(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンを撮像し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、
前記グループ内のインク粒の形状を把握し、個々の面積を求めることにより平均面積を求め、
前記平均面積に対する所定の割合の面積を判定値として各インク粒の面積と比較することによりインク吐出の正常または異常を判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法。
【請求項２】
印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンを撮像し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、
前記グループ内のインク粒の形状を把握し、各インク粒のＸ方向端縁位置を求め、
前記Ｘ方向端縁位置の最大値と最小値の差を判定値と比較することによりインク粒のＸ方向位置ずれを判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法。
【請求項３】
印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンを撮像し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、
前記グループ内のインク粒の形状を把握し、各インク粒のＹ方向端縁位置を求めることにより各インク粒の中心位置を求め、
前記中心位置より、隣接する２つのインク粒間のＹ方向中心間隔を求め、
前記Ｙ方向中心間隔の最大値と最小値の差を判定値と比較することによりインク粒のＹ方向位置ずれを判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法。
【請求項４】
前記グループ内のインク粒の画像を取り込む際に、そのグループのインク色に応じて受光部のＲＧＢフィルタを切り替えながら最適なコントラストで取り込むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載のインクジェットノズルの不良検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として布帛に印写する布帛用インクジェットプリンターのノズルの目詰まりやインク飛び、インク粒の位置ずれなどの不具合を検知するインクジェットノズルの不良検知方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
布帛に印写する最近の布帛用インクジェットプリンターは、繊細でかつ微妙な図柄の表現を可能にするようになってきた。そのため、その印字ヘッドを構成するノズルの径がますます微細なものとなり、それに伴いノズルの目詰まりやインク飛び、あるいはインク粒の位置ずれといった不具合を発生することが多くなってきた。
【０００３】
従来、このようなノズル目詰まり等の不具合が発生した場合、オペレータが印写中の図柄から判断するか、もしくは最終検査でしか発見できなかった。しかし、印写中の図柄から発見するには相当な経験を要すると共に負担も大きい。また、最終検査で判定するのでは多量の不良品が発生する可能性が高い。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決する手段として、例えば、特許第２７０８４３９号公報には、印字ヘッド（ノズルヘッド）にテストパターンの光学的読み取り手段を設け、本来の記録紙の範囲外にあってその近傍に設けたテスト記録紙上にテストパターンを実行し、そのテストパターンを予め記憶されている基準のパターンと比較することにより、インクの不吐出を検知する技術が開示されている。
また、特許第２７１２１６８号公報には、テストの際に一度に噴射させた全てのインク粒についてカメラで撮像し、各々のインク粒について重心位置を算出し、その重心位置を予め定められた基準重心位置と比較してＸ，Ｙ方向の位置ずれを算出し、さらにその位置ずれからインク粒の飛翔角度を求め、その飛翔角度を基準飛翔角度と比較することによりインクジェットの品質を評価する技術が開示されている。
