多波形喷墨喷嘴校正的制作方法

相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月4日提交的申请号为14/731,367的美国专利申请的优先权，上述申请案在此通过引用的方式整体并入本文。本发明涉及打印。更具体地，本发明涉及多波形喷墨喷嘴校正。
背景技术：
：现有技术中，工业打印头的设计使用一个相同波形来驱动打印头中的所有喷嘴。此类打印头中，灰度打印使用相同波形的部分，这损害了性能和一致性。该方法会导致常见的打印缺陷，例如，液滴体积变化、液滴速度差异以及打印密度缺陷。技术实现要素：通过表征打印头中喷嘴的一个或多个性能属性，优化包含多个喷嘴的打印头内的喷墨喷嘴的性能的一致性。所产生的波形集合包括多个波形，以补偿喷嘴中一个或多个性能属性的差异。将波形集合内的波形之一分配给每个喷嘴，以优化每个喷嘴相对于打印头中其他每个喷嘴的一个或多个性能属性。基于分配给每个喷嘴的波形，打印头中的每个喷嘴相对于打印头中的其他每个喷嘴基本一致地响应。附图说明图1所示为由制造商提供的打印头中两个通道的其中一个的速度数据曲线图；图2所示为根据本发明的打印头中的两个通道的其中一个鉴于由制造商提供的速度数据的各个打印喷嘴的波形映射曲线图；图3所示为根据本发明的通过喷嘴分析的颜色密度的曲线图；图4所示为根据本发明的分配给多个喷嘴的波形曲线图；图5是根据本发明的抖动的波形分配的曲线图；图6是根据本发明的用于优化包含多个喷嘴的打印头内的喷墨喷嘴性能一致性的方法的流程图；图7是根据本发明另一实施例的用于多波形喷墨喷嘴校正的方法的流程图；图8是根据本发明的所使用的打印机的透视图；图9是根据本发明的所使用的打印机托架的透视图；图10是根据本发明的所使用的打印机打印头布局的透视图；图11是根据本发明的所使用的打印机打印头的透视图；以及图12是计算机系统的示例性形式的机器的示意框图，该计算机系统内可执行一组指令，以致使该机器执行本文所讨论的方法中的一个或多个方法。具体实施方式通过表征打印头内多个喷嘴的一个或多个性能属性，优化包含多个所述喷嘴的打印头内喷墨喷嘴性能的一致性。所产生的波形集合包括多个波形，以补偿喷嘴中一个或多个性能属性的差异。将波形集合内的波形中的一个分配给每个喷嘴，以优化每个喷嘴相对于打印头中其他每个喷嘴的一个或多个性能属性。基于分配给每个喷嘴的波形，打印头中的每个喷嘴相对于打印头中的其他每个喷嘴基本一致地响应。本发明的一些实施例通过选择不同的波形来提供喷嘴中一个或多个性能属性的差异校正，以驱动打印头中的各个喷嘴。首先，基于打印头制造商的最终测试数据，考虑校正多个喷嘴中一个或多个性能属性的差异的概念，所述一个或多个性能属性自身表现为特定的缺陷。现代工业喷墨打印头通常每个单元具有数百个喷嘴，有些超过2000个。这些单元的成本范围约为每个喷嘴1美元到高达每个喷嘴10美元。较便宜的打印头通常具有较多的差异和缺陷，且目前本发明给出的优选实施例至少在一些实施例中是针对这些打印头。大多数打印头制造商在每个打印头上生成最终测试数据，而一些制造商则以每个喷嘴为基础提供这些数据。这些数据包括诸如喷嘴速度、方向性、机械公差等因素属性。本发明的实施例基于对每个喷嘴的单独控制，使用这些数据中的一些来校正打印头中的较重要的差异。如下表1所示，喷嘴的速度差异是以这种方式进行校正的缺陷的示例。表1.喷嘴速度差异图1所示为由制造商提供的打印头中两个通道的其中一个的速度数据曲线图。该数据表明从喷嘴#1到喷嘴#254的喷嘴速度差异是5.1m/s(+/-6％)。通过创建特定的波形集合，例如，七个不同的波形(参见下表2)，可将驱动较慢喷嘴的波形应用于数据中较快出现的喷嘴，反之亦然，以抵消速度差异。