液滴沉积头及提供用于液滴沉积头的调整数据的方法技术

公开了一种为液滴沉积头(例如打印头)或其数据处理部件提供调整数据的方法。该方法利用测试数据，该测试数据是通过使用一组测试波形以测试范围内的多个频率操作液滴沉积头(或基本上相同结构的测试液滴沉积头，例如来自同一批次)并通过记录由如此喷射的液滴的体积和速度而收集的，这些记录值(volr,velr)被表示在测试数据中。该一组测试波形中的每一个测试波形包括基本驱动波形和多个调整后的驱动波形，每个调整后的驱动波形对应于基本驱动波形但具有调整了相对应的量的特定波形参数。该波形参数是连续变量，例如脉冲宽度或脉冲幅度。该方法还包括：确定与多个调整频率相对应的调整值，每个调整值对应于波形参数的调整量，该调整量基于测试数据预计将分别导致液滴体积和速度的调整值vola和vela，其基本上等于液滴体积和速度的目标值volT和velT。该方法例如以查找表的值的形式输出表示这种调整值及其相关联的调整频率的调整数据。还公开了一种液滴沉积装置，其包括具有其上存储有一组调整数据的数据存储器的液滴沉积头。该头使用调整数据以利用驱动波形致动其致动器元件，该驱动波形基于基本驱动波形但具有通过调整值调整的特定波形参数，该调整值由所述一组调整数据表示，并且基于其与所讨论的致动器元件的当前工作频率相关联被确定。波形参数也是连续变量。调整数据使得头能够以在头的工作范围内的频率喷射液滴，其中头的液滴体积和速度值基本上等于液滴体积和速度的目标值volT和velT。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】液滴沉积头及提供用于液滴沉积头的调整数据的方法本专利技术涉及液滴沉积头以及相关的方法。本专利技术可以在打印头(例如喷墨式打印头)中有特别有益的应用。液滴沉积头现在被广泛使用，无论是在例如喷墨式打印的较传统的应用中，还是在3D打印中、或者在其他材料沉积或快速成型技术中。因此，流体可以具有新的化学性质以便粘附到新的基底上以及增加沉积材料的功能性。近期，喷墨式打印头已经被开发成能够以高可靠性和高生产率将油墨直接沉积到瓷砖(ceramictiles)上。这允许根据客户的具体规格定制在瓷砖上的图案，并减少了对全系列瓷砖进行存货的需求。在其他应用中，喷墨式打印头已经被开发成能够将油墨直接沉积到纺织品上。就像陶瓷的应用一样，这可以允许根据客户的具体规格定制在纺织品上的图案，并减少对全系列印刷纺织品进行存货的需求。在还有的其它应用中，液滴沉积头可以被用于形成诸如在平板电视制造中使用的LCD或OLED元素显示器中的颜色滤片的元件。为了适合新的和/或日益具有挑战性的沉积应用，液滴沉积头不断演进和专业化。然而，虽然已经取得了许多进展，但在液滴沉积头领域仍有改进的空间。概述本专利技术的方面在所附权利要求中进行了陈述。附图简述现在参考附图，其中：图1显示了示例性液滴沉积头的液滴体积和液滴速度的频率响应曲线图，其中没有执行调整；图2显示了图1的频率响应曲线，其中对每个响应曲线都添加了趋势线；图3示出了在对腔室的致动元件施加单个驱动波形之后邻近其喷嘴的腔室内的压力和通过喷嘴的流速；图4显示了其结果如图1所示的头在动态调整头以在每个频率获得目标液滴速度值之后的响应曲线图；图5显示了示例性液滴沉积头的液滴体积和液滴速度的频率响应曲线图，在该图中响应曲线大致平行于x轴；图6显示了其结果如图5所示的头在动态调整头以在每个频率获得目标液滴速度值之后的响应曲线图；图7示出了基本驱动波形的特定波形参数(即脉冲幅度)的变化；图8A-8E示出了合适的波形参数的进一步的示例；图9A和图9B示出了液滴体积和速度测试数据的拟合曲线；图10示出了基于液滴体积和速度的缩放差异确定调整值的过程；图11绘制了利用图10所示过程确定的调整值的图；图12显示了利用图11中绘制的调整值进行动态调整之后的头的响应曲线图；图13显示了利用各组调整值进行动态调整之后头的两组响应曲线图，其中各组调整值是利用图10所示的过程确定的，每组都基于各自的液滴体积和速度的目标值；图14显示了利用图10所示过程的加权形式确定的调整值进行动态调整之后的头的响应曲线图；图15显示了利用采用“动量”瞄准法确定的调整值进行动态调整后的头的响应曲线图；图16是包括在使用期间被动态调整的多个液滴沉积头的液滴沉积装置的示例的框图；图17是包括在使用期间被动态调整的多个液滴沉积头的液滴沉积装置的另一示例的框图；图18示出了通过关于灰度头(greyscalehead)的调整值的n维查找表的二维切片(slice)；图19A是穿过液滴沉积头的致动器部件的横截面，该液滴沉积头可被配置为用于在使用期间进行动态调整；以及图19B是穿过图19A的致动器部件的另一横截面。