DE19840301A1 - Verfahren zum Druck von Darstellungen auf beiden Seiten eines Trägermaterials - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft den beidseitigen und standgenauen Druck mit digital ansteuerbaren Druckwerken auf einem flächenhaften Bedruckstoff, wie zum Beispiel Papier oder Kunststoffolie, wobei zunächst in einem ersten Druckwerk die eine Seite des Bedruckstoffes bedruckt wird und danach in einem zweiten Druckwerk die andere Seite. Diese Druckwerke können Teil eines Gerätes sein. Es ist aber auch möglich, zwei einzelne Drucker zu verwenden, die jeder für sich lediglich ein Druckwerk enthalten und die die Bilder durch zeilen- und punktweises Aufzeichnen entsprechend den angelieferten Bilddaten auf dem Bedruckstoff erzeugen. DOLLAR A Vorder- und Rückseitenbild sollen eine vorgegebene Lage zueinander haben. Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem die Rückseite in Bezug auf die Vorderseite auch dann in der gewünschten Position, Größe und Winkellage gedruckt werden kann, wenn der Bedruckstoff beim Einlauf in das zweite Druckwerk von seiner Sollrichtung leicht abweicht, wenn der Bedruckstoff nach dem Druck der Vorderseite geschrumpft ist oder sich ausgedehnt hat oder wenn das zweite Druckwerk eine gegenüber dem ersten Druckwerk leicht abweichende Auflösung in einer oder beiden Achsrichtungen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft den beidseitigen und standgenauen Druck mit digital ansteuerbaren Druckwerken auf einem flächenhaften Bedruckstoff, wie zum Beispiel Papier oder Kunststoffolie, wobei zunächst in einem ersten Druckwerk die eine, üblicherweise als Vorderseite bezeichnete Seite des Bedruckstoffes bedruckt wird und danach in einem zweiten Druckwerk die andere Seite, die üblicherweise als Rückseite bezeichnet wird.

Diese Druckwerke können Teil eines Gerätes sein. Es ist aber auch möglich, zwei einzelne und mechanisch verbundene Drucker zu verwenden, die jeder für sich lediglich ein Druckwerk enthalten und die die Bilder durch zeilen- und punktweises Aufzeichnen entsprechend den angelieferten Bilddaten auf dem Bedruckstoff erzeugen. Vorder- und Rückseitenbild sollen eine vorgegebene Lage zueinander haben. Diese geforderte Standgenauigkeit nach Position, Größe und Winkellage ist insbesondere dann schwer zu erreichen, wenn zwei lediglich mechanisch miteinander verbundene Drucker verwendet werden, die zwar ihre Bilddaten und Steuerbefehle beide von einem Computer erhalten, aber mechanisch nicht in definierter Weise miteinander gekoppelt sind. Die Standgenauigkeit im Bereich der ersten Druckzeilen des Rückseitenbildes wird dadurch erreicht, daß kurz vor dem Druckwerk des zweiten Druckers eine vom ersten Drucker erzeugte Paßmarke mit einem optoelektronischen Sensor erfaßt wird. Aus dem bekannten Abstand dieses Sensors zum Druckwerk des zweiten Druckers, aus dem ebenfalls bekannten Abstand zwischen der Paßmarke zum Bezugspunkt des Vorderseitenbildes und aus der ebenfalls bekannten Breite einer Druckzeile des zweiten Druckers kann bestimmt werden, um wieviele eilen das Papier noch vorgeschoben werden muß, bevor die erste Zeile des Rückseitenbildes gedruckt werden kann. Wenn bei der Erfassung der Paßmarke auch ihre Lage in Druckzeilenrichtung erfaßt wird, kann entsprechend auch die gewünschte Lage des ersten Bildpunktes der ersten Druckzeile ermittelt werden. Auf diese Weise kann eine genaue Positionierung des ersten Bildpunktes der ersten Zeile des Rückseitenbildes erreicht werden.

Diese Positionierung ist nicht Gegenstand dieser Erfindung, ein Verfahren dieser Art ist in der US-Patentschrift 5,704,282 erläutert.