表2.特定波形集合速度m/s波形#4.874.965.055.145.235.325.41图2所示为打印头中两个通道的其中一个鉴于由制造商提供的速度数据的各个打印喷嘴的波形映射曲线图。从字面上看，可看出波形映射是速度数据的镜像。以高于平均值6％的速度(即，5.4m/s)喷射的快速喷嘴在波形7驱动下将减速6％且以5.1m/s的速度喷射。以低于平均值6％的速度(即，4.8m/s)喷射的慢速喷嘴在波形1驱动下将加速6％且以5.1m/s的速度喷射。理想情况下，若应用该校正，所有喷嘴均以5.1米/秒的速度喷射，看上去像非常一致、更昂贵的打印头。制造商速度数据仅是原始数据之一，其可用于本发明中以通过操纵发送到每个喷嘴的波形校正性能属性差异(例如，打印头中的缺陷)。但这可能不是校正例如速度缺陷的最有效方式，原因是制造商可能在无法表示打印头实际应用的设备上生成此类数据，例如，静态对比往复式、测试液体对比紫外光固化(uv)油墨、不同发射频率等。本发明的实施例中，较精确的数据生成方法是：a.使用正确的油墨，以正确的频率(速度)在打印机上打印特定的测试图案，并以完全相同的方式在该设备上生成图像；b.通过摄像头或扫描仪捕捉测试图案高度精确的数字图像；c.应用图像分析，来确定墨滴的一个或多个性能属性，即，尺寸、形状、位置、附属性能等。d.提取此类性能属性，以生成打印机和打印头的特定波形映射来校正缺陷，以提供比制造商数据更精确的适用性结果。使用上述方法，还可捕获和分析原始数据中未出现的其他缺陷，可应用本文中所公开的波形校正。该缺陷可包括，例如，成品图像中的一般密度偏移。通常使用较便宜的打印头时，依靠相互抵消随机错误，通过交织多个(例如，四个或大于四个)打印通道来完成图像。然而，一些较快速的打印模式中，打印头的这些细小缺陷会累积而形成肉眼可看到的更多重大缺陷。检测到一般缺陷(例如，同种颜色的密度偏移)时，可分析图像来确定缺陷的严重程度和幅度。特定的打印模式下，通常只需使用一个颜色通道来创建和完成为增强缺陷的特定测试打印作业。再使用高分辨率摄像头或扫描仪，以数字方式捕获已完成的测试打印作业。将分析工具应用于所捕获的图像，来量化缺陷。该分析工具的输出通常呈图形化，因此易于校正密度缺陷。参见图3，该图展示了分析后的喷嘴颜色密度。若缺陷可通过图形形式示出，则使用第二工具来对打印头进行波形校正。本发明的实施例以最简单的形式，将阶跃(step)差异应用到波形。图4展示了分配到喷嘴的波形。尽管大多数情况下，该复杂程度足以校正80％的密度缺陷，但一些较严重的缺陷需更高的校正幅度。波形之间使用较大增量(＞1％)时，关键图像可显示彼此之间的阶跃转换，从而形成各自的缺陷。为了克服这些阶跃缺陷，有必要在波形之间进行抖动，来掩盖彼此之间的转换。请参见图5，该图展示了抖动的波形分配。一种用于校正该缺陷应用波形的工具具有一定的复杂度，其可在波形阶跃之间自动抖动。操作图6是用于优化包含多个所述喷嘴的打印头内喷墨喷嘴性能一致性的方法的流程图。图6中，通过表征打印头(90)内的喷嘴的一个或多个性能属性来优化打印头上的喷嘴。性能属性包括液滴速度、液滴体积、液滴质量、由打印头产生的光密度、光泽度和打印头温度中的任何一个。本发明的实施例中，可利用随后经成像和分析的打印测试图案来表征一个或多个性能属性。生成包括多个波形的波形集合(92)，以补偿多个喷嘴中一个或多个性能属性的差异。将波形集合内的多个波形中的一个分配给每个喷嘴(94)，以优化每个喷嘴相对于打印头中其他每个喷嘴的一个或多个性能属性。