附图的详细描述以下公开内容涉及利用调整数据对液滴沉积头进行的调整。头所喷射的液滴的不均匀性某些液滴沉积头中的问题是喷射的液滴例如在它们的体积和/或速度方面可能是不均匀的。许多因素可能导致液滴沉积头所喷射的液滴的体积和/或速度的不均匀。一个示例是制造的可变性：流体通道和提供压力脉冲的致动器元件的尺寸的微小变化可能导致喷射的液滴的体积和/或速度明显偏离其标称值，致动器元件的材料也可能有变化。进一步的示例是液滴沉积头的操作历史和环境：致动器材料的特性，例如热或压电响应，可能根据使用、应力/应变和温度而随时间变化。为了解决液滴体积和/或速度的这种不均匀性，驱动波形的适当改变可以被应用于液滴沉积头的致动器元件(在头的流体腔室内产生压力的电波形)。更具体地，液滴体积和/或速度的不均匀性可以通过根据“静态”方法、“动态”方法、或两者的组合调整驱动波形来解决。在动态方法中，驱动波形在使用期间根据液滴沉积头的当前状态的变化而改变，而液滴沉积头的当前状态的变化可以是例如由头的操作历史(例如每个致动器元件的近期的喷射历史，以及潜在地，其最近的邻居的喷射历史)和/或头的环境引起的。因此，动态方法可以考虑被发送到该头的输入数据，估计该头的状态方面所产生的变化，并试图相应地补偿这种变化。动态方法也可以(或者替代地)考虑直接测量头的状态，例如将头作为一个整体或者头的多个部分的温度测量。相反，在静态方法中，驱动波形的改变不依赖于液滴沉积头的当前状态的变化。因此，相对应的调整通常不会随时间变化。以下的公开通常涉及这种动态方法。然而，在实践中，动态和静态方法经常可以结合在同一个头中。频率响应曲线和动态调整图1显示了利用压电致动器元件的示例性液滴沉积头的液滴体积和液滴速度的频率响应曲线图。更详细地，示例性的液滴沉积头使用简化的驱动波形在一定频率范围内工作，该驱动波形包括简单的单个喷射脉冲，而没有非喷射(例如阻尼)分量，并且其喷射单个液滴。对于每个频率，测量喷射的液滴的体积和速度。因此，曲线中的一条曲线对应于测量的液滴体积，而另一条曲线对应于测量的液滴速度。在x轴上示出了喷射频率，而在y轴上示出了液滴体积(以微微升为单位)和液滴速度(以米/秒为单位)。可以看出，低频率上每条曲线的形状是大致平行于水平轴的直线。在28kHz附近，开始出现两个特征：(1)体积和速度曲线开始振荡，这两条曲线的振荡近似为正弦曲线，并且基本上同相。振荡的幅度随着频率的增加而增加。(2)这两条曲线的趋势线(如图2所示)偏离了它们最初的水平轨迹：具体来说，液滴速度的趋势线向下弯曲，而液滴体积的趋势线向上弯曲。因此，随着频率的增加，针对速度的趋势是降低，而针对体积的趋势是增加。响应曲线中的振荡被认为是由于来自先前喷射脉冲的流体腔室内的残余压力振荡与来自当前液滴喷射脉冲的新引入的压力振荡的叠加而出现的。响应曲线中振荡幅度的增加是由于流体腔室内的压力振荡的这种叠加。此外，压力振荡的这种叠加被认为促使喷嘴内弯月面(meniscus)的平均位置偏离其静止或未扰动时的位置。在图1和图2所示出的特定情况下，在液滴喷射之后，弯月面从静止状态移动到更靠近喷嘴出口的向前位置。这种移动是趋势线偏离它们在图1和图2中最初水平的轨迹的重要原因。理论上，流体腔室内的主要流体振荡发生在两个频率处：亥姆霍兹共振频率和毛细管再填充共振频率。利用将由典型的流体腔室提供的阻尼水平，亥姆霍兹振荡持续足够长的时间，以至于对于更高的喷射频率，它们将与随后的喷射振荡相互作用。单个驱动波形的影响在图3中被示出，图3通过各自的曲线示出了驱动波形、邻近喷嘴的腔室内的压力、以及通过喷嘴的流速(这是由弯月面从其静止位置的位移导致的)。从图3中可以看出，驱动波形包括单个喷射脉冲，在所示的特定示例中，该单个喷射脉冲的形状为梯形。如从喷嘴流速曲线中的峰值明显看出的，在驱动波形脉冲结束后的仅1-2微秒就发生液滴喷射。然而，在液滴喷射后，腔室内的残余压力振荡持续相当长的一段时间——大约40微秒。