一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统技术方案

本发明专利技术属于喷墨打印相关技术领域，其公开了一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。本发明专利技术通过对喷印过程汇总多误差的测量与补偿，减小墨滴定位误差，因而尤其适用于高分辨率显示器、柔性电子之类的高精度工业生产和应用场合。

A multi error compensation positioning control method and system for inkjet

【技术实现步骤摘要】
一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统
本专利技术属于喷墨打印相关
，更具体地，涉及一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统。
技术介绍
喷墨打印技术作为一种印刷制造的新兴技术，在显示屏、薄膜太阳能电池、柔性传感器等的制造上，相比于传统的蒸镀等技术，喷墨打印技术具有材料利用率高、打印分辨率高、工艺简单、尺度大、成本低廉和适合批量化等特点，引起了研究机构及相关厂商的广泛关注，随着喷墨打印技术不断发展，各个研究机构和相关厂商在制备显示屏、薄膜太阳能电池、柔性传感器等领域取得了一定进展，但在工业级生产设备中的应用目前还未取得普及。随着对高分辨率显示器需求的增多，制约喷墨打印技术在工业级生产设备中应用的主要因素之一是如何减小喷墨打印墨滴的定位误差，例如在高分辨率显示器发光层RGB材料的制备中，RGB墨滴在基板像素坑中的定位误差大小将直接影响高分辨率显示器发光层发光的均匀性和效率。而在实际工业级生产中，墨滴定位误差会受到不同因素相互耦合的影响，其中包括喷头安装、基板摆放、墨滴飞行角度、墨滴飞行过程中的气流、墨滴落在基板上的流动等因素。现有技术已经提出了一些关于墨滴定位误差的控制补偿方案，例如用于喷墨墨滴定位校准的方法和系统，介绍了调整喷头上喷嘴角度的方法来补偿墨滴飞行角度造成的墨滴定位误差，但近年来在喷墨打印中广泛使用的喷头集成度高、喷头模块重量大，喷头角度不便于调整，同时喷嘴角度难以调整。进一步研究发现，现有专利和文献中涉及的技术仍存在以下不足：一方面，它们通常是对墨滴落点位置进行测量，通过对落点位置与影响因素进行数值拟合的方法，实现了对墨滴落点定位误差的补偿，而在实际打印中墨滴落点定位误差受墨滴喷出喷嘴、飞行过程、落在基板上等多过程的不同种类误差的影响，但现有方法没有分不同种类误差的对墨滴落点定位误差进行测量和补偿；另一方面，它们大多是在纸张等介质上进行打印，然后对墨滴落点位置进行测量得到墨滴落点误差并进行控制，这种方法是一种离线控制方法，在正式打印过程中补偿效果较差。相应地，考虑到不同种类误差对墨滴落点定位的影响，并在正式打印过程中实现墨滴落点定位误差的实时控制与补偿，正在成为本领域亟需解决的关键技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种喷印墨滴多误差定位控制方法及系统，其通过对喷印过程中不同种类墨滴定位误差的测量，对于其中墨滴飞行角度、喷射速度等因素建立墨滴飞行定位误差模型，对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差、基板定位误差等进行前馈控制补偿；此外，在整个喷印过程中利用墨滴落点观测相机来观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标，通过与理想坐标进行比较得到墨滴落点定位误差补偿量，将其作为控制量反馈到基板运动控制中进行实时反馈控制。此外，通过对喷印过程汇总多误差的测量与补偿，减小墨滴定位误差，因而尤其适用于高分辨率显示器、柔性电子之类的高精度工业生产和应用场合。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种喷印墨滴多误差定位控制方法，所述方法主要包括以下步骤：(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。进一步地，在试打印阶段，多次测量得到墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、基板运动平均速度u、以及预设的喷嘴距离基板的高度hs，通过以下表达式对墨滴飞行定位误差(Δx1,Δy1)进行计算：(Δx1,Δy1)＝(th(vsinβcosα-ux),th(vsinβsinα-uy))其中，th表示墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间,v表示墨滴平均速度，α表示墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角，β表示墨滴飞行方向和设备坐标系X轴正方向的夹角，(ux，uy)表示基板在XY两方向上的实际运动速度。进一步地，采用以下公式对墨滴平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、以及墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间th进行计算：其中，n是所采集的墨滴数量，ta是采样时间段，h表示喷嘴与基板在垂直方向上的间距，g为自由落体加速度。进一步地，测量喷嘴与基板在垂直方向上间距的实际值h，若超出(hs±Δhs)的范围，则通过Z轴直线运动模组调节喷头高度至允许范围内；检测喷头底部定位标记在设备坐标系中的坐标(xa1,ya1)、(xa2,ya2)以得到喷头打印起始喷嘴的坐标(xa,ya)、喷头安装角度θ的实际值；若|θ|>θs，则喷头需重新安装，Δhs及θs分别为预先设定的高度偏差值及喷头安装角度阈值，对应表达式：(xa，ya)＝(k1xa1+k2xa2，k3ya1+k4ya2)(Δx2,Δy2)＝(xs2-xa,xs2-ya)其中，k1、k2、k3、k4为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头打印起始喷嘴的沿X、Y轴位置误差补偿系数，其值是经过多次试验测试得出，且满足0<k1<1、0<k2<1、0<k3<1、0<k4<1、k1+k2＝1、k3+k4＝1；θ1为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头角度误差补偿值，且其值是经过多次试验测试得出；(xs2,ys2)为预先设定的喷头打印起始喷嘴的理想坐标。进一步地，喷头定位误差(Δx2,Δy2)的计算公式如下：(Δx2,Δy2)＝(xs2-xa,ys2-ya)式中，(xs2,ys2)为喷头打印起始喷嘴的理想坐标。进一步地，检测基板定位标记在设备坐标系中的坐标(xb1,yb1,zb1)、(xb2,yb2,zb2)、(xb3,yb3,zb3)、(xb4,yb4,zb4),以得到基板中心实际坐标(xb,yb)、基板摆放偏角实际值基板定位误差(Δx3,Δy3)的计算公式如下：(Δx3,Δy3)＝(xs3-xb,ys3-yb)式中，(xs3,ys3)为基板中心的理想坐标。进一步地，正式打印开始后，在整个喷印过程中观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标(xc,yc)，墨滴定位误差(Δx4,Δy4)的计算公式如下：(Δx4,Δy4)＝(xs4-xc,ys4-yc)其中，(xs4,ys4)为所述喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的理想落点坐标。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种喷印墨滴多误差补偿定位控制系统，所述墨滴多误差补偿定位控制系统是采用如上所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法进行定位控制的，其包括喷头模块、检测模块及基板运动控制模块；所述检测模块用于在试打印时对所述喷头模块进行观测，并将观测到的数据传输给所述基板运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；/n(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；/n(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；
(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；
(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。


