一种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法，其中柔性基板从放料端经由上游端的对辊进给装置输送至喷印区域，为保证喷印区域温湿度此区域被设置成封闭的微环境模式，喷嘴在电场作用下形成射流在基板上喷制出所需的图案，经过固化处理后，基板再经由下游端的对辊进给装置输送至收料端，其特征在于，该方法包括下列步骤：（a）输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值，其中包括基板张力参考值Fr、基板位置参考值Pr、喷嘴位置参考值Mr、喷嘴电压参考值ur、喷印微环境温度参考值Tr和湿度参考值Hr；然后采集获取有关喷嘴的当前电压u，以及喷印微环境的当前温度T和当前湿度H在内的当前状态参数值；（b）采用三套视觉系统对电喷打印过程进行观测，其中第一套视觉系统用于对喷嘴的射流状态进行观测，第二套视觉系统用于对液滴在基板上的沉积状态执行实时图像检测，第三套视觉系统用于对柔性基板位置进行观测；结合第一、第二视觉系统的图像处理结果合并输出喷嘴的电压反馈值eu，基于第二套视觉系统的图像处理结果输出喷嘴的位置反馈值eM；同时基于第三套视觉系统的图像处理结果输出基板位置反馈值eP；此外，分别采用张力检测传感器和基板定位系统对基板的当前张力F、基板沿着X轴和Y轴方向的当前位置PX和PY执行实时检测和反馈；并采用光栅尺分别采集获得有关喷嘴在X轴、Y轴和Z轴方向的当前位置MX、MY和MZ；（c）采用喷印微环境?电压混合控制方式对喷嘴的电压和喷印微环境的温湿度共同执行调节：在此过程中，将喷印微环境的当前温度T和当前湿度H与其参考值Tr和Hr进行比较处理，并将比较结果分别输入至温度控制器和湿度控制器，这两个控制器相应输出控制信号以实现对喷印微环境的温度闭环控制和湿度闭环控制；温度控制器和湿度控制器分别基于所述比较结果输出喷嘴电压修正指令ST和SH用以减小温湿度变化造成的电压波动，该电压修正指令ST、SH和所述电压反馈值eu共同与喷嘴电压参考值ur进行比较处理，然后将比较结果输入电压控制器以实现对喷嘴电压的闭环控制；（d）采用张力?位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴的位置共同执行调节：在此过程中，对于基板的张力调节，将基板的当前张力F与张力参考值Fr相比较，并将比较结果输入至张力控制器相应输出控制信号，由此实现对基板张力的闭环控制；张力控制器基于所述比较结果同时输出基板位置修正指令S1和喷嘴位置修改指令SF，并将其分别作为基板位置和喷嘴位置输入信号的组成部分用以提高基板和喷嘴的定位精度；对于基板的位置调节，将所述基板位置修正指令S1和所述基板位置参考值Pr合并处理作为基板位置控制器的输入信号，并相应输出对基板X轴和Y轴方向的位置控制指令PXr、PYr；这些位置控制指令PXr、PYr分别与基板的当前位置PX、PY相处理，并相应输出控制信号由此实现对基板X轴和Y轴位置偏差的闭环控制；对于喷嘴的位置调节，将所述喷嘴位置修改指令SF、喷嘴位置反馈值eM和喷嘴位置参考值Mr合并处理作为喷嘴位置控制器的输入信号，并相应输出对喷嘴X轴、Y轴和Z轴方向的位置控制指令MXr、MYr和MZr；这些位置控制指令MXr、MYr和MZr分别与喷嘴的当前位置MX、MY和MZ相处理，并相应输出控制信号以实现对喷嘴X轴、Y轴和Z轴位置偏差的闭环控制；（e）当基板、喷嘴和喷印微环境的各个状态参数均满足工艺要求后，进行电喷打印操作，在喷印完成之前持续对上述参数进行闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括：（a）输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值；（b）分别对喷嘴的位置状态、射流状态、液滴在基板上的沉积状态、基板的张力状态和位置状态分别执行实时检测；（c）采用喷印微环境-电压混合控制方式对喷嘴电压和喷印微环境温湿度共同执行调节；（d）采用张力-位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴位置共同执行调节；（e）在喷印完成之前持续对上述参数闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。通过本专利技术，可显著提高电喷印质量，同时具备适应各类复杂工况、不易被干扰、高效率和高可靠性等特点，因而尤其适用于卷到卷电喷打印产品的制备过程。【专利说明】—种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法
本专利技术属于电喷打印
，更具体地，涉及。
技术介绍
