EP0730972A2 - Printhead thermal control - Google Patents
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- EP0730972A2 EP0730972A2 EP96101152A EP96101152A EP0730972A2 EP 0730972 A2 EP0730972 A2 EP 0730972A2 EP 96101152 A EP96101152 A EP 96101152A EP 96101152 A EP96101152 A EP 96101152A EP 0730972 A2 EP0730972 A2 EP 0730972A2
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- B41J2/38—Preheating, i.e. heating to a temperature insufficient to cause printing
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Druckkopfthermosteuerung für eine Thermodruckeinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Beispielsweise kann die Erfindung auf einen Thermodirekt-, Thermotransfer- oder ETR-Druckkopf oder Tintenstrahl-Druckköpfe mit zugehöriger Drucksteuerung angewendet werden. Solche Druckeinrichtungen können beispielsweise in Frankiermaschinen oder anderen Postverarbeitungsmaschinen vorteilhaft eingesetzt werden.The invention relates to a print head thermal control for a thermal printing device according to the type specified in the preamble of
Aus der DE 38 33 746 A1 ist die Vorerwärmung des Farbbandes vor dem Drucken bekannt. Durch Vorheizen des Druckelementes bis nahe an seine Drucktemperatur soll nämlich die zum Auslösen eines Druckvorganges erforderliche Energie minimal werden. Dadurch bleiben die Aufheiz- und Abkühlungszeiten des Druckelementes klein. Durch Vergleich von Soll- und Ist-Temperatur am Thermokopf lassen sich die Variablen (Impulshöhe und Impulsbreite) der Taktfrequenz der Vorheizimpulse an die benötigte Heizenergie anpassen. Allerdings kann nicht der Wärmezustand eines einzelnen Druckelementes berücksichtigt werden. Sollen nicht bereits lokale Temperaturunterschiede zusammen mit der Vorheizung einen Druck bewirken, muß ein größerer Sicherheitsabstand zur Drucktemperatur eingehalten werden. Das gilt um so mehr, je größer die Schwankungen der Umgebungstemperatur sind.From DE 38 33 746 A1, the preheating of the ink ribbon before printing is known. By preheating the printing element to close to its printing temperature, the energy required to initiate a printing process is to be minimized. As a result, the heating and cooling times of the printing element remain short. By comparing the target and actual temperature on the thermal head, the variables (pulse height and pulse width) of the clock frequency of the preheating pulses can be adapted to the required heating energy. However, the thermal state of an individual pressure element cannot be taken into account. If local temperature differences are not to produce pressure together with the preheating, a larger safety distance from the printing temperature must be maintained. The greater the fluctuations in the ambient temperature, the more so.
Es ist aus der DE 40 26 896 A1 schon bekannt, in Abhängigkeit vom Wärmezustand eines jeden Druckelementes Erregungsenergie zuzuführen, um mit dem Druckelement des Thermodruckkopfes einen Druckvorgang auszuführen. Der Druckkopf ist mit einem Temperaturfühler wärmemäßig gekoppelt. Die Berücksichtigung von Zeitkonstanten der Wärmeleitung im Druckkopf von den Heizelementen zur Temperaturfühlereinrichtung des Druckkopfes führt zur Korrektur der Druckimpulsdauer. Außerdem ist zur Simulation der Wirkung der Zeitkonstanten zusätzlich eine Kondensatorschaltung erforderlich. Allerdings kann damit nicht der Einfluß der Umgebungstemperatur simuliert werden.It is already known from DE 40 26 896 A1 to supply excitation energy depending on the thermal state of each printing element in order to carry out a printing operation with the printing element of the thermal print head. The printhead is thermally coupled to a temperature sensor. The consideration of time constants of the heat conduction in the print head from the heating elements to the temperature sensor device of the print head leads to the correction of the print pulse duration. A capacitor circuit is also required to simulate the effect of the time constant. However, the influence of the ambient temperature cannot be simulated.
Für einen Thermodruckkopf wurde in der DE 39 21 217 A1 bereits eine Berechnung auf der Basis einer Aufzeichnungsenergie, einer Kompensationsenergie und einer Wärmespeicherungsenergie, die bereits vor dem Druck auf das Druckelement einwirkt, vorgestellt.For a thermal print head, DE 39 21 217 A1 has already presented a calculation based on a recording energy, a compensation energy and a heat storage energy which already acts on the printing element before printing.
Aufgrund dieser Berechnung wird dann die Erregungszeit bzw. Spannungshöhe des Druckimpulses neu eingestellt. Eine solche Berechnung, in welcher der Energiezustand vor jedem Druckvorgang berücksichtigt werden muß und neue Wärmespeicherungsdaten für den nachfolgenden Energiezustand erzeugt und gespeichert werden, ist entweder nur mit zusätzlicher aufwendiger Hardware durchführbar oder der Druckkopf kann nicht für höhere Druckgeschwindigkeiten eingesetzt werden.Based on this calculation, the excitation time or voltage level of the pressure pulse is then reset. Such a calculation, in which the energy state must be taken into account before each printing process and new heat storage data for the subsequent energy state is generated and stored, can either only be carried out with additional complex hardware or the printhead cannot be used for higher printing speeds.