基于分配给每个喷嘴的波形，打印头中的每个喷嘴相对于打印头中的其他每个喷嘴基本一致地响应。波形集合包括离散的有限波形集合。使用抖动操作将多个波形中的其中一个分配给每个喷嘴。抖动操作也可用于离散波形之间的平滑转换。本发明的实施例中，将打印头多个喷嘴的预定部分的性能作为基准。通过向外部多个喷嘴分配一个波形来调整预定部分之外的多个喷嘴，以调整外部多个喷嘴来接近预定部分内多个喷嘴的性能。本发明的实施例还包括扫描打印机，其中通过表征打印机内所有打印头的性能属性的组合平均值，改善由给定颜色通道产生的性能属性的一致性。从用于每个打印头喷嘴的波形中选择波形，以使多个打印头喷嘴的性能属性更一致。将相同的选定波形应用于打印给定颜色通道的每个打印头。性能属性包括液滴速度、液滴体积、液滴质量、由打印头产生的光密度、光泽度以及打印头的温度中的任何一个。本发明的实施例中，利用随后成像和分析的打印测试图案来表征一个或多个性能属性。替代实施例图7是根据本发明另一实施例的用于多波形喷墨喷嘴校正的方法的流程图。通过选择不同的波形，本发明的实施例提供特定的打印缺陷的校正以驱动打印头中的各个喷嘴。本发明的一些实施例中，生成特征曲线来消除打印头缺陷，且可将打印头中每个喷嘴的波形值存储在查找表中。本发明的一些实施例中，再将抖动模式叠加到曲线上以与差异混合。本发明的实施例中，曲线的部分需连续响应，应设置为基准波形，以保持一致的颜色和性能。本发明的其他实施例使用打印头特征数据(即，单个喷嘴的速度)来生成特定的驱动模式，以校正因差异引起的点位置误差。本发明的实施例还将相邻的抖动增量限制为例如0.1-0.5μs的及时脉冲，以避免阶跃和串扰缺陷。图7中，在打印机上接收打印命令，以便打印机在打印机内打印头中的两个或多个喷嘴处进行打印作业。由此，打印机准备在喷嘴n(100)处进行打印作业。从查找表(104)中选择(102)波形并将其应用于喷嘴n。本发明的实施例中，应用抖动模式106，其中检查(108)相邻喷嘴处的波形大小以确定是否超出限值(110)。如果超出，则喷嘴的波形调整受到限制(112)；否则，喷嘴可使用调整后的波形进行打印(114)。若打印作业完成(116)，则该过程结束；否则，使喷嘴n递增，该过程将从喷嘴n+1开始重复。本发明的实施例结合用于诸如vutekhs100的高速数字uv喷墨打印机中的工业打印头来实施。图8是根据本发明所使用的打印机的透视图；图9是根据本发明所使用的打印机托架的透视图；图10是根据本发明所使用的打印机打印头布局的透视图；以及图11是根据本发明所使用的打印机打印头的透视图。现代打印机可具有50或更多的打印头。每个打印头价值1000-2000美元。使用较低成本的打印头而达到高成本打印头的质量是有利的。本发明的实施例独立表征了打印头喷嘴中的每一个，并为打印头创建查找表库，从而每个喷嘴具有与其他每个喷嘴几乎相同的性能，尽管也可能存在由于温度等原因引起的差异。这允许打印机中使用质量较低和/或较便宜的打印头。本发明的实施例中，喷墨喷嘴中的每一个通过不同的波形来驱动，从而可实现对特定打印头缺陷的校正。该系统驱动每个喷嘴稍微更硬或稍微更软一些，以使液滴出来地相对较快且较大或相对较慢且较小。若缺陷涉及慢速喷嘴或快速喷嘴，则可通过给予每个喷嘴不同的波形来使喷嘴中的一个或多个加速或减速，以校正缺陷。通常，打印头制造商提供关于典型喷嘴速度的数据。本发明的实施例中，这些速度通过改变传输到每个喷嘴的波形脉冲宽度而改变，其中在一点上，较宽的脉冲传输较多能量从而使油墨加速，而窄脉冲传输较少能量从而使油墨减速。应理解到，由于共振和非共振效应，在某点上脉冲宽度可能无法使油墨增速。此外，可使用其他方法来改变油墨速度。