2.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：在试打印阶段，多次测量得到墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、基板运动平均速度u、以及预设的喷嘴距离基板的高度hs，通过以下表达式对墨滴飞行定位误差(Δx1,Δy1)进行计算：
(Δx1,Δy1)＝(th(vsinβcosα-ux),th(vsinβsinα-uy))
其中，th表示墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间,v表示墨滴平均速度，α表示墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角，β表示墨滴飞行方向和设备坐标系X轴正方向的夹角，(ux，uy)表示基板在XY两方向上的实际运动速度。


3.如权利要求2所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：采用以下公式对墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、以及墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间th进行计算：












其中，n是所采集的墨滴数量，ta是采样时间段，h表示喷嘴与基板在垂直方向上的间距，g为自由落体加速度。


4.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：测量喷嘴与基板在垂直方向上间距h的实际值，若超出(hs±Δhs)的范围，则通过Z轴直线运动模组调节喷头高度至允许范围内；检测喷头底部定位标记在设备坐标系中的坐标(xa1,ya1)、(xa2,ya2)以得到喷头打印起始喷嘴的坐标(xa,ya)、喷头安装角度θ的实际值；若|θ|>θs，则喷头需重新安装，Δhs及θs分别为预先设定的高度偏差值及喷头安装角度阈值，对应计算表达式为：
(xa，ya)＝(k1xa1+k2xa2，k3ya1+k4ya2)



(Δx2,Δy2)＝(xs2-xa,xs2-ya)
其中，k1、k2、k3、k4为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头打印起始喷嘴的沿X、Y轴位置误差补偿系数，且满足0<k1<1、0<k2<1、0<k3<1、0<k4<1、k1+k2＝1、k3+k4＝1；θ1为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头角度误差补偿值；(xs2,ys2)为预先设定的喷头打印起始喷嘴的理想坐标。


5.如权利要求4所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：喷头定位误差(Δx2,Δy2)的计算公式如下：
(Δx2,Δy2)＝(xs2-xa,ys2-ya)
式中，(xs2,ys2)为喷头打印起始喷嘴的理想坐标。


6.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：检测基板定位标记在设备坐标系中的坐标(xb1,yb1,zb1)、(xb2,yb2,zb2)、(xb3,yb3,zb3)、(xb4,yb4,zb4),以得到基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，吕佳超，王一新，欧闻，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42