申请人已经尝试动态调整对应图1的驱动波形，使得液滴体积在大部分的频率范围内保持基本上等于期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种为液滴沉积头或其数据处理部件提供调整数据的方法，所述液滴沉积头包括：多个流体腔室，每个流体腔室设置有相应的致动器元件；其中，所述方法包括以下步骤：接收测试数据，所述测试数据通过以下方式进行收集：通过使用一组测试波形中的每一个测试波形，以分布在测试范围内的多个测试频率中的每一个测试频率，操作所述液滴沉积头或与所述液滴沉积头具有基本相同结构的测试液滴沉积头；以及通过记录如此喷射的液滴的体积和速度，这些记录值(Volr，Velr)在所述测试数据中进行表示；其中，所述一组测试波形包括基本驱动波形和多个调整后的驱动波形，每个调整后的驱动波形与具有被调整了相应量的相同波形参数的基本驱动波形相对应，所述波形参数是连续变量；对于分布在所述测试范围的至少一部分上的多个调整频率中的每一个调整频率，确定相对应的调整值，所述相对应的调整值对应于所述波形参数的调整量，所述调整量基于所述测试数据被预计将分别导致基本上等于液滴体积和速度的目标值volT和velT的液滴体积和速度的调整值vola和vela；以及输出表示多个调整值和多个相关联的调整频率的一组调整数据，所述一组调整数据包括所述确定的调整值及其相关联的调整频率。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 GB 1611509.91.一种为液滴沉积头或其数据处理部件提供调整数据的方法，所述液滴沉积头包括：多个流体腔室，每个流体腔室设置有相应的致动器元件；其中，所述方法包括以下步骤：接收测试数据，所述测试数据通过以下方式进行收集：通过使用一组测试波形中的每一个测试波形，以分布在测试范围内的多个测试频率中的每一个测试频率，操作所述液滴沉积头或与所述液滴沉积头具有基本相同结构的测试液滴沉积头；以及通过记录如此喷射的液滴的体积和速度，这些记录值(Volr，Velr)在所述测试数据中进行表示；其中，所述一组测试波形包括基本驱动波形和多个调整后的驱动波形，每个调整后的驱动波形与具有被调整了相应量的相同波形参数的基本驱动波形相对应，所述波形参数是连续变量；对于分布在所述测试范围的至少一部分上的多个调整频率中的每一个调整频率，确定相对应的调整值，所述相对应的调整值对应于所述波形参数的调整量，所述调整量基于所述测试数据被预计将分别导致基本上等于液滴体积和速度的目标值volT和velT的液滴体积和速度的调整值vola和vela；以及输出表示多个调整值和多个相关联的调整频率的一组调整数据，所述一组调整数据包括所述确定的调整值及其相关联的调整频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个调整值对应于所述波形参数的调整量，所述调整量基于所述测试数据，被预计将分别导致液滴体积和速度的调整值vola和vela，液滴体积和速度的调整值vola和vela位于液滴体积和速度的目标值volT和velT的10％容限带内并且优选位于5％容限带内。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述调整值根据一过程被确定，通过所述过程，每个调整频率的调整值是通过计算被确定以最小化以下两者之间的差值的调整值：当使用针对所讨论的频率的vola和vela计算时的体积和速度两者的函数(g)的值；以及当使用所述目标液滴体积值(volT)和所述目标液滴速度值(velT)计算时的相同函数(g)的值。4.根据权利要求3所述的方法，其中，液滴体积(vol)和速度(vel)的所述函数(g)通常按照vol·vel变化；优选地，其中，所述函数被定义为g＝vol·vel。5.根据权利要求3所述的方法，其中，液滴体积(vol)和速度(vel)的所述函数(g)通常按照vol·vel2变化；优选地，其中，所述函数被定义为g＝vol·vel2。6.根据权利要求3所述的方法，其中，液滴体积(vol)和速度(vel)的所述函数包括：确定缩放的速度差值x，x被定义为(velT-vel)/vel*，其中，velT是所述目标速度，以及vel*是特征速度；以及确定缩放的体积差值y，y被定义为(volT-vol)/vol*，其中，volT是所述目标体积，以及vol*是特征体积；优选地，其中：vel*被定义为velr-velT，以及vol*被定义为volr-volT；或者vel*被定义为velT，以及vol*被定义为volT。