また、特開平６−１９８８６６号公報には、テストパターンを撮像した画像の濃度信号からインクの不吐出および濃度ムラを判定する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の特許第２７０８４３９号公報のような印写パターンの比較では、各インク粒の極微小な位置ずれまでも正確に判定することは、基準パターンに対するしきい値が多種多様なものとなるため、非常に困難である。一方、特許第２７１２１６８号公報では、各インク粒の重心位置を基準重心位置と比較することにより位置ずれを判定しようとしているが、このような絶対比較では記録紙のずれなどの物理的不具合による検知ミスが発生し、検知精度が悪くなる。また、特開平６−１９８８６６号公報の問題点は、特に淡色系の色ムラを判定することが難しいことである。さらに、この公報の技術によれば、インク粒の位置ずれまでは検知していないが、淡色系のインク粒の位置ずれを検知しようとすると更なる困難を伴うという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、インクジェットのズルの目詰まりやインク飛び、インク粒の位置ずれ、色ムラなどの不具合を高精度に検知できる方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の第１の方法は、印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンの画像を受光し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、前記グループ内のインク粒の形状を把握し、個々の面積を求めることにより平均面積を求め、
前記平均面積に対する所定の割合の面積を判定値として各インク粒の面積と比較することによりインク吐出の正常または異常を判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法である。
【０００８】
この構成により、そのグループ内に存在するインク粒の中に不吐出があるか否かを検知することができる。すなわち、１つのグループ内の複数個のインク粒の形状を把握し、個々の面積を求めることにより平均面積を求め、その平均面積に対する所定の割合の面積を判定値として各インク粒の面積と比較し、判定値以上のインク粒が設定個数存在すれば、正常なインク吐出と判定され、判定値以下のインク粒が１個でもあれば、そのノズルは異常と判定される。つまり、ノズルの目詰まりを検知することができる。この検査は、印字ヘッドの全数のノズルに対してグループ単位で行われ、しかもそのグループ内での相対比較であるため、検査方法が簡便で、かつ十分に高い精度が得られる。
一般にインク粒の吐出不良は、インク量減少の方向で発生し、かつ全ノズルに対する小さな割合例えば１〜２個のように少数しか発生しないので、上記のような相対比較による判定で十分である。
【０００９】
本発明の第２の方法は、印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンを撮像し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、前記グループ内のインク粒の形状を把握し、各インク粒のＸ方向（インク粒列に直交する方向すなわち印字ヘッドの主走査方向）端縁位置を求め、
前記Ｘ方向端縁位置の最大値と最小値の差を判定値と比較することによりインク粒のＸ方向位置ずれを判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法である。
【００１０】
第２の方法では、グループ内のインク粒のＸ方向の位置ずれを相対比較で検知することができる。それぞれのインク粒についてＸ方向端縁位置を求め、それらの最大値と最小値の差を求めてその差を判定値と比較する。比較の結果、判定値以上のものがあれば、Ｘ方向の位置ずれが大きい（したがって、そのグループのインク粒の列の乱れが大きい）と判定することができる。
【００１１】
本発明の第３の方法は、印字ヘッドによりテスト記録媒体に印写したインク粒のテストパターンを撮像し、その画像を処理することにより前記テストパターンについてインク吐出の正常または異常を検知する方法において、
前記テストパターンの中の複数個のインク粒の列を１グループとして撮像し、前記グループ内のインク粒の形状を把握し、各インク粒のＹ方向端縁位置を求めることにより各インク粒の中心位置を求め、
前記中心位置より、隣接する２つのインク粒間のＹ方向（インク粒の列方向）中心間隔を求め、
前記Ｙ方向中心間隔の最大値と最小値の差を判定値と比較することによりインク粒のＹ方向位置ずれを判定する工程を有し、
前記工程を前記印字ヘッドの全てのノズルについてグループ単位で行うことを特徴とするインクジェットノズルの不良検知方法である。
【００１２】
第３の方法では、グループ内のインク粒のＹ方向の位置ずれを相対比較で検知することができる。また、インク粒のＹ方向の位置ずれとはインク粒の中心間隔の広狭を意味する。インク粒の中心位置はそのインク粒のＹ方向端縁位置すなわち上下端のＹ座標値の和の半分として求められるので、隣接する２つのインク粒の中心間隔を求め、それらの最大と最小値の差を求めてその差を判定値と比較する。比較の結果、判定値以上のものがあれば、Ｙ方向の位置ずれが大きい、つまり中心間隔が開きすぎている、あるいは換言すれば極端に狭くなっているものがあると判定することができる。
