专利名称：利用阀控制的打印装置和方法
技术领域：
本发明涉及可用来控制打印头工作的装置并涉及在工作中控制打印头的方法。
喷墨打印机是非接触式打印机，在打印机中墨水点从一个或多个喷嘴孔中喷出，逐渐在相对于喷嘴移动的基片上组成打印的图像。一种形式的喷墨打印机包括在压力下的墨水源，通常是加压到0.1到2巴(特别是大约1巴)的墨盒(reservoir)或墨瓶。例如，通过加压对墨盒或墨瓶中墨水上方的空气隙来建立压力，使墨水从墨盒或墨瓶馈入打印头的喷嘴孔，通过喷嘴以一系列小墨滴的形式喷出到基片表面上。通过每个喷嘴孔的墨水流由电磁阀控制。通常，这种阀门包括具有轴颈(journalled)的电磁活塞，用以在轴向延伸的电线圈中作轴向运动。活塞的远端位于阀门端头小室中，墨水通过所述小室从墨盒流到喷嘴孔。当通过线圈馈送电流时，就产生磁场，所述磁场作用在活塞上，使其作轴向运动，从而打开或关闭喷嘴孔的入口。通常，磁场的作用是克服线圈弹簧的偏压拉回活塞，以便在阀门头小室和喷嘴孔之间形成流动通路。当线圈中不再有电流流动时，磁场中止，因而活塞在弹簧的偏压下返回，靠在位于入口或入口周围的密封肋条、密封凸缘或其它密封装置上，固定在通向喷嘴孔的空腔内，使通向喷嘴孔的流动通路关闭。为方便起见，将使用术语”按需滴墨打印机”来一般性表示这种类型的喷墨打印机。
传统的喷墨打印头采用电磁控制和启动系统，将阀门打开预定的时间，以使墨滴能被喷出。阀门保持开启的时间决定着从阀门喷出的墨水数量，即，在打印的基片上所形成的墨滴的大小。阀门开启时间的调节既费时又费力，因为通常需对打印头矩阵中的每个阀门作手动调节。
根据本发明的第一方面，提供一种打印头，它包括打印阀门和打印阀控制装置，所述打印阀控制装置包括用以接收打印数据的第一数据输入线、用以存储所接收的打印数据的存储器装置、用以处理所存储的打印数据的处理装置，其中所述处理装置在工作时(a)将打印数据分成多个子单元；(b)将每个打印数据子单元写入存储器装置中各自的存储器装置位置；(c)从存储器装置中顺序地读出每一个打印数据子单元；以及(d)根据打印数据子单元启动打印阀门。
最好这样配置所述各自的存储器装置位置，使得在工作时，在前一存储器子单元之后基本上恒定的时段中从存储器装置中读出每个存储器子单元。可以把打印头旋转到第一取向，并且处理器可以改变所述时段的值。处理器最好这样改变所述时段值，以便以第二取向打印所述打印的图像。在顺序的打印数据读出后可以由所述处理器改写所述各自的存储器装置位置。
根据本发明的第二方面，提一种供利用打印头打印图像的方法，所述方法包括以下步骤(a)将打印头旋转到偏离垂直方向的所需的角度；(b)产生代表拟打印的图像的光栅信号；(c)将光栅信号分成多个子单元；(d)将每个光栅信号子单元写入存储器装置中的各自的存储器装置位置；(e)从存储器装置中顺序地读出各光栅信号子单元；以及(f)从打印头打印每一个光栅信号子单元。打印的图像具有基本上垂直的取向。
根据本发明的第三方面，提供一种打印的图像的方法。所述方法包括以下步骤(a)产生代表拟打印的图像的打印数据；(b)将打印数据分成多个子单元；(c)将每个打印数据子单元写入各自的存储器装置位置；(d)顺序地读出存储器装置；以及(e)根据从存储器装置中读出的打印数据子单元启动打印阀门，打印图像。
下面将通过举例说明并参考附图描述本发明的优选实施例及其在联机软件控制下的工作，附图中
图1为适用于本发明方法的电磁阀示意图2为按照本发明工作的打印装置的示意图；图3为按照本发明工作的打印装置优选实施例的第一示意图；图4为按照本发明工作的打印装置优选实施例的第二示意图；图5为按照本发明工作的打印装置优选实施例的第三示意图；图6为按照本发明的方法示意图。
