一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于新型显示领域，具体涉及一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法及系统，包括：控制多套视觉系统同步对多个喷头的喷孔进行喷射墨滴图像采集；基于每个喷孔对应的喷射墨滴图像，计算该喷孔的喷射墨滴飞行状态；结合各套视觉系统当前检测完的和下一次待检测的喷孔坐标，整体调整运动机架和/或喷头阵列的位置，并对经整体调整后未到达待检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置的视觉系统进行位置微调；重复执行图像采集；其中，每个喷孔的坐标是通过其在对应喷头笛卡尔坐标系中的坐标位置与对应喷头的喷头偏移角度相乘并加上对应喷头笛卡尔坐标系的原点在全局坐标系中的坐标得到。本发明专利技术可对多个喷头进行同步扫描检测，有效提升检测效率。升检测效率。升检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法及系统


[0001]本专利技术属于新型显示领域，更具体地，涉及一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法及系统。

技术介绍

[0002]新型显示是信息化、智能化时代我国战略性新兴产业重点发展方向之一，正朝着超高分辨率、大尺寸、轻薄柔性和低成本方向发展，传统的真空蒸镀等技术面临着能耗高、材料浪费严重、工艺复杂等问题，而喷墨打印技术是将功能性原材料配置成墨水，通过喷墨打印技术将有机或无机电子器件制作在刚性或柔性基板上的新兴显示制造技术，具有可适应大面积制备、材料适应性和利用率高、低成本、绿色制造等优点，是未来新型显示产业的重要发展方向之一。
[0003]在喷墨打印过程中，由于喷头阵列中喷孔状况、墨水性质、打印气氛环境等工艺参数的影响，可能存在喷孔堵塞、墨滴飞行偏斜、卫星墨滴、拖尾、墨滴体积及速度异常等异常状态，使墨滴自身体积或飞行异常，降落到基板后可能出现漏喷、连接、散点、墨量不均等缺陷，最终导致显示屏的缺陷。大尺寸基板喷墨打印通常需要喷头阵列中的多个喷头同时工作，待检测喷孔数量庞大，因此需要高效检测喷射墨滴的体积、速度、角度等参数，以保证喷印效果。
[0004]现有的喷墨打印墨滴测量方法可分为离线和在线测量两大类。离线测量主要是称重法，在线测量主要包括感应法、激光干涉法、视觉法等，这些方法已经应用在了实验研究或工业生产中。称重法的基本原理是采用精密测量装置，在特定频率下以一定时间收集大量墨滴，测量墨滴总质量，然后计算单个墨滴的平均质量，根据密度计算墨滴体积。该方法具有较高的测量精度，但只适用于沉积后的墨滴且易受墨水溶剂挥发影响，无法检测墨滴飞行速度和角度，适合作为其他测量方法的对比验证手段。感应法主要是通过测量喷孔喷射时的自感电压，判断喷射是否异常，但该方法只能定性检测而不适用于墨滴精确测量。激光干涉法主要是利用相位多普勒原理，使用两束或多束激光，在墨滴测量区域发生干涉，在和出射光线成一定角度的方向设置光检测器件，通过干涉信号分析计算墨滴体积、速度和角度，但其高昂的成本一定程度制约了其应用。
[0005]此外，一部分文献中公开了采用频闪拍照的视觉法检测飞行墨滴，然而通常只能实现每次检测单个喷孔，检测效率不高。考虑到喷头阵列中的多喷头同时使用，待检测喷孔数量大的情况，如何设计一种新的检测系统和检测方案，实现喷头阵列高效在线精确测量，正构成为本领域亟待解决的关键技术需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法及系统，其目的在于提高喷头阵列中的多喷头喷射墨滴检测的效率，实现喷头阵列高效在线精确测量。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，包括：
[0008]控制多套视觉系统同步对多个喷头的喷孔进行喷射墨滴图像采集；基于每个喷孔对应的喷射墨滴图像，计算该喷孔的喷射墨滴飞行状态；
[0009]结合各套视觉系统当前检测完的喷孔坐标和下一次待检测的喷孔坐标，整体调整运动机架和/或喷头阵列的位置，并对经整体调整后未到达待检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置的视觉系统进行位置微调；重复执行图像采集，直至完成对喷印喷头阵列中所有待检测喷孔的喷射墨滴检测；