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述函数通常按照A|x|+|y|或Ax2+y2变化，其中，A是常数；优选地，其中，所述函数被定义为g＝A|x|+|y|或为Ax2+y2；任选地，其中，A等于1。8.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述波形参数使得所述波形参数的值的调整递增地改变波形曲线下的区域。9.根据权利要求1至7中任一项所述的液滴沉积头，其中，所述波形参数使得所述波形参数的值的调整递增地改变给予液滴的能量，该液滴的喷射由相对应的波形引起。10.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述波形参数使得所述波形参数的值的调整改变从所述基本驱动波形中去除的部分的形状。11.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述头包括驱动电路，所述驱动电路被配置为使得利用驱动波形致动所述子集中的每个致动器元件包括施加公共驱动波形的至少一部分，所述公共驱动波形是所述头内的至少一组致动器所共用的驱动波形，并且优选地是所述头内的所有致动器所共用的驱动波形。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述波形参数使得所述波形参数的值的调整改变从所述公共驱动波形中去除的部分的形状。13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其中，所述头被配置为从所述头外部的电路接收所述公共驱动波形。14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述波形参数选自包括以下项的组中：脉冲宽度；脉冲幅度；转换速率；从所述基本驱动波形中去除的部分的宽度；和从所述基本驱动波形中去除的部分的幅度。15.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述多个调整值包括使用所述测试数据分别确定液滴体积和液滴速度对所述基本驱动波形在所述波形参数方面的变化的灵敏度；和其中，使用所述灵敏度确定所述调整值。16.根据权利要求15所述的方法，其中，分别确定液滴体积和液滴速度对所述基本驱动波形在所述波形参数方面的变化的灵敏度包括确定：液滴体积和液滴速度中的每一者的相应的灵敏度值；或者液滴体积和液滴速度的相应的多个灵敏度值；其中，或者每个灵敏度值对应于所述测试范围中的相应的部分，或者每个灵敏度值对应于调整频率中的相应的调整频率。17.根据从属于权利要求2时的任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述多个调整值包括：使用所述测试数据确定所述函数的值对于所述基本驱动波形在所述波形参数方面的变化的灵敏度；以及其中，使用所述灵敏度确定所述调整值。18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定所述函数的值对于所述基本驱动波形在所述波形参数方面的变化的灵敏度包括确定以下中的任一个：单个灵敏度值；多个灵敏度值，每个灵敏度值对应于所述调整频率中的相应的调整频率。19.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，确定所述多个调整值包括：对于所述测试波形中的每个测试波形，将对应于该测试波形的记录的体积和速度值分别拟合为拟合体积曲线和拟合速度曲线，其中所述调整值使用所述拟合曲线确定。20.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：确定关于定义拟合调整曲线的多个拟合参数的相应的值，所述拟合调整曲线被拟合到所述调整值，所述调整数据包括所述多个拟合参数值。21.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，输出所述一组调整数据包括：将所述调整数据存储在数据存储器上。