以上の第２、第３の方法により、インク粒のＸ，Ｙ方向の位置ずれを検知することにより、いわゆるインク飛び不良があるか否かを検知することができる。また、第１から第３の方法により得られた結果を総合的に判断することにより、色ムラの有無を判定することができる。
【００１３】
前記第１から第３の方法においては、前記グループ内のインク粒の画像を取り込む際に、そのグループのインク色に応じて受光部のＲＧＢフィルタを切り替えながら最適なコントラストで取り込むこととしている。
布帛用インクジェットプリンターでは極淡色系の色も使用しているので、ＲＧＢフィルタを適宜切り替えながら最適なコントラストで受光するようにする。このため極淡色系の色のインク粒も検知しやすくなる。
【００１４】
前記の各方法を実施するための、本発明に係るインクジェットノズルの不良検知装置は、テスト記録媒体の駆動手段と、前記テスト記録媒体に印写されたインク粒のテストパターンを検知するセンサ手段とからなり、
前記センサ手段が、光源と、前記テストパターン内のインク粒の列からなる１つのグループからの反射光を集光しスリット手段およびフィルタ手段を介して受光する受光手段とを備え、さらに、
前記センサ手段を前記１つのグループのインク粒列に直交する方向に走査する走査手段と、
前記受光手段からの出力信号を処理する画像処理手段とを備えたものである。
【００１５】
また、前記フィルタ手段および前記受光手段は、３列に並設されたＲＧＢフィルタを有する受光素子アレイからなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１に本発明装置の概要を示す。図において、１はセンサ手段で、その詳細については後述する。２はテスト記録媒体３の駆動手段である。印字ヘッド４によりテスト記録媒体３にテストパターンが印写される。なお、テスト記録媒体３には検知精度を高めるため専用の記録紙を用いている。もちろん実際に用いる布帛でもよいが、インクのにじみ等の少ない記録紙の方が適当である。
記録媒体３は、送り出しロール５と巻き取りロール６の間に、記録紙の送り量の制御および滑り止めのためのゴムロール７、８、および複数のガイドロール９を設けて巻きかけられ、緩みのないように張設されている。また、テストパターンの印写位置１０およびその検出位置１１にはそれぞれブロック１２、１３を設けて記録媒体３をそれぞれ印字ヘッド４、センサ手段１の中心軸と垂直に保つようにしてある。１４は記録媒体３の有無を検知するセンサである。
【００１７】
テストパターンの印写完了後、そのパターンを記録媒体３を巻き上げることによりセンサ手段１の直下に移動させ位置決めする。センサ手段１は原点出しを行った後、Ｘ方向に走査してテストパターンの中のインク粒の列からなるグループ単位で画像を取り込む。センサ手段１の走査手段は図示していないが、通常用いられているパルスモータ、ボールネジからなる駆動機構である。図中、Ｙは検出位置１１における記録媒体３の移動方向を示す。
【００１８】
図２は本発明におけるテストパターンの一例を模式的に示す図である。
テストパターン１５は、印字ヘッド４によりテスト記録媒体３に所定の配列で多数のインク粒１６を印写することにより形成される。この例では、印字ヘッド４は３２個のヘッド１７（点線で囲んだ部分が１個のヘッドである）を持っており、各ヘッド１７は８個×２列＝１６個のノズル（図示せず）で構成されている。したがって、この印字ヘッド４は合計５１２個のノズルを有する。また、各ヘッド１７により異なる色相で印写する。そして、本発明では、各ヘッド１７において８個の縦１列からなるインク粒１６の配列を１つのグループ１８として撮像し、ノズルの目詰まり等の有無を検査していくものである。１グループ１８の範囲Ｌ１は９ｍｍ程度であり、撮像範囲Ｌ２は１３ｍｍ程度となっている。
【００１９】
本装置のセンサ手段１は図示のＸ方向に走査する。テスト記録媒体３はＹ方向に移動する。したがって、グループ１８単位で１段目をＸ方向に走査して検査していき、次にＹ方向にテスト記録媒体３を移動させた後、２段目を同様にＸ方向に走査して検査し、以後同様に最後の４段目まで検査する。このようにして、印字ヘッド４の全数のノズルについて、以下に示す方法およびセンサ手段１で、ノズル目詰まり等を検知することができる。
【００２０】
まず、センサ手段１は図３に示すような構成となっている。Ｕ字状の蛍光灯からなる光源１９と、ボックス２０内に設けられた集光レンズ２１およびスリット２２と、さらにボックス２０上に取り付けられたフィルタ２３付きの受光素子群２４からなり、これらは一体となってＸ方向に移動可能になっている。