近期的发展情况表明，某些缺陷不是由测试数据所表征的液滴体积或速度造成的。例如，打印头的差分加热会导致较冷的喷嘴发射墨滴的速度较慢。为了校正该问题，使用可变波形来抵消和增强惰性喷嘴。而且，可将额外的非喷射脉冲应用到打印头的惰性喷嘴区域来导热。对打印头局部加热可消除温差，从而实现更一致的对应。因此，校正的关键缺陷是温度缺陷，其中打印头在端部处的温度往往会比中间部的温度低。温度较低的喷嘴会易于喷射得越弱越慢。本发明的实施例可在端部处加大力度驱动喷嘴，以校正该缺陷。如上所述，用于驱动打印头喷嘴的波形通常是方波，但每个波形的脉冲宽度不同。然而，本发明的其他实施例可使用其他形状的波形。本发明的当前优选实施例中，打印头是灰度头，可通过单脉冲(即，喷嘴开启时间的一个方波)寻址。喷嘴开启时间的单脉冲通常为6至10微秒。对于不同打印头，在不同的应用中，脉冲宽度可能超过该范围，该范围仅作为墨滴从每个喷嘴较快或较慢喷出的示例。本发明的实施例中，也可通过反复试验总结经验来确定波形的值。然而，本发明的当前优选实施例中，可通过使用波形进行打印并测量输出来创建波形，以确定油墨速度和墨滴体积，并观察喷嘴如何随着每个不同的波形而变化。因此，对喷嘴表征是为了了解如何响应不同的波形。对于每个打印机中的每个打印头，可通过软件生成器将波形设置在打印机硬件中，由此一些实施例中，可随时改变波形。可为各个不同打印头中的每个喷嘴设置波形，或可为每个打印机设置波形，以对所有打印头进行表征。本发明的当前优选实施例着眼于所有打印头的平均值，例如，彼此之间的对应、每种颜色的平均值，再使用每个喷嘴的平均波形来驱动每个喷嘴。本发明的一些实施例中，创建了包含波形的查找表。本发明的当前优选实施例提供了具有25至30个不同波形集合的查找表。因此，针对打印头可使用全套的波形集合，例如，任何时间点上可使用7个或8个波形。查找表中，打印机可包含30组7个波形。本发明的当前优选实施例中作出了两个调整：映射调整和波形集合调整。映射调整可将打印头中的每个喷嘴映射到特定的参考点(例如，0到7个3位系统)，其中零是基准波形。从而，波形集合的基准为零，其中极快的波形为7。因此，本实施例中，存在从慢到快或从小到大的8种不同的波形。通过从上到下改变增量，可利用每个喷头的一个典型映射，来控制打印头的调整量。本发明的实施例中，用户界面包括允许用户增加或减小每个喷嘴之间波形增量的滑块。若打印头的最后25个喷嘴速度很慢，但并非所有喷嘴均减慢相同的量，则可映射打印头端部处的特性，且可对最后25个喷嘴进行0到7的校正。中间的喷嘴，噪声可能比差异多，可将基准波形应用到此类喷嘴。响应于表征缺陷映射被改变。该表征会导致波形倾斜，进而消除待校正的缺陷。通过分析对该缺陷进行映射，进而创建该缺陷的特征图。实际上，可通过调整喷嘴波形来更正缺陷，这是消除缺陷的必要措施。对每个波形的调整均可映射到打印头并存储在查找表中。如上所述，本发明的实施例中，可单独地对各打印头创建映射，但本发明的其他实施例可将相同的映射发送到打印机中的所有打印头，例如，每个单独喷嘴的相同映射可用于打印机中，例如48个打印头中的每个打印头。第二调整自己调整波形集合。如上所述，示例性映射范围为0到7，但可根据需要选择任何其他范围的值。该范围可处理任何选定的波形，并增加或减少映射所适用的调整量。实际上，该调整缩放了映射。一些波形比其他波形宽(即，占空比较长)，这意味着波形中有较多能量来驱动喷嘴。与脉冲宽度有关的较多能量并不总会导致油墨沉积地较快较大。本发明的优选实施例中，脉冲宽度约为8微秒，但根据打印头、油墨等因素，实际的最佳脉冲宽度范围可变化；本发明的当前优选实施例提供了脉冲宽度，对于单个脉冲，宽度范围可高达约8.2微秒。