Die genaue Positionierung des ersten Punktes der ersten Zeile des Rückseitenbildes reicht jedoch nicht immer aus, um eine ausreichende Standgenauigkeit zu erreichen. Hierfür gibt es mehrere Gründe: Das Papier kann wegen unterschiedlicher Dehnung an den beiden Rändern, wegen der nie zu vermeidenden Dickeschwankungen oder aus anderen Gründen unter einem vom Sollwert abweichenden Winkel in das zweite Druckwerk einlaufen. Dies führt zu einer Drehung des Rückseitendruckes gegenüber der Sollage. Der beim Druck des Vorderseitenbildes angefeuchtete Bedruckstoff kann seine Größe wegen seines Feuchtigkeitsgehaltes verändern. In geringem Ausmaß können auch die Auflösungen der beiden Drucker in Zeilen- und Vorschubrichtung voneinander abweichen. Beides führt zu einem Fehler in der Größe der Bilder.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, mit dem die Rückseite in Bezug auf die Vorderseite auch dann in der gewünschten Position, Größe und Winkellage gedruckt werden kann, wenn der Bedruckstoff beim Einlauf in das zweite Druckwerk von seiner Sollrichtung leicht abweicht, wenn der Bedruckstoff nach dem Druck der Vorderseite geschrumpft ist oder sich ausgedehnt hat oder wenn das zweite Druckwerk eine gegenüber dem ersten Druckwerk leicht abweichende Auflösung in einer oder beiden Achsrichtungen aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines Beispiels erläutert:

Fig. 1 zeigt einen ersten Drucker 1 und einen zweiten Drucker 2. Dies können handelsübliche großformatige Tintenstrahl-Farbdrucker sein, wie sie beispielsweise von der Firma Hewlett-Packard unter der Typenbezeichnung DesignJet 750C angeboten werden. Das zu bedruckende Papier 3 befindet sich auf einer Vorratsrolle 4 an der Vorderseite des ersten Druckers 1, wird wird von der Einzugswalze 5 erfaßt und durch den Drucker 1 geführt und von einem das eigentliche Druckwerk bildenden Druckkopf 6 in der gewünschten Weise entsprechend den von einem Computer 7 zugeführten Signalen bedruckt. Das bedruckte Papier wird über die Umlenkrollen 8, 9, 10 und 11 geführt und anschließend von der Einzugswalze 12 des Druckers 2 aufgenommen und dort entsprechend den ebenfalls von Computer 7 zugeführten Signalen von Druckkopf 13 auf der Rückseite bedruckt. In der Nähe des Papiereinlaufs in den Drucker 2 befinden sich an den beiden Seiten zwei optoelektronische Kameras 14 und 15, so daß jede dieser Kameras den Bereich eines Papierrandes erfassen kann. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht auf den Drucker 2. Dabei befindet sich die Kamera 15 an der rechten Seite des Druckers, an der der erste Punkt jeder Druckzeile gedruckt wird. Kamera 14 liegt an der gegenüberliegenden Seite. Damit im Drucker 2 die von Drucker 1 nicht bedruckte Seite des Papiers bedruckt wird, stehen beide dargestellte Drucker mit der Rückseite zueinander. Es ist aber ebenso möglich, die beiden Drucker mit der Vorderseite zueinanderstehend zu betreiben. Die beiden Drucker werden so gesteuert, daß sich im Papier zwischen den Druckern eine Schlaufe bildet, die zeitweilige Schwankungen in den Vorschubgeschwindigkeiten der beiden Drucker auffängt.

Wenn eine neue Rolle Papier geladen werden soll, wird sie von der Bedienkraft zunächst in der bei dem verwendeten Drucker vorgesehenen Weise im Drucker 1 geladen. Das Papier wird anschließend ein Stück aus dem ersten Drucker 1 herausgezogen und dann von der Bedienkraft zum zweiten Drucker 2 geführt und auch dort in herkömmlicher Weise geladen.

Die Positionierung des ersten Punktes der ersten Zeile des Rückseitenbildes wird in herkömmlicher Weise, beispielsweise nach dem in der US-Patentschrift 5704282 vorgeschlagenen Verfahren vorgenommen.