Aus der EP 329 369 A2 ist ein Verfahren zum Steuern der Speisung eines Thermodruckkopfes bekannt, bei welchem die Druckdaten der vorangegangenen und aktuellen Steuerungsvorgänge ausgewertet werden, um den Wärmezustand eines Druckelementes des Thermodruckkopfes zu ermitteln. Nach der Analyse werden die entsprechenden Druckelemente gezielt vorgeheizt bzw. eine Korrekturheizung durchgeführt. Eine derartige nachträgliche Analyse (sogenannte Historical Control) bindet Rechenzeit. Das ist immer dann nachteilig, wenn eine besonders hohe Druckgeschwindigkeit erreicht werden soll. Bei keinem der vorgenannten Thermodruckkopfsteuerungen wird der Einfluß der Umgebungstemperatur oder die Druckkopfparameteränderung, beispielsweise durch Alterung, direkt berücksichtigt.From EP 329 369 A2 a method for controlling the supply of a thermal print head is known, in which the print data of the previous and current control processes are evaluated in order to determine the thermal state of a print element of the thermal print head. After the analysis, the corresponding pressure elements are specifically preheated or corrective heating is carried out. Such a subsequent analysis (so-called historical control) ties up computing time. This is always disadvantageous if a particularly high printing speed is to be achieved. In none of the aforementioned thermal print head controls is the influence of the ambient temperature or the change in print head parameters, for example due to aging, directly taken into account.
Aus der EP 421 353 A1 ist ein Thermotransferdruckkopf in verschiedenen Druckmodi betreibbar. Auf dem Kopf ist ein Thermomeßelement angebracht, um die dem Kopf zugeführte Druckenergie in Abhängigkeit von der Kopftemperatur und in Abhängigkeit von der Kopfbeanspruchung (Druckmodus) zu regeln. Dabei wird die Impulsbreite mit steigender Kopftemperatur verringert, ohne daß eine Datenverarbeitung (Historical Control) für Vorheizimpulse bzw. für Heizimpulse eingesetzt werden muß. Das Verfahren arbeitet deshalb ungenauer als ein Verfahren mit Historical Control, so daß erst eine Kombination beider die erforderliche Genauigkeit erreichen läßt. Damit stellt sich wieder der Nachteil einer zeitaufwendigen Datenverarbeitung ein.From EP 421 353 A1, a thermal transfer print head can be operated in different printing modes. A thermal measuring element is attached to the head in order to regulate the pressure energy supplied to the head as a function of the head temperature and as a function of the head stress (pressure mode). The pulse width is reduced with increasing head temperature, without the need to use data processing (historical control) for preheating pulses or for heating pulses. The method therefore works less precisely than a method with historical control, so that only a combination of both has the required accuracy can be achieved. The disadvantage of time-consuming data processing arises again.
Ein Nachteil dieser Thermomeßelemente wäre zum einen, daß sie noch zu träge auf Temperaturveränderungen ansprechen (bedingt durch die thermische Speicherung des Kopfes) und zum anderen, daß das Anbringen der Thermopillen auf dem Kopf einen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Einflüsse der Umgebungstemperatur werden nur über die Kopftemperatur erfaßt, obwohl sie sich bereits auch ohne Auslösung des Druckvorganges auf das Farbband qualitätsmindernd auswirken können.A disadvantage of these thermometer elements would be, on the one hand, that they respond too slowly to temperature changes (due to the thermal storage of the head) and, on the other hand, that the application of the thermopills on the head means additional effort. Influences of the ambient temperature are only recorded via the head temperature, although they can have a quality-reducing effect even without triggering the printing process on the ink ribbon.
Diese Energiezuführung nach jener im EP 421 353 A1 genannten Methode, d.h. die mit steigender Temperatur verringerte Energiezuführung, beeinträchtigt nun die Druckqualität ganz erheblich, da bei einem nur ungenau vorgewärmten Druckkopf und hoher Umgebungstemperatur das Farbband zum Schmieren neigt, insbesondere wenn - wie im DE 42 25 798 A1 bereits vorgeschlagen wurde - im "Saving-Modus" gearbeitet wird. Andererseits wird durch die Variationsbreite der Heizimpulsdauer bereits die maximal erreichbare Druckgeschwindigkeit nach oben begrenzt.This energy supply according to the method mentioned in EP 421 353 A1, i.e. the energy supply, which decreases with increasing temperature, now considerably impairs the print quality, since the ink ribbon tends to smear when the printhead is not preheated and the ambient temperature is high, especially when - as was already proposed in DE 42 25 798 A1 - in "saving mode" is worked. On the other hand, the maximum achievable printing speed is already limited by the variation in the heating pulse duration.
Aus der DE 41 33 207 A1 ist ein Verfahren zum Steuern des Speisung eines Thermodruck-Heizelementes bekannt, bei dem die Druckdaten für mehrere zukünftige Druckspalten berücksichtigt werden, um daraus eine Anzahl Vorheizimpulse vor dem Druck selektiv für jedes Druckelement zu ermitteln. Die Thermodruckkopfsteuerung weist keinerlei Temperaturmeßmittel auf.From DE 41 33 207 A1 a method for controlling the supply of a thermal printing heating element is known, in which the printing data for several future printing columns are taken into account in order to selectively determine a number of preheating pulses before printing for each printing element. The thermal print head control has no temperature measuring means.