若工作周期或喷嘴开启时间较短，则只需较少能量传入墨滴中。波形的特征是可将墨滴大小和速度与每个喷嘴的每个波形关联起来，以创建缺陷图。本发明的实施例中，示例性打印机(例如，vutekhs100)使用12皮升的seikogs508打印头。根据打印头中的缺陷和/或与打印机模式相关的缺陷，例如，打印模式交织的方式也可能表现出不同的缺陷，本发明的实施例可对一系列打印头进行表征。如此，某些情况下，表征不同模式是有利的。因此，打印机可具有查找表库，根据打印机中用于识别用户何时选择特定模式的逻辑，打印机可从库中选择特定的查找表。其他实施例中，若打印头制造商为最终测试中所使用的打印头提供了综合数据组，该数据组对各喷嘴进行了表征，则此类数据可用于自动创建查找表。若需要，可根据使用打印机的经验来调整该表。本发明的实施例还根据每种油墨的不同特性，为每种彩色油墨提供了不同的表格。例如，对于打印机中所使用的与其他油墨特征不同的透明油墨或白色油墨，可提供不同的波形集合或不同的查找表。该查找表体现了对性能属性进行否定的特性曲线；可对性能属性进行分析，并创建曲线或查找表。但相邻喷嘴之间具有较大的差别是不理想的。若一个喷嘴较弱而相邻的喷嘴较强，则不应将相差很大的波形集合应用于相邻喷嘴或相邻喷嘴块，以避免打印中出现明显的可见差异。为了避免出现伪影，该系统可在两个波形之间进行抖动，以使系统不只使用一个波形来调整例如10个喷嘴，再使用下一波形来调整10个喷嘴。相反，该系统可调整例如3个或4个喷嘴，再调整一个喷嘴，再调整另3个喷嘴，再调整两个喷嘴等，以实现较好的调整效果。因此，该系统可将转换混合。本发明的实施例中，抖动增量具有限制。如上所述，人们不期望喷嘴之间的阶跃太大，以至于在所得到的打印品中产生明显的伪影。本发明的实施例可为喷嘴开启时间提供0.5微秒的脉冲作为最大差异，其中典型差异范围为0.1到0.2微秒。一个喷嘴转换到下一喷嘴的过程中，波形宽度差异不应超过例如0.5微秒。对波形偏差的该限制对于解决相邻喷嘴之间的串扰也十分有用，其中一个喷嘴可能影响另一喷嘴。与相邻喷嘴相比，喷射力度大的喷嘴也会影响相邻喷嘴。施加抖动限制可减轻该串扰。关于打印缺陷，打印头的大部分(例如，打印头的90％)会发出噪声，其中该部分打印头的差异小且不会出现共同特征的缺陷。该部分打印头可通过基准波形驱动。因此，打印头中部90％的喷嘴通常均使用一个标准波形正常驱动。如上所述，为了否定打印头端部的不同性能属性(例如，由于上述热效应)，该系统可增加施加到每个喷嘴的驱动，并过度驱动打印头每端的最后5％喷嘴。随着喷嘴越来越远离打印头的中心，这通过增加经由每个喷嘴的波形施加到喷嘴的能量而使曲线变平。通常，打印头端部只有5％到10％的喷嘴可得到校正。许多情况下，无需调整剩余的喷嘴，且此类喷嘴可使用单个波形来驱动，这取决于打印头的特征和/或待否定的性能属性。本发明的实施例中，用户可创造性地调整曲线，以将特殊效果引入打印品中。因此，本发明的该实施例并未解决缺陷，而是为打印头引入了特殊处理。如此，用户可得到一个用户界面，包括用于增大或减小校正因素的滑块。用户不是改变查找表，而是将应用到每个喷嘴的波形差异幅度从最高调到最低。本发明的实施例也可用于校正各喷嘴，例如，具有特定缺陷的喷嘴(例如，惰性喷嘴)。针对此类喷嘴，更换打印头是不理想的，原因是打印头的其余部分可正常工作。这种情况下，单独的喷嘴可通过不同的波形来驱动以校正错误，从而可延长打印头的使用寿命。打印头可通过由打印头制造商提供的数据或通过经验产生的数据来表征，此类数据可用于生成查找表。