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述数据存储器由数据处理部件提供，所述数据处理部件是可连接到所述液滴沉积头的。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述液滴沉积头和所述数据处理部件在连接时是可操作的，以：接收输入数据；基于所述输入数据，确定待利用基于所述基本驱动波形的驱动波形致动的所述致动器元件的子集；和利用基于所述基本驱动波形的驱动波形致动所述子集内的每个致动器元件，其中，所述波形参数通过由所述一组调整数据表示的所述调整值中的相对应的调整值进行调整，所述调整值基于在所述一组调整数据内其与所讨论的致动器元件的当前工作频率相关联来确定。24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述数据处理部件被配置为：接收输入数据；基于所述输入数据，确定待利用驱动波形致动的所述致动器元件的子集，所述驱动波形中的每个基于在所述波形参数方面通过致动调整值调整了的所述基本驱动波形；确定所述致动调整值，其中，所述子集内的每个致动器元件的致动调整值基于在所述一组调整数据内其与所讨论的致动器元件的当前工作频率相关联来确定；将致动数据输出到所述液滴沉积头，所述致动数据定义所述致动器元件的子集和所述致动调整值。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述液滴沉积头被配置为：接收所述致动数据；利用所述致动数据，识别所述致动器元件的子集；利用基于所述基本驱动波形的驱动波形来致动所述致动器元件的子集内的每个致动器元件，其中所述波形参数通过在所述致动数据中定义的致动调整值中的相对应的致动调整值来进行调整。26.根据权利要求24或权利要求25所述的方法，其中，所述数据处理部件还被配置为使得所述子集内的每个致动器元件的致动调整值包括附加调整量，优选地，其中，所述附加调整量由所述头基于下列项进行调整：自相邻致动器元件引起的最近喷射以来的时间；和/或所讨论的致动器元件的老化数据。27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述数据处理部件的数据存储器在所述数据存储器上存储有定义所述附加调整量的数据。28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述液滴沉积头包括所述数据存储器。29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述液滴沉积头被配置为：接收输入数据；基于所述输入数据，确定待利用基于所述基本驱动波形的驱动波形致动的所述致动器元件的子集；和利用基于所述基本驱动波形的驱动波形致动所述子集内的每个致动器元件，其中，所述波形参数通过由所述一组调整数据表示的所述调整值中的相对应的调整值进行调整，所述调整值基于所述调整值在所述一组调整数据内与所讨论的致动器元件的当前工作频率相关联来确定。30.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：在所述数据存储器上存储：多组调整数据，每组调整数据对应于一组基本驱动波形中的相应的成员，所述一组基本驱动波形包括所述基本驱动波形，当被施加到所述致动器元件中的一根致动器元件时，所述一组基本驱动波形中的每个成员引起相应数量的流体子液滴的喷射，每组调整数据表示多个调整值和相对应的调整频率，所述多组调整数据包括所述一组调整数据；其中，所述液滴沉积头还被配置为：基于所述输入数据，确定所述致动器元件的一个或更多个子集，其中，所述子集中的每个将利用基于所述一组基本驱动波形中的相对应的成员的驱动波形来致动；以及利用基于所述一组基本驱动波形中的相对应的成员的驱动波形来致动所述子集中的每个子集内的每个致动器元件，其中，所述波形参数通过在所述多组调整数据中的相对应的一组调整数据中定义的调整值中的相对应的调整值来进行调整，所述调整值基于所述调整值与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尼·克鲁兹乌里韦，萨布拉曼尼安·西瓦拉马克里什南，马尔科·雷蒙德·保罗·多雷斯蒂恩，
申请(专利权)人：赛尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB