一种电流体喷印在线检测和分析控制方法技术

本发明专利技术针对电流体喷印过程中，对喷印线段和图形进行在线实时检测和控制方法。控制并确定喷印的电流和近场的距离，以实现喷印线段或图形的目标。在本发明专利技术中利用测量与分析测量点的稳态变化规律，以及喷印平台的运动变化，作为形成系统误差的依据，通过多点的测量实现线段线宽的精确测量，图形的变化采用人工智能观察，利用CCD摄像系统和视频采集接口电路，完成对图形工件的观察与处理。其中电流体喷印探针形成的锥形液体的直径为0.001mm～100mm，高压电源提供的电压1～100kV，喷印近电场的距离1～300mm，喷射纳米纤维直径在1～1000nm。本发明专利技术的特点是控制精密高，易于形成纳米级的线宽，并形成各类复杂图形结构。

An on line detection and analysis control method for current jet printing

The present invention carries out on-line real-time detection and control method for jet printing line and graph in the process of current jet printing. Control and determine the distance between the current and the near-field of the printing, so as to realize the target of the printing line or figure. By using steady-state variation measurement and analysis of the measuring points in the present invention, and the printing platform motion changes, as a form of system error on the basis of the accurate measurement of linewidth, line through multi-point measurement, observation of artificial intelligence using graphic changes, using the CCD camera system and video capture interface circuit, complete observation and treatment the graphic work. The diameter of the conical liquid formed by the electric fluid jet printing probe is 0.001mm to 100mm, the voltage supplied by the high-voltage power supply is 1 ~ 100kV, the distance of the jet printing near electric field is 1 ~ 300mm, and the diameter of the sprayed nanometer fiber is between 1 and 1000nm. The invention is characterized by high precision of control, easy formation of nanometer line width, and formation of various complex graph structures.

【技术实现步骤摘要】
一种电流体喷印在线检测和分析控制方法
本专利技术涉及电流体喷印
，特别是对电流体喷印过程中所形成的射流以及电流体喷印纤维的图形的在线检测和控制方法。
技术介绍
电流体喷印技术就是带电的高分子溶液（或熔体）在电场力的作用下拉伸形成射流，再经溶剂蒸发（或熔体冷却）而固化，从而在接受介质上获得纳米级纤维图案的一种制备技术。这种图案可以形成的不同直径纤维结构、不同图形结构，并且线宽在被有效地控制在几十纳米至十几微米之间。这种电流体喷印形成的微纳米结构体具有表面光滑、导电性良好和线宽小等优点。电流体喷印技术最直接的应用是柔性电子、MEMS、微型传感器等微结构件制造领域，这项技术极大促进了微纳电子产业的发展。其中柔性电子产品如柔性显示器、柔性生物器件、智能皮肤及电子服装等柔性电子产品，已经成为当前电子产业发展的新热点。以往的柔性电子制造技术,如丝网印刷、刻蚀等,在进一步降低线宽和提高电路制造水平等方面都受到了限制,这些都阻碍柔性电子制造产业的快速发展。现在的电流体喷印的柔性产品的线宽和复杂图像的制造水平都大幅度提高。这一提高是由于电流体喷印过程中对写入过程的检测和控制分析技术方法的提高。以往的电流体喷印的纤维或图形的检测，都是事后检测，就是将喷印完成的纤维样品或图形样品，放到放大镜下进行观察，对比性的测量，然后再根据观察测量的结果，调整喷印过程中控制电流、喷印距离、图形走向等相应的参数，这样势必造成喷印成的纤维的无序和写入过程的不可控制的根本性弊端。现有的在线测量方法有滚轮法、标志法、弦高张法、围绕法、经纬仪法等，这些方法都是针对于精度在毫米以上的大直径工件的相应机械类的测量方式。对于电流体喷印得到的直径在微纳米以下的纤维无法实现有效的测量。另外离线测量分析方法是针对电流体喷印丝纤维的无序和写入过程不可控制状态下的测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电流体喷印过程中的电流体喷印纤维无序和不可控的缺点，提出一种电流体喷印过程中的在线检测和分析控制方法。这种方法能在线测量写入纤维的线宽，获得喷印电流体喷印纤维形成的运动目标轨迹图形。分析电流变化和写入距离对线宽的影响因素。为确定喷印参数的匹配，纳米纤维沉积形貌、沉积位置提供有效的依据。探索喷印纺丝电流对纳米纤维直径和图形结构的影响规律。提高喷印纤维线宽和沉积形貌的控制性，纤维排列的有序性，扩展了电流体喷印技术的应用范围。本专利技术专利的技术方案如下：1、利用扫描摄像头对喷印的电流体喷印纤维线条进行观察，摄像头拍摄喷印的电流体纤维和喷印过程，将所拍摄的纤维和图像的影像数据上传的控制电脑中，利用目标在线分析控制程序，将喷印形成的电流体纤维的线宽与设计的模型条纹线宽进行对比，得到喷印形成的线宽数据。然后在根据实时拍摄的影像图形，获得纤维形成的运动目标轨迹图形，并根据设计模型的图形来控制喷印过程中的运动目标轨迹。这样实时测量的喷印纤维线宽和图形形状，控制喷印的电流大小和喷印近场的距离。其中在电流体喷印过程中探针喷头的锥端液体在高压电源的高电压激励下，其中锥体的直径在0.001mm～100mm，高压电源提供的电压1～100kV，喷印近电场的距离1～300mm，喷射纳米纤维直径在1～1000nm。2、在喷印过程中实时监控平台运动轨迹，并与沉积形貌对比，分析各个工艺参数的耦合关系和对最后沉积结构的影响规律。在收集板上形成有序排列的纳米纤维丝和纳米纤维形成过程中的运动轨迹图形。有益效果与现有电流体喷印检验技术相比，本专利技术具有以下优点和效果。1、由于本专利技术采用在线检测和目标在线分析控制方法，减少了离线检查的过程，并能实时修正喷印控制电流和近场距离，减少了工艺，提高了写入纤维的效率。2、由于采用在线的目标检验技术，根据目标的图形，控制目标形成的运动轨迹，不仅提高了在线制造的精度，而且实现了各类复杂图形的制造成型。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。其中，1为控制电脑，2为显微摄像头，3为探针喷头，4为高压电源，5为X轴步进电机，6为收集板（X轴运动平台），7为纳米纤维，8为Y轴运动平台，9为Y轴步进电机，10为激光位移传感器，11为双频激光干涉仪。具体的实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术专利的内容作进一步说明，但本专利技术专利的在线检测与分析控制方法头并不限于以下的实施例。实施例1，参见图1所示，电流体喷印的在线检测和控制分析的过程，首先进行检验误差的设定，本专利技术是在运动过程中写入的线条和图案，那么就要对线条运动过程中产生的误差计算。本专利技术的误差测量时利用利用激光位移传感器10对测量的纳米纤维7的位置点平台形状误差进行测量，确定其的位置的上下变化大小，以此作为测量的系统误差。将系统误差上传到控制电脑中，作为测量的误差依据。通过激光干涉仪11对平台运动误差进行测量，以此作为平台运动的系统误差。本专利技术采用激光位移传感器位基恩士LK-G30，将此激光位移传感器安装到运动平台上，当测量平台本身的载物板时，由于被测量的运动平台是非镜面反射射式，将激光位移传感器竖直放置，装置放置方法如装置图所示。