图1为适用于本发明方法的电磁阀10的示意图。电磁阀10包括活塞20、管子30和线圈40。活塞20包括铁磁材料(或任何其它磁性材料)并且这样设置在管子30内，以便可以沿管轴自由移动。例如可以采用以下方法把活塞推向管子的开口端在线圈40上施加电流，电流在管子中产生磁场，磁场产生作用在活塞上的磁动势。加到线圈上的电流脉冲的定时和频率可由计算机控制(未示出)。电磁阀还包括返回机构(未示出)，例如弹簧，其作用是在活塞完成了其全部行程后使活塞返回到其初始位置。
在实际中，打印头包括这种阀门的矩阵，所述阀门排列成线性、方形或矩形布局。图2示出这种打印头矩阵220中的两个示范的阀门210a和210b。与每个阀门关联的是阀控制装置215a和215b，每个阀控制装置都与中心计算机系统230通信。通过从中心计算机系统230向每一个阀控制装置215a和215b传送控制脉冲来控制每个阀门的工作。中心计算机系统不是发送单一脉冲使阀门开启预定的时段，它可以发送更为复杂的信号，在各自的阀控制系统中解释所述信号，以便控制阀门的行为。例如，信号可以是字节宽度，且如果数值在某一范围之内，例如从25到255，则这可表示阀门应开启正比于信号数值的时间，例如开启25到255μs。信号的某些数值可使阀门保持开启预定的时段，所述时段由阀控制装置根据信号数值计算或从存储器中检索。某些信号数值也可用来启动阀门的其它动作，例如，报告与阀门关联的参数(例如消耗的墨水量)，或向阀控制系统提示要向阀控制系统传送新的或更新数据，以存储在阀控制系统的存储器中。如果需要有大于256的数值来提供所有控制信号，则可以增加控制信号的大小。如果需要向每个阀门传送单独的信号，则可以利用某种形式的时分或频分多路复用来传送信号。或者，可以在控制信号上加上附加位，以便对各阀门单独寻址，或作为形成打印头矩阵子集的块来寻址。同理，每个阀门保持开启的时段可按恒定的时段来改变，例如1μs或10μs，以便产生大小稍有不同的点尺寸。
在优选实施例中，阀控制装置包括现场可编程门阵列(FPGA)。FPGA包括存储器和逻辑元件，它们可由用户配置成提供所需的功能。在优选实施例中，FPGA以及关联的装置用来控制16个阀门的线性阵列。参阅图3，阀门610a、610b、…、610p由阀控制装置进行控制，阀控制装置包括FPGA616、电可擦可编程ROM(EEPROM)617、RAM618、可编程ROM(PROM)619以及输入/输出端622、624、626。FPGA 616连接到每个阀门610a、610b、…、610p，EEPROM617，RAM618，和PROM619。所有三个输入/输出端622、624、626都与FPGA连接。当FPGA加电时，它从PROM619装入其内部配置数据并遵从已经从PROM619装入的序列。EEPROM617存储一系列数据，包括包含与每个阀门关联的数据的查阅表、阀控制装置和FPGA的特定数据、状态信息等等。FPGA从EEPROM装入这些数据并通过把零数值写入RAM中的每个存储器位置来使RAM618初始化。然后FPGA等待从输入端之一接收打印数据或其它指令。输入/输出端622连接到计算机控制系统，而输入/输出端624可用来连接到又一阀控制系统(见下，参阅图5)，输入端626提供一系列脉冲，用于协调打印过程。当把所述阀门阵列打印到基片上时，基片通常在阀门下方移动。加到输入端626的系列脉冲可以由应用于使基片相对于阀门移动的装置的轴上的编码器产生。