ここで、受光素子群２４は、図４に示すように、それぞれ３列に並設された受光素子アレイ２４ａ、２４ｂ、２４ｃからなり、各アレイは１ラインあたり２５９２個のフォトダイオードからなるＣＣＤを備えた構成となっている。そしてさらに、各アレイにはＲＧＢフィルタとして、赤色フィルタ２３Ｒ、緑色フィルタ２３Ｇ、青色フィルタ２３Ｂが取り付けられている。図中、２５は受光素子群２４の取付板である。
【００２１】
図５は本発明の検知原理を示す側面図で、図６はその正面図である。
光源１９の蛍光灯から発せられた光線はそれぞれ記録媒体３上のインク塗布部であるインク粒１６および不塗布部である白紙部分３ａに当たって反射し、各反射光２６ａ、２６ｂは集光レンズ２１により集光され、スリット２２を通過し、さらにフィルタ２３によってインク粒１６からの反射光２６ａはカットされるか、もしくは微小量しか通過させない。白紙部分３ａからの反射光２６ｂはフィルタ２３を通過し、ＣＣＤ２７に到達しそのＣＣＤ２７の出力電圧は白紙部分３ａで高くなる。このため、図７もしくは図１３に示すようにＣＣＤ２７の出力電圧はインク粒１６の形状の境界点で変化する。
【００２２】
（１）第１の方法
本発明の第１の方法は以下のようにして実施する。
▲１▼インク粒の形状の把握
まず、前記のグループ１８内に存在する各インク粒１６の形状を画像の２値化処理によって把握する。画像処理手段は図示していないが、公知の装置がセンサ手段１とケーブルで接続され、受光手段２４からの出力信号に基づいて処理するようになっている。
前述したようにＣＣＤ２７の出力電圧はインク粒１６の形状の境界点で変化するので、図７に示すような特性をもつＣＣＤ２７の電圧に、しきい値ｃを設定し、明暗の境界点ａ点、ｂ点を決定する処理を、図８に示すようにセンサ手段１をδμｍ間隔でＸ方向に走査しながら実施していく。このような方法で、各インク粒１６の形状を把握することができる。
【００２３】
▲２▼インク粒の面積と平均面積の算出
インク粒１６の形状を把握した後、それぞれの面積Ｓｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）とその平均面積Ｓave を求める。まず、インク粒１６の面積Ｓｉは次のようにして求める。
インク粒１６の大きさは約８０〜１００μｍであり、その面積Ｓi は、図９に示すようにδ間隔でサンプリングを行い、そのときのドット幅Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２、・・・ Ｗｎを加算することにより求められる。すなわち、
Ｓｉ＝Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２＋・・・ ＋Ｗｎ
により算出する。サンプリング間隔δは５μｍと微小なので、上式は積分していることになる。なお、ドット部分は光量が落ちるのでドット幅はしきい値以下のＣＣＤ出力の画素数をあらわしている。
次に、インク粒１６の平均面積Ｓave は、１グループ１８内に存在するインク粒１６の個数で上記Ｓｉの総和を除算することにより求められる。すなわち、
Ｓave ＝ΣＳｉ／Ｎ
但し、Ｎ：インク粒の個数で、ここでは、Ｎ＝８である。
【００２４】
▲３▼判定値の設定
判定の際の許容範囲を設定するため、▲２▼で求めた平均面積Ｓave のα％を判定値ＳA とする。したがって、判定値ＳA は、
ＳA ＝Ｓave ×α／１００
である。αは８０％程度である。
【００２５】
▲４▼判定
この判定値ＳA に対し、上で求めた個々のインク粒１６の面積Ｓｉを比較する。その結果、判定値ＳA 以上のインク粒が設定個数存在すればＯＫ（インク吐出の正常）、１個でも判定値ＳA に満たないものがあればＮＧ（インク吐出の異常）と判定する。これによって、グループ１８内に存在するインク粒１６の不吐出、もしくはそれに近い状態、すなわちノズルの目詰まりを相対比較で検知することができる。また、これによって目詰まりを起こしたノズルを特定することができ、作業中のオペレータにどのノズルで不具合が起こっているのかを知らせることができる。
【００２６】
（２）第２の方法
次に、本発明の第２の方法を図１０により説明する。
▲１▼インク粒の端縁位置
上で求めた各インク粒１６の形状から一方の端縁１６ａ、１６ｂ、・・・の位置（例えば、開始端位置）がわかる。すなわち、上記のようにインク粒１６の形状を把握する際、最初にλμｍ以上のドット幅が出現した位置を記憶しておくことでそのインク粒１６の開始端位置が判断できる。そして、各インク粒１６についてそれぞれ開始端位置を検索し、その中で最大値と最小値の差ΔＸを求める。▲２▼判定値の設定
判定値をβμｍとする。
▲３▼判定
上記最大値と最小値の差ΔＸを判定値βと比較し、ΔＸがβ以内ならＯＫ（位置ずれ無し）、以上ならＮＧ（位置ずれ有り）と判定する。これによって、グループ１８内に存在するインク粒１６のＸ方向の位置ずれの有無を相対比較で検知することができる。
【００２７】
（３）第３の方法
本発明の第３の方法を図１１により説明する。
（ａ）インク粒の中心間隔
上で求めた各インク粒１６の面積からその重心（中心）位置を算出することができる。これより、隣接する２つのインク粒１６間の中心間隔ｄが求められる。その中で最大値ｄmaxと最小値ｄminの差ΔＹを求める。
（ｂ）判定値の設定
判定値をγμｍとする。
（ｃ）判定
上記中心間隔の最大値と最小値の差ΔＹを判定値γと比較し、ΔＹがγ未満ならＯＫ（位置ずれ無し）、以上ならＮＧ（位置ずれ有り）と判定する。これによって、グループ１８内に存在するインク粒１６のＹ方向の位置ずれ、つまり中心間隔の広狭を相対比較で検知することができる。
【００２８】
（４）ＲＧＢフィルタの効果
印字ヘッド４のヘッド毎にインク色が異なるため、図１２に示すように、ＣＰＵ部２８からのデジタル信号ＳＧ４に基づき、ＲＧＢフィルタを切り替えて画像データの読み取りを行う。すなわち、青色系のインクに対しては赤色のフィルタ２３Ｒを、黄色系のインクに対しては緑色のフィルタ２３Ｇを、赤色系のインクに対しては青色のフィルタ２３Ｂをかけて、安定した出力を得るようにしている。なお、インクの色は予めデータとして記憶されている。また、特に淡色系のインクにおいて、明暗のコントラストが出にくいものに関しては、いわゆる重ね打ちをして絶対濃度を上げ感度を高めるようにしている。このようにフィルタを切り替えて最適なコンストラストのもとで読み取った結果はセンサ手段１でアナログ信号ＳＧ５に変換した後、ケーブルを介してＣＰＵ部２８に送られ、前述したプロセスに従い、ノズルの目詰まりや飛び不良、位置ずれなどの判定を行う。
判定の結果、ノズルの目詰まりなどの不具合が認められたならば、インクジェットプリンター２９に対し、デジタル信号ＳＧ１を介して異常を知らせる。また、不具合が生じたノズルを特定できるので、そのノズルの異常をオペレータも知ることができる。
【００２９】
図１３（ａ）は黄色のインクの場合のフィルタの効果を示す図で、図１３（ｂ）は青色のインクの場合のフィルタの効果を示す図である。このようにフィルタ有りの場合には無しの場合に比べて出力電圧の差が顕著であり、したがって検知精度を高めることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、テストパターンの中の複数個のインク粒の列からなるグループ単位で、平均面積をもとにした面積の相対比較、インク粒の端縁位置の最大値と最小値の差に基づくＸ方向位置ずれの相対比較、インク粒の中心間隔の最大値と最小値の差に基づくＹ方向位置ずれの相対比較により、インク吐出の正常、異常を判定するものであるから、ノズルの目詰まりやインク飛び、位置ずれ、色ムラなどの不具合を簡便な方法で高精度に検知することができる。
また、インクの色に応じてＲＧＢフィルタを切り替えながら明暗のコンストラストを最適にして検知するようにしているので、淡色系のインク色に対しても有効に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットノズルの不良検知装置の概要図である。
【図２】テストパターンの一例を示す図である。
【図３】センサ手段の概要図である。
【図４】受光手段の概要図である。
【図５】本発明の検知原理を示すセンサ手段の側面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】インク粒の形状の検出方法を示す図である。
【図８】インク粒の形状検出の際のサンプリング方法を示す図である。
【図９】インク粒の面積の算出方法を示す図である。
【図１０】インク粒のＸ方向位置ずれの判定方法を示す図である。
【図１１】インク粒のＹ方向位置ずれの判定方法を示す図である。
【図１２】本装置の制御装置のブロック図である。
【図１３】ＲＧＢフィルタの効果を示す図である。
【符号の説明】
１  センサ手段
２  駆動手段
３  テスト記録媒体
４  印字ヘッド
５  送り出しロール
６  巻き取りロール
７  ゴムロール
８  ゴムロール
９  ガイドロール
１０  印写位置
１１  検出位置
１２  ブロック
１３  ブロック
１４  紙切れ検出センサ
１５  テストパターン
１６  インク粒
１７  ヘッド
１８  グループ
１９  光源
２０  ボックス
２１  集光レンズ
２２  スリット
２３  フィルタ
２４  受光素子群
２５  取付板
２６  反射光
２７  ＣＣＤ
２８  ＣＰＵ部
２９  インクジェットプリンター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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