[0010]其中，所述多套视觉系统设置在所述运动机架上；每个喷孔的坐标通过以下方式确定得到：每个喷孔的坐标通过以下方式确定得到：获取每个喷头笛卡尔坐标系的某一轴向量与所述运动机架所在的全局坐标系的对应轴向量间的夹角，作为该喷头的喷头偏移角度，将各喷孔在对应喷头笛卡尔坐标系中的坐标位置与对应喷头的喷头偏移角度相乘并加上对应喷头笛卡尔坐标系的原点在全局坐标系中的坐标，得到每个喷孔在全局坐标系下的坐标，所述全局坐标系的两个坐标轴对应与运动机架和/或喷头阵列可移动的相互垂直的两个自由度方向相同。
[0011]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种喷头阵列喷射墨滴同步扫描的检测方法，通过喷头阵列拼接偏移角度(理论上在一个平面上相邻喷头间应无夹角拼接，但实际上在平面上会存在拼接错位，相邻两喷头之间呈现一定夹角，喷头偏移角度表示错位的程度)、喷孔位置分布坐标等参数，计算获得扫描检测喷头中所有喷孔的过程中系统各自由度的运动步长，快速实现多套视觉检测系统均对准各自待检测喷孔喷射的墨滴，同步执行喷头阵列中多个喷头喷孔的检测，相比于常规的飞行墨滴检测方案，弥补了单次只能检测单个喷孔的局限，有效提升观测效率。另外，本专利技术设计的喷头阵列喷射墨滴同步扫描检测方法，不限制同步检测喷头的数量，只需要增添相应的视觉系统和运动机构即可增加同步检测的喷头数量，可以应对更大规模喷头阵列的检测需求，实现高效率检测。
[0012]进一步，所述整体调整运动机架和/或喷头阵列的位置，并对经整体调整后未到达待检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置的视觉系统进行位置微调的实现方式为：
[0013]将相邻两套视觉系统之间的间距设置为待检测喷头阵列内相邻喷头间距的整数倍；且为每套视觉系统对应配置一个位置微调机构；
[0014]选定一个视觉系统作为基准视觉系统，根据其预检测喷孔的坐标，控制所述运动机架和/或待检测喷头阵列在所述两个自由度方向上进行移动，使得该基准视觉系统位于其预检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置；根据其它每套视觉系统预检测喷孔的坐标，通过每套视觉系统的位置微调机构，在所述两个自由度方向上调整该视觉系统的位置至位于其预检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置。
[0015]本专利技术的进一步有益效果是：将相邻两套视觉系统之间的间距设置为待检测喷头阵列内相邻喷头间距的整数倍，由此，在每次检测时能实现多个喷头喷孔的同步检测。另外，为每套视觉系统对应配置一个位置微调机构，选定一个视觉系统作为基准视觉系统，调整该基准视觉系统至其待检测喷孔喷射墨滴图像采集位置，其它视觉系统通过各自的微调机构，实现位置微调，实现高效地用于同步检测的视觉系统位置调整。
[0016]进一步，每个位置微调机构的所述两个自由度方向对应的二自由度微调机构运动
步长矩阵设为：
[0017][0018]式中，u
l，n
表示第l个视觉系统的位置微调机构观测第H(l)号喷头的第n个喷孔时在自由度U
l
方向的运动行程，v
l，n
表示第l个视觉系统的位置微调机构观测第H(l)号喷头的第n个喷孔时在自由度V
l
方向的运动行程，l∈{1，2，
…
，L}，n∈{1，2，
…
，N}，L为视觉系统的总个数，N为每个喷头中的喷孔总个数；A
′
H(l)
表示第H(l)号喷头的由其中所有喷孔在对于喷头笛卡尔坐标系中的坐标所构成的喷孔坐标阵列矩阵A
H(l)
旋转β
i
后的矩阵，A
′
H(k)
表示作为基准的第k个视觉系统观测的第H(k)号喷头的由其中所有喷孔在对于喷头笛卡尔坐标系中的坐标所构成的喷孔坐标阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，包括：控制多套视觉系统同步对多个喷头的喷孔进行喷射墨滴图像采集；基于每个喷孔对应的喷射墨滴图像，计算该喷孔的喷射墨滴飞行状态；结合各套视觉系统当前检测完的喷孔坐标和下一次待检测的喷孔坐标，整体调整运动机架和/或喷头阵列的位置，并对经整体调整后未到达待检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置的视觉系统进行位置微调；重复执行图像采集，直至完成对喷印喷头阵列中所有待检测喷孔的喷射墨滴检测；其中，所述多套视觉系统设置在所述运动机架上；每个喷孔的坐标通过以下方式确定得到：获取每个喷头的预先建立的喷头笛卡尔坐标系的某一轴向量与全局坐标系的对应轴向量间的夹角，作为该喷头的喷头偏移角度；根据每个喷头的喷头偏移角度，将该喷头中每个喷孔在对应喷头笛卡尔坐标系中的坐标经过角度旋转并加上对应喷头笛卡尔坐标系的原点在全局坐标系中的坐标，实现将每个喷头中每个喷孔的坐标转换到全局坐标系中，得到每个喷孔在全局坐标系下的坐标；所述全局坐标系的两个坐标轴对应与运动机架和/或喷头阵列可移动的相互垂直的两个自由度方向相同。2.根据权利要求1所述的一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，所述整体调整运动机架和/或喷头阵列的位置，并对经整体调整后未到达待检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置的视觉系统进行位置微调的实现方式为：将相邻两套视觉系统之间的间距设置为待检测喷头阵列内相邻喷头间距的整数倍；且为每套视觉系统对应配置一个位置微调机构；选定一个视觉系统作为基准视觉系统，根据其预检测喷孔的坐标，控制所述运动机架和/或待检测喷头阵列在所述两个自由度方向上进行移动，使得该基准视觉系统位于其预检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置；根据其它每套视觉系统预检测喷孔的坐标，通过每套视觉系统的位置微调机构，在所述两个自由度方向上调整该视觉系统的位置至位于其预检测喷孔的喷射墨滴图像采集位置。3.根据权利要求2所述的一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，每个位置微调机构的所述两个自由度方向对应的二自由度微调机构运动步长矩阵设为：式中，u
l,n
表示第l个视觉系统的位置微调机构观测第H(l)号喷头的第n个喷孔时在自由度U
l
方向的运动行程，v
l,n
表示第l个视觉系统的位置微调机构观测第H(l)号喷头的第n个喷孔时在自由度V
l
方向的运动行程，l∈{1,2,
…
,L},n∈{1,2,
…
,N}，L为视觉系统的总个数，N为每个喷头中的喷孔总个数；A
′
H(l)
表示第H(l)号喷头的由其中所有喷孔在对于喷头笛卡尔坐标系中的坐标所构成的喷孔坐标阵列矩阵A
H(l)
旋转β
i
后的矩阵，A
′
H(k)
表示作为基准的第k个视觉系统观测的第H(k)号喷头的由其中所有喷孔在对于喷头笛卡尔坐标系中的坐标所构成的喷孔坐标阵列矩阵A
H(k)
旋转β
k
后的矩阵。4.根据权利要求1所述的一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，每套视觉系统采用频闪曝光且在一个曝光时间段对每个喷射墨滴进行双重闪光的方式来执行图像采集，使得所采集的图像中具有同一墨滴在前后两个时刻的投影图像。5.根据权利要求4所述的一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，每套视觉
系统在采集对应喷孔的喷射墨滴图像时，具体为：在一个曝光时间段对前后多个喷射墨滴均进行双重闪光，得到该喷孔的喷射墨滴图像，该喷射墨滴图像中在上的投影图像为在对各喷射墨滴分别进行双重闪光时在前时刻所闪光采集的投影图像的叠加，该喷射墨滴图像中在后的投影图像为在对各喷射墨滴分别进行双重闪光时在后时刻所闪光采集的投影图像的叠加。6.根据权利要求1所述的一种喷印喷头阵列喷射墨滴检测方法，其特征在于，基于每个喷孔对应的喷射墨滴图像，计算该喷孔的喷射墨滴实际体积的方式为：对每个喷孔对应的喷射墨滴图像中上下两个投影图像区域进行边缘检测，并根据相机标定值，计算得到经边缘检测后每个投影图像区域对应的墨滴的实际高度；在高度方向将每个投影图像区域对应的墨滴离散成厚度为
△
h的n个切片；采用高斯拉普拉斯变换分别处理经边缘检测后的每个投影图像区域，计算经高斯拉普拉斯变换处理后的投影图像区域的灰度方差σ2，并基于以下表达式确定每个投影图像区域对应的加权系数λ：式中，t为该投影图像区域的灰度方差σ2归一化到区间[
‑
10,10]之后的值；基于以下表达式计算该喷孔的喷射墨滴实际体积V：其中，λ1、λ2分别表示上下两个投影图像区域的加权系数，d
i
表示其中一个投影图像区域的墨滴第i个圆切片层横截面的直径，i∈{1,2,<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，蔡佳成，尹周平，刘强强，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：