传感器的采用周期为200μm。通过固定点测量，可以得到平台在静止通电状态的振动，也就是在固定点，中心点位置坐标（66，110），激光传感器在此停留～10s的吋间，获得测量数据，根据统计可以得出在平台断电或通电的不同状态下的数据分布成正态分布。平台通电状态时，测量位移均值为-0.1776mm，方差（σ1）为0.2457μm。平台断电时测量位移均值为-0.1867mm，方差（σ2）为0.8221μm。在标准正态分布下，可以得出平台电机自身振动3σ2—3σ1≒1.729μm。当平台以一定速度运动时，激光位移传感器就可以像轮廓仪一样将一条线上的位移变化量表达出来，以平台运动速度为100mm/s，采样时间200μs，平台在Y轴运动时，X轴方向中央（X=66）的位置有明显的突起，进而可以得出在此线上线型误差为23.331μm。当有了点和线的轮廓信息之后，就可以构建整个面的轮廓，整个平台在通电之后的形貌成马鞍状，在长轴（Y轴方向）一侧有明显的下弯，而在短轴（X轴方向）两侧则有明站的上翅，中央部分呈“U”型。分析平面分布图，整个平面内形貌的分布特征，并可以得出形面误差为54.02μm，作为平面的系统误差。利用AGILENT双频激光干涉仪11对平台运动定位精度及重复定位精度进行测量，以此作为平台运动的系统误差，通过对位置数据进行分析，得出测量误差范围。在电流体喷印过程中探针喷头3的锥端液体在高压电源4的高电压激励下，其中锥体的直径在10mm，高压电源提供的电压10kV，喷印近电场的距离30mm。喷射出纳米纤维7，纳米纤维直径在10nm，在收集板上形成有序排列的纳米纤维丝7和纳米纤维形成过程中的运动轨迹图形。对于电流体喷印的纳米纤维7和喷印过程形成的运动目标轨迹图形的获取，通过显微摄像头2采集纳米纤维7和轨迹图形的影像，在喷印过程中，通过显微摄像头2可以对写入区域与喷印过程进行观察，实时拍摄喷印的线条和图形，通过影像数据与设计数据进行比对和分析，控制电脑1与显微摄像头2接口通过计算机屏幕对喷印区进行观察或对喷印过程的图形进行存储，在本系统显微摄像头2除了用于观察功能外，还要用加工的运动轨迹文档的形成，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在于：利用扫描摄像头对喷印的电流体纤维线条进行观察，摄像头拍摄喷印的电流体喷印纤维和喷印过程，将所拍摄的纤维和图像的影像数据上传的控制电脑中，利用目标在线分析控制程序，将喷印形成的纤维线宽与设计的模型条纹线宽进行对比分析，得到喷印形成的线宽数据，然后根据实时拍摄的影像图形，获得纤维形成的运动目标轨迹图形，并根据设计模型的图形来控制喷印过程中的运动目标轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在于：利用扫描摄像头对喷印的电流体纤维线条进行观察，摄像头拍摄喷印的电流体喷印纤维和喷印过程，将所拍摄的纤维和图像的影像数据上传的控制电脑中，利用目标在线分析控制程序，将喷印形成的纤维线宽与设计的模型条纹线宽进行对比分析，得到喷印形成的线宽数据，然后根据实时拍摄的影像图形，获得纤维形成的运动目标轨迹图形，并根据设计模型的图形来控制喷印过程中的运动目标轨迹。2.根据权利要求1所述电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在于进行检验误差的测量，对固定点上的波动误差，测量线段的精度及重复性进行系统误差的测量。3.根据权利要求1所述电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在于对电流体喷印线段的测量，利用摄像装置采集只写入线段的直径信息，与系统设计的线段的数据进行对比，获得写入线段的直径。4.根据权利要求1所述电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在对电流体喷印过程运动目标轨迹图形采用摄像装置，进写入的运动目标轨迹图形拍摄获得图形的形状信息。5.根据权利要求1所述电流体喷印中的在线检测和控制方法，其特征在对电流体喷印过程在喷印过程中实时监控平台运动轨迹，并与沉积形貌对比，分析各个工艺参数的耦合关系和对最后沉积结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓军，张亮，
申请(专利权)人：深圳市富彩三维技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44