Im EP 279 637 A2 ist andererseits der Einsatz eines zweiten Thermistors in der Nähe der Lufteintrittsöffnung zur Ermittlung der Temperatur der Umgebungsluft des Gerätes vorgeschlagen worden. Diese Information wird ebenfalls wie die Information über die Kopftemperatur einem Mikroprozessor zugeführt, der entsprechend einer steigenden Umgebungstemperatur die Energiezuführung zum Druckkopf verringert. Problematisch ist die Ungleichheit der Kennlinien beider Thermistoren für eine genauere Berechnung.In EP 279 637 A2, on the other hand, the use of a second thermistor in the vicinity of the air inlet opening for determining the temperature of the ambient air of the device has been proposed. This information is also like the information about the Head temperature supplied to a microprocessor, which reduces the energy supply to the print head according to an increasing ambient temperature. The inequality of the characteristic curves of both thermistors is problematic for a more precise calculation.
In der DE 32 36 150 A1 wurde für einen Warmübertragungsdrucker bereits ein Steuerelement zum Steuern der Speiseströme aus der Thermokopf-Treiberstufe entsprechend der Umgebungstemperatur vorgeschlagen. Vorzugsweise wird ein Thermistor in die Speisespannungszuleitung zum Druckkopf geschaltet.DE 32 36 150 A1 has already proposed a control element for controlling the feed currents from the thermal head driver stage in accordance with the ambient temperature for a heat transfer printer. A thermistor is preferably connected into the supply voltage feed line to the printhead.
Der Thermistor hat eine Temperaturkennlinie, welche derjenigen des Farbbandes entspricht. Somit ändern sich auf einfache Weise die Speiseströme in einem bestimmten Verhältnis zur Umgebungstemperatur. Durch den Spannungsabfall über den Thermistor in der Speisespannungszuleitung geht Energie für den Druck verloren. Der Wirkungsgrad wird besonders für Druckköpfe höher Auflösung, d.h. mit vielen Druckpunkten (dots) verschlechtert. Außerdem kann damit eine vom Druckbildinhalt abhängige Schwankung des Druckbildes nicht korrigiert werden.The thermistor has a temperature characteristic which corresponds to that of the ink ribbon. The feed currents thus change in a simple manner in a certain ratio to the ambient temperature. The voltage drop across the thermistor in the supply voltage supply leads to energy being lost for the pressure. Efficiency is particularly important for higher resolution printheads, i.e. deteriorated with many pressure points (dots). In addition, a fluctuation in the print image that is dependent on the print image content cannot be corrected.
Aufgabe ist es, eine technische Lösung für eine elektronische Thermosteuerung von Druckköpfen zu finden, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und kostengünstig realisierbar ist.The task is to find a technical solution for an electronic thermal control of printheads that avoids the disadvantages of the prior art and can be implemented inexpensively.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst.The object is achieved with the features of
Die unterschiedlichen Ursachen für eine notwendige Thermosteuerung liegen einmal in den Druckbilddaten und andererseits in den Bedingungen, die auf den Abdruck Einfluß nehmen. Es wird vorausgesetzt, daß zur elektronischen Ansteuerung eines Druckkopfes ein Steuermittel, in aller Regel ein Mikroprozessor, im System vorhanden ist, der neben aktuellen Maschinenparametern und Druckbilddaten auch mit anderen Daten beaufschlagt wird.The different causes for a necessary thermal control lie on the one hand in the print image data and on the other hand in the conditions that influence the print. It is assumed that for the electronic control of a print head Control means, usually a microprocessor, is present in the system, which is loaded with other data in addition to current machine parameters and print image data.
Das Farbband bzw. der Aufzeichnungsträger hat eine viel geringere Wärmekapazität als der Druckkkopf und reagiert demzufolge schneller auf Temperaturschwankungen. Es wurde hierzu gefunden, daß eine Temperaturmessung auf dem Druckkopf in vorteilhafter Weise entfallen kann und daß außerdem bei der Umgehungstemperaturmessung` d.h. wenn der Druckkopf nicht mit dem Temperaturfühler wärmemäßig gekoppelt ist, eine wesentlich schnellere Ansprechzelt gewährleistet wird, im Gegensatz zu herkömmlich auf dem Druckkopf eingesetzten Thermofühlern.The ink ribbon or the recording medium has a much lower heat capacity than the print head and consequently reacts faster to temperature fluctuations. It has been found that a temperature measurement on the printhead can advantageously be dispensed with and that in addition bypass temperature measurement, i.e. if the printhead is not thermally coupled to the temperature sensor, a much faster response tent is guaranteed, in contrast to thermal sensors conventionally used on the printhead.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Druckkopfthermosteuerung eine Kombination aus einer Drucksteuereinheit zugeordneten Leistungselektronik, welche die Amplitude der Druckkopfspannung entsprechend der Umgebungstemperatur regelt, und einer Steuereinheit, die nach einem vorausschauenden Steuerverfahren zur Speisung einzelner Druckelemente mit Druckimpulsen und mit Vorheizimpulsen bei variabler Impulsdauer arbeitet, aufweist.The solution to the problem according to the invention is that the print head thermal control is a combination of power electronics assigned to a print control unit, which regulates the amplitude of the print head voltage according to the ambient temperature, and a control unit which, according to a predictive control method, for supplying individual print elements with print pulses and with preheating pulses with a variable pulse duration works, has.
Es ist vorgesehen, daß für die langsamen Temperaturänderungen der Umgebungstemperatur in an sich bekannter Weise ein Thermofühler eingesetzt wird, der kostengünstig in der Nähe der Leistungselektronik und vorhandener Lüftungsschlitze angeordnet ist, um die Impulsamplitude zu regeln. Es ist weiterhin vorgesehen, daß davon entkoppelt über festgelegte Zeitfenster der Gesamtinhalt der zum Druckkopf gesendeten Energie (die durch die Bilddaten eindeutig bestimmt ist) vom Mikroprozessor vorausschauend ausgewertet wird und in Abhängigkeit die zugeführte Druckenergie dem zu erwartenden Temperaturverlauf am Kopf angepaßt wird.It is provided that a thermal sensor is used for the slow temperature changes of the ambient temperature in a manner known per se, which is inexpensively arranged in the vicinity of the power electronics and existing ventilation slots in order to regulate the pulse amplitude. It is furthermore provided that, decoupled from this, the total content of the energy sent to the printhead (which is uniquely determined by the image data) is evaluated in advance by the microprocessor and depending on the pressure energy supplied to it expected temperature profile on the head is adjusted.
Bei einem vorausschauenden Steuerverfahren werden vorteilhaft zukünftige Steuerparameter berechnet, so daß auch die durch Tempera-turveränderung zu erwartenden Einflüsse relativ gering bleiben. Damit bleibt die Regelabweichung gering und starke Schwankungen in der Regelung werden vermieden, d.h. ein Überschwingen tritt nicht auf.With a predictive control method, future control parameters are advantageously calculated so that the influences to be expected due to temperature changes also remain relatively small. This means that the control deviation remains low and strong fluctuations in the control are avoided, i.e. overshoot does not occur.
Durch eine speicherbare Voreinstellung von Parametern, kann ein Potentiometer durch eine Software-Poti genannte Schaltung ersetzt werden. Solche ein Software-Poti kann von einem Service-Techniker über Betätigungsmittel der Tastatur 2 im Service-Modus eingestellt werden, ohne daß dazu die Frankiermaschine geöffnet werden muß.Through a storable presetting of parameters, a potentiometer can be replaced by a circuit called software potentiometer. Such a software potentiometer can be set by a service technician via the actuating means of the
Eine entsprechende Druckkopfthermosteuerungsvariante ist für einen Druckkopf vorgesehen, der eine Vielzahl von Druckelementen aufweist und der mit einer Leisungselektronik und mit einer Drucksteuereinheit und mit einer Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit mit dem Eingabemittel und mit dem Ausgabemittel über eine I/O-Steuerung und mit Speichermittel gekoppelt ist. Die Leistungselektronik regelt die Amplitude der Druckkopfspannung proportional zur gemessenen Temperatur und ist der Drucksteuereinheit zugeordnet. Eine Vielzahl von Druckelementen werden vom Mikroprozessor der Steuereinheit nach einem vorausschauenden Steuerverfahren angesteuert. Es sind Mittel zur elektronischen Voreinstellung der Amplitude der Druckkopfspannung und zur Lieferung von Steuerungsparametern vorgesehen. Die Mittel zur elektronischen Voreinstellung schließen Speichermittel, den Mikroprozessor der Steuereinheit, eine I/O-Steuerung und Betätigungsmittel des angeschlossenen Eingabemittels und eine mit dem Mikroprozessor der Steuereinheit verbundene Leisungselektronik ein, wobei letztere einen Digital/Analog-Umsetzer und eine Regelschaltung aufweist. Die Voreinstellspannung kann mittels Betätigungsmittel des Eingabemittels im Service-Mode entsprechend den kundenspezifisch erforderlichen Druckkopfparametern eingestellt und die Einstellung in einem der Speichermittel nichtflüchtig gespeichert werden.A corresponding print head thermal control variant is provided for a print head which has a multiplicity of print elements and which is connected to power electronics and to a print control unit and to a control unit, the control unit being connected to the input means and to the output means via an I / O control and Storage means is coupled. The power electronics regulate the amplitude of the printhead voltage in proportion to the measured temperature and is assigned to the pressure control unit. A large number of printing elements are controlled by the microprocessor of the control unit according to a predictive control method. Means are provided for electronically presetting the amplitude of the printhead voltage and for supplying control parameters. The means for the electronic presetting include storage means, the microprocessor of the control unit, an I / O control and actuating means of the connected input means, and power electronics connected to the microprocessor of the control unit a, the latter having a digital / analog converter and a control circuit. The presetting voltage can be set by means of actuating means of the input means in the service mode in accordance with the printhead parameters required by the customer, and the setting can be stored in a non-volatile manner in one of the storage means.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1,- Blockschaltbild einer Frankiermaschine mit der erfindungsgemäßen Druckkopfthermosteuerung,
Figur 2,- Schaltbild der Leistungselektronik der erfindungsgemäßen Druckkopfthermosteuerung,
Figur 3,- Prinzip einer vom Mikroprozessor umschaltbaren Widerstandsanordnung,
Figur 4,- Schaltbild einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Druckkopfthermosteuerung mit Realisierung eines Software-Potis,
- Figure 1,