In aller Regel wird das Papier nicht genau im rechten Winkel in den Drucker 2 einlaufen. Bei Drucker 1 ist dies jedoch der Fall. Dies liegt daran, daß die Vorratsrolle 4 direkt vor der Einzugswalze 5 des Druckers 1 liegt und das Papier deshalb nicht auswandern kann. Vor Drucker 2 liegt jedoch die locker geführte Schlaufe. Schwankungen in der Papierdicke und Ablagerungen auf der Einzugswalze von Drucker 2 werden deshalb zu Schwankungen des Winkels führen, unter dem das Papier in den Drucker 2 hineinläuft. Dies führt dazu, daß das Vorderseitenbild und das Rückseitenbild entsprechend gegeneinander verdreht sind. Wegen der Bewegung des Papiers während des Druckes wird diese Winkeldifferenz nicht völlig konstant sein, so daß der Winkel zwischen den beiden Bildern sich während des Bedruckens einer Papierrolle ändern wird. Ferner werden die Auflösungen der beiden Drucker 1 und 2 sowohl in der Bewegungsrichtung des Papiers als auch in der Bewegungsrichtung des Druckkopfes wegen der Exemplarstreuungen der Antriebselemente und anderer Bauteile leicht unterschiedlich sein. Dies und vor allem die auf die Anfeuchtung im ersten Druckwerk und die anschließende teilweise Trocknung auf dem Weg zum zweiten Druckwerk zurückzuführenden Größenschwankungen des Bedruckstoffes führen zu Größenunterschieden, also dazu, daß Bildteile, die eigentlich auf Vorder- und Rückseite gleich groß sein sollten, leichte Unterschiede in der Größe aufweisen.

Erfindungsgemäß werden die genannten Fehler zunächst dadurch erfaßt, daß beim Druck des Vorderseitenbildes auf dem Drucker 1 gleichzeitig mehrere Registermarken gedruckt werden und die Lage dieser Registermarken oder einzelner Teile davon vor und während des Drucks des Rückseitenbildes auf dem Drucker 2 erfaßt wird. Es ist für die Funktionsweise unerheblich, daß einzelne Registermarken auch ein zusammenhängendes geometrisches Gebilde darstellen können, das im folgenden als Registermuster bezeichnet wird. In Fig. 3 ist ein Papierausschnitt 16 dargestellt, der einen Teil des von der Papierrolle 4 abgerollten Papiers nach dem Verlassen des Druckers 1 bildet. Der Papierausschnitt 16 enthält das Vorderseitenbild 17 und ein ebenfalls vom Drucker 1 gedrucktes, in der Nähe des Papierrandes befindliches Registermuster 18, das aus einer in Richtung des Papiervorschubes laufenden langen Registerlinie 19 und mehreren dazu senkrechten kurzen Sprossen 20 besteht. Der Abstand dieser Sprossen voneinander und die Breite dieser Sprossen ist ein ganzes Vielfaches der Drucklinienbreite l₁ des Druckers 1. Die Länge dieser Sprossen ist ein ganzes Vielfaches der Bildpunktbreite b₁ des Druckers 1. Entsprechend ist die Breite der Registerlinie 19 ein ganzes Vielfaches der Bildpunktbreite b₁ und ihre Länge ein ganzes Vielfaches der Drucklinienbreite l₁. Als Drucklinienbreite und als Bildpunktbreite ist bei vielen handelsüblichen Druckern ein Wert von einem dreihundertstel Zoll üblich. Jedoch schwanken diese Werte geringfügig von Exemplar zu Exemplar. Am anderen Rand des Papierausschnitts 16 befindet sich eine Kontrollinie 21, die ebenfalls vom Drucker 1 gedruckt wurde. Der Abstand dieser Linie von der Registerlinie 19 ist deshalb ein Vielfaches der Bildpunktbreite b₁.

