和计算机，计算机被配置成根据测试图案扫描补偿喷墨印刷机的喷墨印刷头中的故障喷嘴，得到用于控制器的补偿喷嘴控制数据，并且被配置成根据测试图案扫描校正颜色均匀性，得到用于控制器的校正喷嘴控制数据，补偿喷嘴控制数据和校正喷嘴控制数据显然旨在在根据本发明的方法或系统中使用。
35.被配置成执行如上所述的根据本发明的方法的该系统以及喷墨印刷机提供与上面针对根据本发明的方法说明的相同的优点。控制器通常还被配置成喷墨印刷第一测试图案和第二测试图案，以及可选地如上识别的第三测试图案。因此，控制器被配置成通过从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水在具有适于喷墨墨水的特性的接收层的测试基板上印刷每喷嘴至少一行的第一测试图案；并且被配置成通过使用补偿喷嘴控制数据从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水在具有适于喷墨墨水的特性的接收层的测试基板上印刷包括至少两个区域的第二测试图案，每个区域具有不同的灰度；并且被配置成通过使用补偿喷嘴控制数据和校正喷嘴控制数据从喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水来印刷图像。
36.在另一方面，本发明涉及一种在基板上喷墨印刷图像的喷墨印刷方法，包括从具有控制器的喷墨印刷机的喷墨印刷头喷射喷墨墨水，该喷射由控制器使用根据本发明的方法获得的补偿控制喷嘴数据和校正控制喷嘴数据以及/或者附加校正控制喷嘴数据来控制。
37.附图中进一步示出了本发明，其中，
38.图1示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图；
39.图2示意性地示出了根据本发明的系统的实施方式；
40.图3是印刷的第一测试图案的示例；
41.图4是印刷的第二测试图案的示例。
42.图1是根据本发明的方法的实施方式的流程图，该流程图可以在扫描印刷和单程印刷两者中使用。在步骤1中，在具有与所使用的喷墨墨水兼容的接收层的测试基板上使用每个喷嘴印刷第一测试行图案。在步骤2中，对具有印刷到接收层上的第一测试行图案的测试基板进行扫描，从而产生印刷的第一测试行图案的数字扫描。在步骤3中，分析所产生的数字扫描并且确定每个喷嘴的状态。如果检测到的与喷嘴有关的缺陷超过某个阈值，则该喷嘴可以被归类为故障喷嘴。向由此识别出的故障喷嘴分配停用该喷嘴的适当的喷嘴控制数据。为了补偿故障喷嘴，补偿因子被分配给相邻喷嘴从而为这些相邻喷嘴生成补偿喷嘴控制数据。这些故障喷嘴和补偿喷嘴控制数据被记录并且提供给喷墨印刷机的控制器或由喷墨印刷机的控制器读取。使用这些新的控制数据，在接下来的步骤4中，在新的专用测试基板的接收层上印刷具有不同比色灰度值区域的第二测试图案。在步骤5中，对印刷的第二测试图案进行扫描，在步骤6中进一步处理其数字的第二测试图案扫描。在该步骤中，确定印刷区域的平均比色灰度，并且还确定与平均值的局部偏差。通常针对印刷机的每种印刷色，在单独的测试基板上印刷第二测试图案。为了改善颜色均匀性，向这些喷嘴分配与局部偏差相关联的喷嘴的校正因子，从而生成校正喷嘴控制数据。在该确定和分配过程中可以再次并入阈值。校正喷嘴控制数据也被记录，并且因此可以在如步骤7中示出的后续印刷工作中由喷墨印刷机的控制器使用。
43.具有相同比色灰度但是要由非相邻喷嘴的选定组印刷的区域的第三测试图案可以被集成到第二测试图案中。作为替代，可以使用补偿喷嘴控制数据和校正喷嘴控制数据在第三印刷步骤中在专用测试基板上印刷这种第三测试图案，如说明的那样扫描和分析该印刷的基板，以便生成附加校正喷嘴控制数据。此后，使用补偿喷嘴控制数据和(附加)校正喷嘴控制数据执行印刷工作。
44.图2示出了根据本发明的系统的实施方式。该系统包括喷墨印刷机10，在该实施方式中，单程喷墨印刷机具有针对每种印刷色如基本色ymck的喷墨印刷头12的阵列。印刷头12被固定地布置在支承梁14上。与机器方向垂直布置的印刷头12的喷嘴至少在要印刷的基板的宽度上延伸。印刷头12的交错配置是可行的。要用于筛选印刷头12的故障喷嘴的测试基板由附图标记16表示。该测试基板16通过喷墨印刷机10从送纸口18传送到出口20，例如临时依附到传送带22。喷墨印刷机10设置有被配置成控制印刷头12的喷嘴的控制器24。扫描仪26被配置成对已经由测试图案印刷的测试基板16进行扫描。测试图案的数字扫描由具有处理器28的计算机27处理，该处理器28被配置成根据第一测试图案的数字扫描识别个别的故障喷嘴并且将补偿因子分配给与故障喷嘴相邻的喷嘴。根据这些补偿因子计算的补偿
喷嘴控制数据被记录在例如计算机27的存储器29中并且随后由控制器24用于在测试基板16上印刷第二测试图案，该测试基板16也由扫描仪26扫描。计算机27还被配置成针对具有彼此不同的灰度的区域的每一个区域计算平均灰度值，并且被配置成比较局部值以识别具有偏离灰度的局部点，并且被配置成为这些局部点中的喷嘴分配均匀性校正因子，以及为与局部偏离点相关联的那些喷嘴生成均匀性校正喷嘴控制数据。这些数据也被记录并传送到控制器24并且用于执行实际的印刷工作。
45.图3中示出了具有要由每个喷嘴针对每种颜色印刷的行的印刷的第一测试图案的图解绘制的示例。覆盖印刷头12的阵列的整个宽度的行图案以30示出。正方形32和条带34是用于各个印刷头的位置(从而喷嘴的位置)和用于其对齐的标记。
46.图4示出了针对具有不同灰度等级的区域或条带的颜色的印刷的第二测试图案36的图解表示的示例。