- Block diagram of a franking machine with the print head thermal control according to the invention,
- Figure 2,
- Circuit diagram of the power electronics of the print head thermal control according to the invention,
- Figure 3,
- Principle of a resistance arrangement switchable by the microprocessor,
- Figure 4,
- Circuit diagram of a further variant of the print head thermal control according to the invention with implementation of a software potentiometer,
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Frankiermaschine mit der erfindungsgemäßen Druckkopfthermosteuerung. Als Druckeinrichtung der Frankiermaschine kann beispielsweise ein Thermodirekt-, Thermotransfer-ETR- oder Tintenstrahl-Druckkopf 1 mit zugehöriger Drucksteuereinheit (DS) 14 verwendet werden. Diese Drucksteuereinheit 14 dient zur Ansteuerung Druckelemente für einen digitalen Druck.FIG. 1 shows a block diagram of a franking machine with the print head thermal control according to the invention. A thermal direct, thermal transfer ETR or ink
Die Drucksteuereinheit 14 steht mit dem Druckkopf 1 zur Datenübernahme mittels Leitungen DÜ und außerdem über eine Leistungselektronik LE zur Leistungsübernahme mittels Leitungen LÜ in Verbindung. Der Einfachheit halber wurde nur eine Leitung dargestellt.The
Die Anordnung bestehend weiterhin aus einer mit Ein/Ausgabemitteln 2, 3, 4 sowie mit flüchtigen Speichermitteln 7 und mit nichtflüchtigen Speichermitteln 5, 8, 9, 10, 11 verbundenen Steuereinheit 6, die nach einem vorausschauenden Steuerverfahren arbeitet, welches ohne direkte Temperaturmessung auf dem Druckkopf 1 auskommt. Die Steuereinheit 6 ist außerdem mit einem Encoder 13 als Wegaufnehmer und mit einer Transportvorrichtung 12 für das Postgut bzw. mit einem Streifengeber einschließlich Streifenauslösung 12 verbunden. Die einzelnen Druckspalten werden entsprechend der Transportgeschwindigkeit des Postgutes gedruckt bis das Frankierstempelbild vollständig ist. Im Programmspeicher 11 sind neben dem Betriebsprogramm die Pixelbilddaten für die unveränderlichen Bildteile gespeichert. Im Charakterspeicher 9 sind die variablen Pixelbilddaten, die entsprechend der Eingabe über eine Tastatur 2 in einen nichtflüchtigen Arbeitsspeicher übernommen werden, gespeichert. Der Uhr/Datum-Baustein 8 liefert weitere Eingabedaten für den Poststempel, für den in gleicher Weise Pixelbilddaten erzeugt werden. Im flüchtigen Speichermittel 7 wird das fertige Pixelbild gespeichert und vom Mikroprozessor der Steuereinheit 6 vorausschauend ausgewertet. Das flüchtige Speichermittel 7 ist beispielsweise ein RAM-Baustein oder ein internes RAM des Mikrorozessors in der Steuereinheit 6. Die Steuereinheit 6 liest aus dem verbundenen Pixelspeicher 7 die Pixelbilddaten aus und bearbeitet diese Daten, um der Drucksteuereinheit 14 Druckbilddaten entsprechend dem vorausschauenden Steuerverfahren zuzuführen. Dabei ist das entsprechende Betriebsprogramm im Programmspeicher 11 gespeichert.The arrangement also consists of a
In vorteilhafter Weise wird nach dem vorausschauenden Steuerverfahren gemäß DE 41 33 207 A1 gearbeitet. Soll in naher Zukunft mit dem Druckelement ein Druckvorgang ausgelöst werden, so wird zur Vorbereitung des Druckvorganges das Druckelement bereits zu Zeitpunkten mit Vorheizstromimpulsen beaufschlagt, in welchen es nicht zum Druck beiträgt. Dabei wird der Energieinhalt der Vorheizimpulse fortlaufend erhöht und somit eine hohe Druckgeschwindigkeit erreicht. Durch die vorgenannte Vorschau auf die zukünftigen Druckdaten wird weniger Rechenzeit während des Druckens verbraucht, wenn die Berechnung bereits vor dem Druckvorgang des gesamten Stempelbildes beginnt.The predictive control method according to DE 41 33 207 A1 is advantageously used. If a printing process is to be triggered with the printing element in the near future, then in preparation for the printing process, the printing element is already subjected to preheating current pulses at times in which it does not contribute to printing. The energy content of the preheating pulses is continuously increased, thus achieving a high printing speed. The aforementioned preview of the future print data means that less computing time is used during printing if the calculation begins before the entire stamp image is printed.
Normalerweise wird für den Betrieb eines Thermotransferdruckkopfes also kein Thermofühler auf dem Druckkopf benötigt, um starke Temperaturschwankungen zu erfassen und auszuregeln, weil die Steuerung ausreichend exakt arbeitet.Normally, a thermal transfer printhead does not require a thermal sensor on the printhead to detect and regulate strong temperature fluctuations because the control works with sufficient accuracy.
Das schließt aber nicht aus, daß zum Schutz des Druckkopfes eine - nicht dargestellte - zusätzliche Umschaltung der Heizimpulshöhe bei starker Aufheizung des Druckkopfes vorgesehen wird. Dann wäre ein zweiter am Druckkopf in an sich bekannter Weise angeordneter Thermistor (relativ teure Thermistorpille) erforderlich. Die Praxis hat aber gezeigt, daß die Druckköpfe so betriebssicher gefertigt werden, daß in der Regel auf einen solchen Schutz verzichtet werden kann.However, this does not exclude that an additional switchover (not shown) of the heating pulse height is provided for protecting the print head when the print head heats up considerably. Then a second thermistor (relatively expensive thermistor pill) arranged on the printhead in a manner known per se would be required. Practice has shown, however, that the print heads are manufactured so reliably that such protection can generally be dispensed with.
Für den Thermistor, der nur die Umgebungstemperatur erfaßt, kann somit eine billige Bauform anstatt der teuren Thermistorpille eingesetzt werden, weil die Anordnung nicht mehr auf dem Druckkopf erfolgt. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, daß der Thermistor nun nicht mehr direkt am Druckkopf plaziert sein muß, ergibt sich einerseits aus dem Einsatz des vorgenannten vorausschauenden Steuerverfahrens.For the thermistor, which only detects the ambient temperature, a cheap design can be used instead of the expensive thermistor pill because the arrangement is no longer carried out on the print head. The advantage of the solution according to the invention that the thermistor no longer has to be placed directly on the printhead results on the one hand from the use of the aforementioned predictive control method.
Andererseits ist es mit der Erfindung gelungen, die thermischen Speicherglieder der Meßanordnung mit dem Thermofühler derart zu reduzieren, daß eine genügend schnelle Nachregelung bei Umgehungstemperaturänderung ohne Überschwingen erfolgt. Zusätzlich kann noch sowohl die verwendete Bandsorte bzw. beim Thermodirektdruck die verwendete Papiersorte als weitere Einflußgröße einfacher berücksichtigt werden.On the other hand, the invention has succeeded in reducing the thermal storage elements of the measuring arrangement with the thermal sensor in such a way that a sufficiently rapid readjustment takes place when the bypass temperature changes without overshoot. In addition, both the type of tape used or, in the case of direct thermal printing, the type of paper used can be considered more easily as a further influencing variable.
Es werden somit eine unterlagerte langsame Regelung der Amplitude der Druckimpulse für langsame Änderungen der Umgebungstemperatur und eine überlagerte extrem schnelle und genaue Temperatursteuerung, die in Abhängigkeit von den aktuellen Druckbildinhalten und den damit verbundenen Gesamtenergien des Systems vorausschauend arbeitet, in vorteilhafter Weise kombiniert und dabei der Schaltungs- und Bauelementeaufwand weiter verringert.A subordinate slow control of the amplitude of the pressure pulses for slow changes in the ambient temperature and a superimposed extremely fast and precise temperature control, which works in a predictive manner depending on the current print image contents and the associated overall energies of the system, are advantageously combined, and thereby the circuit - And component costs further reduced.
In der Figur 2 ist die Leistungselektronik LE mit dem Temperaturfühler R9 zur temperaturabhängigen Anpassung der Druckimpulsspannungshöhe dargestellt. Durch die Dimensionierung sind unterschiedliche Steuerverhalten realisierbar. Die Meßanordnung kann in der Nähe der Elektronik und somit kostengünstig im System angeordnet sein (Wegfall von Zuleitungen) und Steckverbindungen.FIG. 2 shows the power electronics LE with the temperature sensor R9 for the temperature-dependent adjustment of the pressure pulse voltage level. Due to the dimensioning, different control behavior can be realized. The measuring arrangement can be arranged in the vicinity of the electronics and thus inexpensively in the system (omission of supply lines) and plug connections.
Es ist vorgesehen, daß die Leistunselektronik einen den Temperaturfühler R9 enthaltenden Spannungsteiler R8, R9 für die Messung der Umgebungstemperatur auf-weist, dessen Abgriff mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Proportionalreglers N9 verbunden ist und daß der invertierende Eingang des Proportionalreglers N9 mit einer Referenzspannungsquelle verbunden ist, sowie daß der Proportionalregler N9 mit dem Steuereingang mindestens eines Konstantspannungsbausteins N1, N2, N3 verbunden ist.It is provided that the power electronics have a voltage divider R8, R9 containing the temperature sensor R9 for measuring the ambient temperature, the tap of which is connected to the non-inverting input of a proportional controller N9 and that the inverting input of the proportional controller N9 is connected to a reference voltage source. and that the proportional controller N9 is connected to the control input of at least one constant voltage module N1, N2, N3.
Es ist weiterhin vorgesehen, daß der Temperaturfühler R9 ein Thermistor ist und der Spannungsteiler R8, R9 aus einem zweiten Konstantspannungsbaustein N4 mit einer zweiten konstanten Spannung gespeist wird.It is further provided that the temperature sensor R9 is a thermistor and the voltage divider R8, R9 is fed from a second constant voltage module N4 with a second constant voltage.