图4为当从PROM619装入FPGA配置数据时，和FPGA一起形成的若干寄存器的示意图。第一寄存器631用来写入和读出EEPROM617，在从所述EEPROM读出初始化数据时也要用它。第二寄存器632从计算机控制系统接收打印数据，例如拟打印的字母数字字符或位图，或用以启动打印过程的接收信号。第二寄存器632还将打印数据写入RAM，并且用于在启动阶段将RAM初始化。第三寄存器从计算机控制系统接收配置数据，例如控制打印头倾斜的数据。第四寄存器634从RAM接收打印数据并将所述打印数据传送到第五寄存器635，后者利用所述打印数据使阀门610工作。
将所需的打印的图像(可包括字母数字字符)输入到计算机控制系统中，且将所述图像转换成可与阀控制装置进行通信的光栅数据。可以使阀门610工作不同的时段，以提供具有16级灰度的图像。所以，可以以对每个阀门包括4位字的光栅形式来提供打印数据，4位字的数值决定着将由阀门产生的灰度。打印数据由第二寄存器接收并写入RAM618。所述RAM在逻辑上配置成16行，每个阀门对应于一行。有许多列，每列对应于一个时隙。每次光栅扫描也对应于一个时隙，而时隙由轴编码器向FPGA提供脉冲的频率来决定。
当在FPGA接收打印数据时，第二寄存器解释每个阀门的灰度数据，得到每个阀门必需开启的时间，以便从第一寄存器中的查阅表中产生所需的灰度。理论上，每个阀门应保持开启相同的时段，以产生相同(dame)的灰度，但每个阀门的机械变化会导致每个阀门有稍稍不同的特性。对这些差异的校正系数保存在查阅表中。存储整个光栅需要多少列就使用多少列来将阀门时间写入RAM。将写入指针设定到数据的第一列。每个存储器位置保存关联的阀门和时隙的灰度数值。
当接收到下一个轴编码器脉冲时，由写入指针指示的RAM列被读出，以便确定需要起动16个阀门中哪一些阀门，即，哪一些存储器位置具有非零输入。一旦存储器位置被读出，则所述列中所有存储器位置就用零改写。
然后把所述阀门的标识以及阀门应开启的时间发送到第四寄存器，所述寄存器可以对阀门时间进行进一步的运算，以便对高速或连续的阀门起动之间有长时段条件下的阀门操作进行校正。然后将阀门时间传送到第五寄存器，第五寄存器计算等效于阀门时间的轴编码器脉冲数。然后，将阀门开启一段等于轴编码器的脉冲数的时段。
由于阀门610是机电装置，所以它们的尺寸对可获得的打印分辨率有一定的限制。通常，可以将每个阀门设置成偏离相邻阀门4mm。如果需要较高的分辨率(即较小的像素间隔)，则必需将矩阵倾斜，使一个轴上的阀门更为密集。例如，如果将阀门排列成线性阵列，以4mm的像素间隔垂直打印到基片上，那么，如果需要以2mm的垂直像素间隔打印，则需要将阀门阵列旋转45°。旋转阀门阵列的缺点在于如果不对光栅信号作校正，则不会以正确的取向打印所述打印的图像。
利用RAM来提供属于所述打印光栅数据的倾斜，可以有利地提供这种校正。在将灰度数据转换成阀门开启时间之后(而不是将阀门数据写入垂直列)，如上所述，可以将RAM内的写入数据偏移许多列，从而在RAM内重新产生所需的打印倾斜。
图6示出RAM618的示意图，图中可以认为RAM逻辑上配置成16行和多列(所用的列的数目取决于所用的RAM的总数，这一点在以下讨论)。每一行对应于一个阀门，每个阀门的二进制标识示于图6中每行的旁边。当阀门阵列未倾斜时，例如所需打印的图形是直线，则参阅以A表示的列，在接收到表示需打印的光栅的信号(称为”raster go”或”RASGO”信号)时，各阀门的开启时间将写入由写入指针指示的存储器列。当读出指针指示所述列时，将把各种阀门开启时间写入第四寄存器，以便各阀门工作一段所需的时段。然后将用零数值改写每个存储器位置，以表示所要求的打印工作已完成。