因此，若存在速度缺陷，则可使用与每个打印头同时提供的制造商特征速度数据，来为每个打印头创建单独的查找表。再将查找表应用于打印机中的每个打印头，从而，打印头可实现完全直射。通常，打印头会出现轻微差异，例如，打印头内速度出现正负15％的差异。若不经校正，直线不会完全平直，而是呈波浪形，原因是一些喷嘴比其他喷嘴速度慢。打印头制造商可提供该特征形状。本发明的实施例中，可对慢速喷嘴、快速喷嘴和均速喷嘴进行识别。例如，打印机中的摄像头可查找点定位。这种情况下，打印机可使用一个打印头打印一行点，来打印测试图案。摄像头可读取并分析测试图案。将通过摄像头获得的点位置反馈到打印机，以创建一个查找表，以校正偏差或速度差异。根据该数据可创建反相表，再通过逐个改变提供给打印头中每个喷嘴的波形，可将该表应用于打印头。由此产生了直线打印。这并不一定可解决上述打印头中的温度缺陷，而只能解决单点定位的缺陷。如上所述，本发明解决了温度缺陷。通过为打印头中的每个喷嘴选择不同的波形，该系统可操纵油墨的传输速度。计算机实施方式图12是可用于实施根据本发明一些实施例中某特征的计算机系统框图。计算机系统可以是服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(pc)、用户设备、平板电脑、手提计算机、个人数字助理(pda)、蜂窝电话、苹果手机、苹果平板电脑、黑莓手机、处理器、电话、网络设备、网络路由器、交换机或桥接器、控制台、手持式控制台、(手持式)游戏设备、音乐播放器、任何便携式或手持式设备、可穿戴设备，或者可执行一组指令、序列或其他指令的任何机器，此类指令可指定该机器需进行的动作。所述计算系统1000可包括一个或多个中央处理单元(“处理器”)1002、存储器1004、输入/输出设备1008，例如，键盘和定点设备、触控设备、显示设备、存储设备，例如，磁盘驱动器和连接到互连1010的通信设备1006，例如，网络接口。图12中，互连是表示任何一个或多个单独的物理总线、点对点连接或两者通过适当的桥接器、适配器或控制器连接的抽象概念。因此，互连可包括例如系统总线、外围组件互连(pci)总线或pci-串行总线、超传输或工业标准架构(isa)总线、小型计算机系统接口(scsi)总线、通用串行总线(usb)、iic(12c)总线或电气和电子工程师协会(ieee)标准1394总线，也称为“火线”。存储器1004和存储设备是存储可实施本发明至少一部分实施例中指令的计算机可读存储介质。此外，数据结构和消息结构可通过数据传输介质(例如，通信链路上的信号)来存储或发送。可使用各种通信链路，例如，因特网、局域网、广域网或点到点拨号连接。因此，计算机可读介质可包括计算机可读存储介质(例如，“非暂时性”介质)和计算机可读传输介质。存储在存储器1004中的指令可作为软件和/或固件实施，进而对一个或多个处理器进行编程，执行上述操作。一些实施例中，可通过计算系统(例如，通过通信设备1006)从远程系统下载该软件或固件来初始地向处理系统1000提供此类软件或固件。本文介绍的本发明各实施例可通过例如用软件和/或固件编程的可编程电路(例如，一个或多个微处理器)，或完全在专用硬连线(即，不可编程)电路中，或以此类组合形式来实施。专用硬连线电路可为例如一个或多个asic、pld、fpga等形式。本文已参照优选实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应理解到，在不脱离本发明精神和范围的前提下，可使用其他应用程序来代替本文所述的
发明内容。因此，本发明仅限于下述权利要求。当前第1页12