Der Steuereingang des mindestens einen Konstantspannungsbausteins N1, N2, N3 ist mit einem Einstellmittel R verbunden. Die Druckimpulsspannungshöhe wird bei definierter Temperatur auf eine Spannung, beispielsweise +16 V beim Thermotransferdruckverfahren, mittels einem Einstellmittel R eingestellt. Über Stromverteilungswiderstände R1, R2, R3 sind beispielsweise drei Konstantspannungsbausteine N1, N2, N3 ausgangsseitig verbunden. Auf das Einstellmittel R, vorzugsweise ein Einstellwiderstand, ist der Ausgang des Proportional-Reglers N 9 über ein RC-Glied R7, C3 gelegt, welcher mit seinem invertierenden Eingang mit dem Abgriff des (den Thermistor R9 enthaltenden) Spannungsteilers R8, R9 verbunden ist. Der zweite Konstantspannungsbaustein N4 liefert die erforderliche +5 V-Versorgungsspannung für die Elektronik. Der andere nichtinvertierende Eingang des Reglers N9 liegt am Abgriff eines weiteren Spannungsteilers R5, R6 auf Referenzpotential.The control input of the at least one constant voltage module N1, N2, N3 is connected to an adjusting means R. The pressure pulse voltage level is set at a defined temperature to a voltage, for example +16 V in the thermal transfer printing process, by means of an adjusting means R. For example, three constant voltage modules N1, N2, N3 are connected on the output side via current distribution resistors R1, R2, R3. The output of the
Die überlagerte schnelle Thermosteuerung durch den Mikroprozessor ist von verschiedenen Systemparametern (wie z.B. Druckgeschwindigkeit, Druckmodus) abhängig. Der Mikroprozessor kann, mit diesen Informationen gespeist, beliebige Steuerkurven und beliebiges Steuerverhalten realisieren.The superimposed rapid thermal control by the microprocessor depends on various system parameters (such as printing speed, printing mode). The microprocessor, fed with this information, can implement any control curves and any control behavior.
Eine vorteilhafte Variante besteht darin, daß das Einstellmittel R ein vom Mikroprozessor der Steuereinheit 6 angesteuerter D/A-Wandler ist bzw. daß das Einstellmittel eine seitens des Mikroprozessors umschaltbare Widerstandsanordnung enthält.An advantageous variant consists in that the setting means R is a D / A converter controlled by the microprocessor of the
Die Figur 3 zeigt eine solche vom Mikroprozessor umschaltbare Widerstandsanordnung. Damit lassen sich über die Daten D mittels der Schalter Sb und Sc die Widerstände Rb und Rc entsprechend der gewünschten Voreinstellung der ersten konstanten Spannung zuschalten. Der Gesamtwiderstand Rges beträgt:
- im Fall a):
- im Fall b):
- im Fall c):
- im Fall d):
- in case a):
- in case b):
- in case c):
- in case d):
Somit kann die Bandgeschwindigkeit bzw. die Druckgeschwindigkeit berücksichtigt bzw. ein Grundkontrast für das Druckbild eingestellt werden. Die erforderlichen Daten D für die Einstellung des Grundkontrastes sind im Speicherbereich H des Arbeitsspeichers 5 nichtflüchtig gespeichert und können per Tastatur 2 eingegeben werden.The belt speed or the printing speed can thus be taken into account or a basic contrast can be set for the printed image. The data D required for setting the basic contrast are stored in the non-volatile memory area H of the
In der Figur 4 wird eine weitere Schaltungsvariante dargestellt, mit der eine elektronische Voreinstellung des Spannungswertes mittels eines Digital/Analog-Umsetzers (DAU) realisierbar ist. Eine solche Schaltungsvariante wird auch als Software-Poti bezeichnet.FIG. 4 shows a further circuit variant with which an electronic presetting of the voltage value can be implemented using a digital / analog converter (DAU). Such a circuit variant is also referred to as a software potentiometer.
Die Frankiermaschine ist in einen Service-Modus umschaltbar. Je nach Betätigung eines entsprechenden Betätigungsmittels, vorzugsweise einer Taste für eine Up-Funktion und einer Taste für eine Down-Funktion kann der voreingestellte Spannungswert erhöht oder verringert werden. Der Digital/Analog-Umsetzers (DAU) besteht beispielsweise aus einem vom Mikroprozessor ansteuerbaren HC-Latch 20 und einem R2R-Widerstandsnetzwerk R51 bis R58 und R61 bis R 67. Die DAU-Ausgangsströme werden vom vorgenannten R2R-Widerstandsnetzwerk, welches mit einem gegen Massepotential geschalteten Widerstand R6 einen Spannungsteiler bildet, in eine Voreinstellspannung umgesetzt, welche am nichtinvertierenden Eingang eines Reglers N9 anliegt.The franking machine can be switched to a service mode. Depending on the actuation of a corresponding actuating means, preferably a button for an up function and a button for a down function, the preset voltage value can be increased or decreased. The digital / analog converter (DAU) consists, for example, of an HC-
Diese Spannung kann beispielsweise mit einer Schrittweite von 0,01 V von einem 8-bit-DAU umgesetzt werden. Der vorgenannte Regler N9 ist als Subtrahierverstärker geschaltet. An seinem invertierenden Eingang liegt die Ausgangsspannung eines Temperaturfühlermeßverstärkers N8 an. Am Ausgang des Reglers N9 liegt über ein RC-Glied R7C3 der nichtinvertierende Eingang (+) eines nichtinvertierenden Einstellverstärkers N10, V3, R13 und R14 an. Der Ausgang des vorgenannten Einstellverstärkers liegt über einen Widerstand R15 am Steuereingang des mindestens einen Konstantspannungsbausteins N1, N2, N3 an. Entsprechend der gewählten Schaltung des Temperaturfühlermeßverstärkers N8 ist vorgesehen, daß als Temperaturfühler ein NTC-Termistor mit negativen Temperaturkoeffizienten dient, der mit einem Vorwiderstand R8 und einem einen Masseanschuß liefernden Fußpunktwiderstand R18 einen Spannungsteiler bildet, wobei der Termistor