如果阵列的倾斜角为45°，则需要在RAM内适当地偏移光栅信号。接收到RASGO时，将把阀门0000的阀门开启时间写入以B表示的列。将把阀门0001的阀门开启时间写入下一列，并且将把阀门0010的阀门开启时间写入以C表示的列。重复这种偏移操作，直到阀门1111的阀门开启时间被写入距列B偏移15列的那一列。当读出指针指到列B时，阀门0000工作，当接收到下一个轴编码器脉冲时，读出指针就指到下一列，阀门0001将工作，如此进行，直到所有阀门都已工作。由于每个轴编码器脉冲表示基片移动固定的增量，例如10μm，所以，由阀门的连续的起动所产生的图像将补偿阀门的物理倾斜。
图6还示出使光栅信号倾斜的另一实例，此例中是倾斜30°。将把阀门0000的阀门开启时间写入以C表示的列，将把阀门0001的阀门开启时间写入偏离列C两列的那一列，依此类推。RAM内的倾斜允许阀门有一定的角度来提供所需的像素间隔，且仍能在垂直方向打印所需图像。虽然上述讨论是用光栅信号为直线来说明，但是，显然，利用上述方法任何字母数字字符或位图都可倾斜。已发现48K的RAM已足以能进行光栅倾斜(假定为有16个阀门的阵列和256个灰度打印)。
可以将所需的像素间隔输入到计算机控制系统中，然后计算机控制系统可以使阀门阵列旋转到适当的角度并且将必需的倾斜通告FPGA。或者，由计算机控制系统将所需的像素间隔通告给FPGA，FPGA可以控制阀门的旋转和RAM的倾斜。
通常，可以利用大约80μs和250μs之间的阀门开启时间来提供16级灰度。已经发现，最好最初在第一时段提供第一电压来开启阀门，并且在又一个时段提供低于第一电压的第二电压来保持阀门开启。这减少了以下的可能性即，阀门保持开启的时间长于提供所需灰度所需的时间，而导致打印性能下降。已经发现，最好是加36V脉冲大约80μs，并在阀门开启的剩余时间内加大约5V的第二脉冲。
在又一优选实施例中，把以上参阅图4所描述的阀控制装置和阀门一起设置在单一电路板650上。然后可以将许多电路板串联并使它们在物理上位于垂直阵列中，以便阀门能在打印基片上淀积出二维矩阵。在这种情况下(见图5)，电路板650a通过串联的输入/输出端622连接到计算机控制系统230，并通过串联的输入/输出端624连接到第二电路板650b。第二电路板650b通过串联的输入/输出端622连接到第一电路板，并通过串联的输入/输出端624连接到第三电路板650c，依此类推。串联链中最后的电路板可以检测其位置，因为其串联的输入/输出端624没有连接线。上电时，串联链中最后的电路板赋予本身地址0并将此地址传送到前一电路板，所述电路板便赋予本身地址1。此过程继续进行，地址数值递增，直到每个板都有了赋值的地址。此时第一板650a将其地址报告给计算机控制系统，使计算机控制系统知道所连接的电路板数。系统与某一电路板的任何通信都将用所述板的地址作为前缀。最好将16个电路板连接在一起，以提供16×16的打印矩阵。
在优选实施例中使用的FPGA是Xilinx Sparten II XC2S100，它之所以被优选是因为其配置可以在启动时由从PROM装入的数据来确定。这种FPGA也可由任何更价廉的装置来替代，装置中的FPGA是硬布线连接的，例如通过烧断熔丝来形成逻辑元件，而不是通过软件可配置的FPGA。
显然，本发明适用于任何类型的电磁阀，并适合于其中使用电磁阀的任何应用。申请人发现，本发明在用于高速电磁阀时特别有利，这一点在按需滴墨的喷墨打印机上具有其优越性。具体地说，本发明在用于共同未决的申请GB0203439.5中所描述的高速电磁阀时具有优越性。