Das Registermuster 18 wird kurz vor dem Einlauf des Papiers in den Drucker 2 von der Kamera 15 erfaßt. Der Abstand der Kamera 15 zum Druckkopf 13 ist bekannt. Zur Erfassung und zur Auswertung des Registermusters 18 mit Hilfe der Kamera können allgemein bekannte Verfahren der Mustererkennung verwendet werden, die nicht Gegenstand dieser Erfindung sind und deswegen hier nicht im einzelnen erläutert werden. Während das Papier vom Drucker 2 eingezogen wird und das Registermuster 18 unter der Kamera 15 hindurchläuft, erfaßt die Kamera 15 mehrfach die Lage der Registerlinie 19. Wenn die Registerlinie 19 dabei nach einer Seite hin auswandert, läuft das Papier nicht senkrecht in den Drucker 2 hinein. Wenn beispielsweise nach 960 Vorschublinien die Registerlinie 19 um vier Bildpunktbreiten ausgewandert ist, so ergibt sich bei einer nominellen Bildpunktbreite von 0,08467 mm und einer nominellen Vorschublinienbreite von ebenfalls 0,08467 mm eine Winkelabweichung von arc tan (4.0,08467/960) = 0,02 Grad.

Eine Maßabweichung in Vorschubrichtung des Papiers kann durch Messung der Lage der Sprossen ermittelt werden. Wenn die Sprossen 20 vom ersten Drucker im Abstand von 96 Linien gedruckt werden, und die Kamera 15 immer dann eine Erfassung und Auswertung des Registermusters vornimmt, wenn der Drucker 2 das Papier um 96 Linien vorgeschoben hat, so müßten, wenn die Vorschublinienbreiten l₁ des Druckers 1 und l₂ des Druckers 2 gleich wären und das Papier maßhaltig geblieben wäre, die Sprossen immer am gleichen Ort des Kamerabildes erscheinen. Wenn aber bei einer Messung die Sprosse gegenüber der Sollage um eine Vorschublinie in Richtung des Druckers verschoben erscheint, so kann daraus geschlossen werden, daß dann, wenn diese Stelle des Papiers unter dem Druckkopf 13 des Druckers 2 erscheint, nicht die an dieser Stelle normalerweise zu druckende Bildzeile zu drucken wäre, sondern die darauf folgende.

In entsprechender Weise kann eine Maßabweichung in Richtung der Druckzeile bestimmt werden. Hierzu wird mit der Kamera 14 die Lage der Kontrollinie 21 bestimmt. Die Sollage dieser Linien in den Erfassungsgebieten der beiden Kameras 14 und 15 muß vorher einmal bestimmt werden. Dazu kann auf dem Drucker 2 die in Fig. 4 gezeigte Anordnung aus Registermuster 18 und Kontrollinie 21 gedruckt werden. Dieser Ausdruck wird anschließend dem Drucker 2 erneut so zugeführt, daß die bedruckte Seite zu den Kameras 14 und 15 hin gerichtet ist und die Lage von Registermuster und Kontrollinie in den Erfassungsfenstern der Kameras werden bestimmt. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß das Papier in beiden Fällen senkrecht in den Drucker hineinläuft. Da lediglich ein sehr kleiner Teil des Papiers bedruckt worden ist, kann ein durch die Anfeuchtung des Papiers beim Druck und die anschließende Trocknung hervorgerufener Verzug vernachlässigt werden. Eine Maßänderung des auf dem Drucker 1 mit dem Vorderseitenbild bedruckten Papiers führt dazu, daß sich die Lage von Registermuster 18 und Kontrollinie 21 ändern. Aus der Differenz der von den beiden Kameras erfaßten Lageänderungen kann auf die Größe der Maßänderung geschlossen werden.

Die genannten Maßabweichungen und die Winkelabweichung, die durch den nicht senkrechten Einlauf des Papiers in den Drucker 2 hervorgerufen werden, führen zu fehlerhafter Plazierung und Größe des Rückseitenbildes. Zur Vermeidung dieser Fehler werden die für den Drucker 2 vorgesehenen Bilddaten vom Computer 7 verändert, bevor sie zum Drucker 2 gesandt werden.

Beim späteren Druck werden zur Korrektur einer Maßabweichung in Vorschubrichtung in folgender Weise Zeilen weggelassen oder wiederholt: Wenn die Kamera 15 die Sprosse 20 genau an ihrer Sollage findet, ist der Fehler null. Wenn die erfaßte Sprosse gegenüber ihrer Sollage zum Drucker 2 hin verschoben erscheint, so ist der Fehler positiv, eine Verschiebung zur anderen Richtung hin ergibt einen negativen Fehler. Durch Weglassen oder Wiederholen einer Bildzeile wird verhindert, daß sich daraus Fehler in der Bildlage ergeben. Die Zahl der weggelassenen Zeilen abzüglich der Zahl der doppelt gedruckten Zeilen ergibt einen Korrekturwert. Zu Beginn des Drucks des Rückseitenbildes ist der Korrekturwert null, weil die erste Druckzeile an ihrer Sollposition gedruckt wird. Wenn bei den laufenden Messungen der Sprossenlage festgestellt wird, daß Fehler minus Korrekturwert größer als ein vorgegebener Schwellwert S ist, so wird der Korrekturwert um eins erhöht und der Computer druckt, wenn der Meßort bis zum Druckkopf 13 vorgeschoben worden ist, nicht die auf die letzte gedruckte Zeile n folgende Zeile n+1, sondern die Zeile n+2. Wenn hingegen bei den laufenden Messungen der Sprossenlage festgestellt wird, daß Fehler minus Korrekturwert kleiner als S ist, so wird der Korrekturwert um eins verringert, und der Computer druckt, wenn der Meßort bis zum Druckkopf 13 vorgeschoben worden ist, nicht die auf die letzte gedruckte Zeile n folgende Zeile n+1, sondern erneut die Zeile n.

Auf den ersten Blick mag es sinnvoll erscheinen, 0,5 als Wert für den Schwellwert S zu wählen. Dies kann jedoch wegen der Meßungenauigkeit der Kamera dazu führen, daß als Resultat einer Messung eine Zeile weggelassen wird und bei der nächsten Messung, bei der die Sprosse gegenüber der letzten Messung nur ganz geringfügig verschoben erscheint, wieder eine Druckzeile wiederholt wird. Das führt zu einer Verschlechterung der Qualität des Rückseitenbildes. Es empfiehlt sich deshalb, den Schwellwert höher, beispielsweise auf 0,8, zu setzen und den verbleibenden Restfehler, der dadurch entstehen kann, zu akzeptieren.

Entsprechend werden in analoger Weise zur Korrektur einer Maßabweichung in Druckzeilenrichtung Druckpunkte weggelassen oder wiederholt.

Der Winkelfehler kann mit einem auf einer Koordinatentransformation beruhenden Verfahren korrigiert werden. Fig. 5 zeigt einen Papierausschnitt 22 des von der Papierrolle 4 abgerollten und im Drucker 1 bereits bedruckten Papiers kurz vor dem Einlauf in den Drucker 2. Es trägt ein Vorderseitenbild 23, das auf der Oberseite sichtbar ist. Vorder- und Rückseitenbild sind im Computer zeilen- und punktweise so gespeichert, daß sich die Sollage eines einzelnen Bildpunktes durch Angabe seiner Koordinaten in einem x-y-System 24 beschreiben läßt. Da das Papier in den ersten Drucker 1 wegen der Führung durch die Papierrolle senkrecht eingelaufen war, liegt die y-Achse des x-y- Systems parallel zur Papierkante und die x-Achse senkrecht dazu. Der Punkt x=0, y=0 sei der Punkt, an dem wegen der Forderung nach Standgenauigkeit der erste Bildpunkt der ersten Zeile des Rückseitenbildes zu drucken ist.

Da das Papier um den Winkel β leicht gedreht in den Drucker 2 hineinläuft, haben die von Drucker 2 erzeugten Druckpunkte einer Druckzeile alle denselben u-Wert in dem in Fig. 5 dargestellten gegen das x-y-System gedrehten u-v-System 25. Erfindungsgemäß berechnet deshalb der Computer vor dem Druck eines Punktes an der Stelle u, v die Lage dieses Punktes im x-y-System und sendet den unter dieser Koordinate gespeicherten Bildpunkt an den Drucker. Die Umrechnung erfolgt nach den bekannten Formeln

x = u.cos(β) - v.sin(β)
y = u.sin(β) + v.cos(β).

Hierbei können sich für x und y Werte ergeben, für die keine Bildpunkte definiert sind. Ein Beispiel hierfür sind negative Werte. In diesem Fall ist kein Bildpunkt zu drucken.

Die Erfindung kann in unterschiedlicher Weise modifiziert werden. Verschiedene Formen und Aufteilungen der Registermuster sind möglich. Das Registermuster kann aus mehreren einzelnen Registermarken oder aus mehreren Gruppen von Registermarken in unterschiedlicher Anordnung bestehen. Als Registermarke können - wie in Fig. 6 dargestellt - statt kreuzförmiger Gebilde auch andere geometrische Gebilde, wie Rauten, Quadrate oder Kreise, deren Schwerpunkt die Lage bestimmt, verwendet werden. Das Verfahren ist ebenfalls anwendbar, wenn die beiden verwendeten Drucker unterschiedliche Auflösungen haben oder sich die Auflösungen in den beiden Achsrichtungen voneinander unterscheiden.

Die Korrektur ist hier als Verfahren mit einzelnen Teilschritten beschrieben worden. Es ist ebenso möglich, einzelne oder alle Teilschritte der Korrektur der Maßabweichung in Vorschubrichtung, der Maßabweichung in Richtung der Druckzeile und der Korrektur des Winkelfehlers zusammenzufassen. Einzelne Korrekturschritte können weggelassen werden, wenn auf die Korrektur der entsprechenden Abweichung kein Wert gelegt wird, beispielsweise wenn dieser Fehler sehr klein ist. So kann auf die Kamera 14, die die Lage der Kontrollinie auswertet, verzichtet werden. In diesem Fall kann eine Maßabweichung in Richtung der Druckzeile nicht mehr korrigiert werden, wohl aber eine Maßabweichung in Vorschubrichtung und ein Winkelfehler.

Anstelle der Kameras können andere optische Sensoren zur Erfassung der Registermuster verwendet werden, beispielsweise eine Anordnung aus zwei gekreuzten Reihen von Photodioden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Druck von Darstellungen auf beiden Seiten eines Trägermaterials, das nacheinander durch zwei mit digitalen Bilddaten ansteuerbare Druckwerke hindurchwandert, wobei die erste Seite des Trägermaterials in einem ersten Druckwerk mit einer ersten Darstellung bedruckt wird, eine die Position der ersten Darstellung kennzeichnende Registermarke erzeugt wird, die Position dieser Registermarke mit einem Sensor erfaßt wird, in einem zweiten Druckwerk die zweite Seite des Trägermaterials mit einer zweiten Darstellung bedruckt wird und dabei das Druckwerk des zweiten Druckers mit Hilfe der Information über die Position der Registermarke so gesteuert wird, daß sich der erste Punkt der ersten Zeile der ersten Darstellung mit dem entsprechenden Punkt der zweiten Darstellung deckt, dadurch gekennzeichnet, daß zeitnah zum Druck der ersten Darstellung auf dem ersten Druckwerk mehrere Registermarken gedruckt werden, nahe am zweiten Druckwerk und zeitnahe zum Druck der zweiten Darstellung mit optoelektronischen Sensoren erste Informationen über die Positionen dieser Registermarken gewonnen werden, aus diesen ersten Informationen zweite Informationen über geometrische Eigenschaften der ersten Darstellung gewonnen werden und diese zweiten Informationen dazu verwendet werden, den Druck der zweiten Darstellung so zu steuern, daß die zweite Darstellung in der gewünschten Position, Winkellage und Größe relativ zur ersten Darstellung gedruckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Registermarken zu einer geometrischen Figur zusammengefaßt werden.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß optoelektronische Kameras als optoelektronische Sensoren verwendet werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich ein optoelektronischer Sensor verwendet wird und auf die Korrektur der Mängel verzichtet wird, zu deren Korrektur der zweite Sensor benötigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine optoelektronische Kamera als optoelektronischer Sensor verwendet wird.