R9 des Spannungsteilers aus einem zweiten Konstantspannungsbaustein N4 mit einer zweiten konstanten Spannung U4 gespeist wird. Der Spannungsteilerabgriff liegt am nichtinvertierenden Eingang des Temperaturfühlermeßverstärkers N8 an und ist mit einem zum Fußpunktwiderstand R18 parallel geschalteten Kondensator C9 stabilisiert. Mit steigender Temperatur liefert der Spannungsteiler an seinem Abgriff eine zunehmende Spannung an den nichtinvertierenden Eingang des Temperaturfühlermeßverstärkers N8, dessen Ausgangsspannung ansteigt. Infolge dessen steigt auch die von der Voreinstellspannung zu subtrahierende Ausgangsspannung des Temperaturfühlermeßverstärkers N8 und die Steuerspannung verringert sich. Somit wird am Ausgang des mindestens einen Konstantspannungsbausteins N1, N2, N3 eine erste Spannung U1 erzeugt, welche die erforderliche Druckspannungshöhe zu erzeugen gestattet.This voltage can be converted, for example, with a step size of 0.01 V by an 8-bit DAC. The aforementioned controller N9 is connected as a subtracting amplifier. The output voltage of a temperature sensor amplifier N8 is present at its inverting input. The non-inverting input (+) of a non-inverting adjusting amplifier N10, V3, R13 and R14 is present at the output of the controller N9 via an RC element R7C3. The output of the aforementioned setting amplifier is present via a resistor R15 at the control input of the at least one constant voltage module N1, N2, N3. According to the selected circuit of the temperature sensor measuring amplifier N8, it is provided that an NTC termistor with negative temperature coefficients is used as the temperature sensor, which forms a voltage divider with a series resistor R8 and a base resistor R18 providing a ground connection, the termistor R9 of the voltage divider comprising a second constant voltage module N4 a second constant voltage U4 is fed. The voltage divider tap is present at the non-inverting input of the temperature sensor amplifier N8 and is stabilized with a capacitor C9 connected in parallel with the base resistor R18. With increasing temperature, the voltage divider at its tap supplies an increasing voltage to the non-inverting input of the temperature sensor amplifier N8, the output voltage of which increases. As a result, the output voltage of the temperature sensor amplifier N8 to be subtracted from the preset voltage also increases and the control voltage decreases. A first voltage U1 is thus generated at the output of the at least one constant voltage module N1, N2, N3, which allows the required compressive stress level to be generated.
Der zweite Konstantspannungsbaustein N4 liefert eine zweite Spannung U2, beispielsweise die erforderliche +5 V-Versorgungsspannung für die Druckkopfelektronik.The second constant voltage module N4 supplies a second voltage U2, for example the required +5 V supply voltage for the printhead electronics.
Die Leistungselektronik steht mit der - in der Figur 1 nicht näher dargestellten - Druckkopfelektronik des Druckkopfes 1 in Verbindung, welche Druckspannungsimpulse entsprechend der Ansteuerung durch die Drucksteuereinheit DS erzeugt. Eine solche Druckkopfelektronik des Druckkopfes 1 enthält mindestens die Treibergatter zur Beaufschlagung der einzelnen Druckelemente des Druckkopfes 1 einerseits mit Daten über Datenübernahmeleitungen DÜ von der Drucksteuereinheit DS und andererseits mit Energie, beispielsweise erste und zweite Spannungen U1 und U2, über Leistungsübernahmeleitungen LÜ von der Leistungselektronik LE.The power electronics are connected to the printhead electronics of the
Bei einem anderen Temperaturfühler kann eine andere Schaltung für den Temperaturfühlermeßverstärkers gewählt werden, um die Spannung zu verstärken, bevor sie zum Regler geleitet wird. Der Regler addiert eine negative Spannung zur Voreinstellspannung oder subtrahiert eine positive Spannung von der Voreinstellspannung je nach gewählter Schaltungsart. Mittels der Voreinstellspannung wird in Abhängigkeit von einem Parameter, beispielsweise vom Widerstandswert eines Termotransferdruckkopfes, die Steuerspannung an mindestens einen Konstantspannungsbausteins N1, N2, N3 eingestellt.For another temperature sensor, a different circuit for the temperature sensor amplifier can be selected to boost the voltage before it is sent to the controller. The controller adds a negative voltage to the preset voltage or subtracts a positive voltage from the preset voltage depending on the selected circuit type. The control voltage at at least one constant voltage module N1, N2, N3 is set by means of the preset voltage as a function of a parameter, for example the resistance value of a termotransfer print head.
Die - in der Figur 4 dargestellte - Leistungselektronik LE kann außerdem noch mit einem Schaltermittel und einem vom Mikroprozessor der Steuereinheit 6 abfragbaren Komparator erweitert werden. Das nicht dargestellte Schaltermittel ist vorgesehen, um den Temperaturfühler abschalten bzw. überbrücken. Das ist zum Abgleich des DAU vorteilhaft. Die Druckspannung U1 wird dann von einem nicht dargestellten Komparator mit einer genauen Referenzspannung verglichen und somit ein Offset für den DAU ermittelt. Dieser Abgleich ist bei der Fertigung vorgesehen und kann beim Kunden wiederholt werden, um eine Drift zu kompensieren.The power electronics LE shown in FIG. 4 can also be expanded with a switch means and a comparator that can be queried by the microprocessor of the
Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The invention is not limited to the present embodiment. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.
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