权利要求
1.一种打印头，它包括打印阀门和打印阀控制装置，所述打印阀控制装置包括第一数据输入线，用于接收打印数据；存储器装置，用以存储所述接收的打印数据；处理装置，用以处理所述存储的打印数据；其中所述处理装置在工作时(a)将所述打印数据分成多个子单元；(b)将每个打印数据子单元写入所述存储器装置中的各自的存储器装置位置；(c)从所述存储器装置中顺序地读出每个打印数据子单元；以及(d)根据所述打印数据子单元启动所述打印阀门。
2.如权利要求1所述的打印头，其中这样配置所述各自的存储器装置位置，以便使用时，在所述前一存储器子单元之后的基本上恒定的时段中从所述存储器装置中读出每个存储器子单元。
3.如权利要求2所述的打印头，其中，使用时，所述处理器改变所述时段的数值。
4.如上述权利要求中任何一项所述的打印头，其中，使用时，可将所述打印头旋转到第一取向。
5.如权利要求4所述的打印头，其中，使用时，所述处理器改变所述时段的所述数值，以便以第二取向打印所述打印的图像。
6.如上述权利要求中任何一项所述的打印头，其中在顺序地读出打印数据之后所述处理器改写所述存储器装置位置。
7.一种用打印头打印图像的方法，所述方法包括以下步骤(a)将所述打印头旋转到偏离垂直的所需角度；(b)产生代表拟打印的图像的光栅信号；(c)将所述光栅信号分成多个子单元；(d)将每个光栅信号子单元写入存储器装置中各自的存储器装置位置；(e)从所述存储器装置中顺序地读出每个光栅信号子单元；以及(f)从打印头打印每个光栅信号子单元，所述打印的图像具有基本上垂直的取向。
8.一种打印图像的方法，所述方法包括以下步骤(a)产生代表拟打印的图像的打印数据；(b)将所述打印数据分成多个子单元；(c)将每个打印数据子单元写入各自的存储器装置位置；(d)顺序地读出所述存储器装置；以及(e)根据从所述存储器装置中读出的打印数据启动打印阀门，打印图像。
9.如权利要求8所述的方法，其中在步骤(d)，这样配置所述各自的存储器装置位置，以便在所述前一存储器子单元之后的基本上恒定的时段中从所述存储器装置中读出每个存储器子单元。
10.如权利要求9所述的方法，其中步骤(d)还包括改变所述时段的所述数值。
11.如权利要求8到10中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤(f)将所述打印头旋转到第一取向，步骤(f)在步骤(e)之前进行。
12.如权利要求11所述的打印头，其中步骤(d)还包括改变所述时段的所述数值，以便以第二取向打印所述打印的图像。
13.如权利要求8到12中任一项所述的方法，其中所述方法还包括以下步骤(g)在顺序地读出打印数据之后改写所述存储器装置位置。
全文摘要
本发明提供了一种打印图像的方法和实施此方法的装置，所述方法包括以下步骤(a)产生代表拟打印的图像的打印数据；(b)将所述打印数据分成多个子单元；(c)将每个打印数据子单元写入各自的存储器装置位置；(d)顺序地读出存储器装置；以及(e)根据从存储器装置中读出的打印数据启动打印阀门，打印图像。所述方法能使打印头倾斜以便可以获得不同的打印高度而仍在垂直方向打印。
文档编号G06K15/10GK1684838SQ03822472
公开日2005年10月19日 申请日期2003年7月11日 优先权日2002年7月25日
发明者D·A·霍尔斯内尔, M·B·汤林, A·莱歇赫布, O·J·普赖姆, M·J·福克斯, C·M·巴特斯 申请人:威尔勒国际有限公司