传统的喷印技术主要采用热气泡或者压电的原理产生喷射，并且液滴喷射的产生与喷射依赖于喷印头的尺寸，一般为喷印头直径的1.89倍，制造细小的喷印头需要复杂的微制造工艺与材料,因此传统喷印技术制造超细小液滴基本无法实现。与传统的喷印技术相比，通过静电场产生喷射的电喷打印技术(电流体动力喷印)能够产生更细小的液滴与液丝，直径可以达到纳米级别。同时，电喷打印技术可以喷印高分子有机物等多种材料，使得其应用范围更加宽广，如柔性电子制造，陶瓷元件制造，组织工程等。然而，电喷打印技术自身的不稳定性使得它在产品制备过程中极易受到工艺参数波动的影响，比如喷嘴电压、周围环境中温度和湿度等；此外，考虑到电喷打印的液滴达到纳米级别，电喷印技术可用来制备微米甚至纳米级别的产品，这就对卷到卷电喷打印过程中的基板张力、位置和喷嘴运动位置等工艺参数也提出了更高要求的精度控制；尤其是，这些工艺参数之间的影响存在一定程度的耦合关系，这就使得在电喷打印过程中需要对这些工艺参数进行协同耦合控制处理。与此相对照地，现有技术中往往仅对上述各个变量单独进行控制，或是同时对其中几个变量控制但缺乏它们之间的协同配合，因而难以满足日益提高的电喷打印精度要求。
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，其中通过综合考虑基板张力、基板位置、喷嘴位置以及喷印微环境温湿度、喷嘴电压之间的相互耦合影响，从系统上对多个工艺参数进行闭环控制，相应可显著提高电喷印质量，同时具备适应各类复杂工况、不易被干扰、高效率和高可靠性等特点，因而尤其适用于卷到卷电喷打印产品的制备过程。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了，其中柔性基板从放料端经由上游端的对辊进给装置输送至密闭的喷印微环境区域，为保证喷印区域温湿度此区域被设置成封闭的微环境模式，喷嘴在电场作用下形成射流在基板上喷制出所需的图案，经过固化处理后，基板再经由下游端的卷筒收料装置完成收料，其特征在于，该方法包括下列步骤:(a)输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值，其中包括基板张力参考值Fp基板位置参考值匕、喷嘴位置参考值凡、喷嘴电压参考值W、喷印微环境温度参考值I；和湿度参考值^ ;然后采集获取有关喷嘴的当前电压U，以及喷印微环境的当前温度T和当前湿度H在内的当前状态参数值；(b)采用三套视觉系统对电喷打印过程进行观测，其中第一套视觉系统用于对喷嘴的射流状态进行观测，第二套视觉系统用于对液滴在基板上的沉积状态执行实时图像检测，第三套视觉系统用于对柔性基板位置进行观测；结合第一、第二视觉系统的图像处理结果合并输出喷嘴的电压反馈值eu，基于第二套视觉系统的图像处理结果输出喷嘴的位置反馈值eM ;同时基于第三套视觉系统的图像处理结果输出基板位置反馈值eP ;此外，分别采用张力检测传感器和基板定位系统对基板的当前张力F、基板沿着X轴和Y轴方向的当前位置Px和Py执行实时检测和反馈；并采用光栅尺分别采集获得有关喷嘴在X轴、Y轴和Z轴方向的当前位置Mx、My和Mz ；(c)采用喷印微环境-电压混合控制方式对喷嘴的电压和喷印微环境的温湿度共同执行调节:在此过程中，将喷印微环境的当前温度T和当前湿度H与其参考值Tr和Hr进行比较处理，并将比较结果分别输入至温度控制器和湿度控制器，这两个控制器相应输出控制信号以实现对喷印微环境的温度闭环控制和湿度闭环控制；温度控制器和湿度控制器分别基于所述比较结果输出喷嘴电压修正指令St和Sh用以减小温湿度变化造成的电压波动，并将该喷嘴电压修正指令ST、Sh和所述电压反馈值eu共同与喷嘴电压参考值进行比较处理，然后将比较结果输入电压控制器以实现对喷嘴电压的闭环控制；(d)采用张力-位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴的位置共同执行调节: 在此过程中，对于基板的张力调节，将基板的当前张力F与张力参考值Fr相比较，并将比较结果输入至张力控制器相应输出控制信号，由此实现对基板张力的闭环控制；张力控制器基于所述比较结果同时输出基板位置修正指令S1和喷嘴位置修改指令SF，并将其分别作为基板位置和喷嘴位置输入信号的组成部分用以提高基板和喷嘴的定位精度；对于基板的位置调节，将所述基板位置修正指令S1和所述基板位置参考值匕合并处理作为基板位置控制器的输入信号，并相应输出对基板X轴和Y轴方向的位置控制指令Pxr>Pyr;这些位置控制指令P&、Pft分别与基板的当前位置PX、PY相处理，并相应输出控制信号由此实现对基板X轴和Y轴位置偏差的闭环控制；对于喷嘴的位置调节，将所述喷嘴位置修改指令Sf、喷嘴位置反馈值eM和喷嘴位置参考值Mr合并处理作为喷嘴位置控制器的输入信号，并相应输出对喷嘴X轴、Y轴和Z轴方向的位置控制指令和Ma ;这些位置控制指令和Mzr分别与喷嘴的当前位置Mx、My和Mz相处理，并相应输出控制信号以实现对喷嘴X轴、Y轴和Z轴位置偏差的闭环控制；(e)当基板、喷嘴和喷印微环境的各个状态参数均满足工艺要求后，进行电喷打印操作，在喷印完成之前持续对上述参数进行闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述第一视觉系统优选配备帧速300fps以上的工业CCD相机；所述第二视觉系统优选与喷嘴集成安装为一体且同步移动，并配备帧速300fps以上的工业CXD相机；所述第三套视觉系统优选配备像素值高于130万的工业CXD相机。作为进一步优选地，在步骤(c)中，优选采用分布式温度控制方式来执行对喷印微环境的温度闭环控制操作:在喷印微环境中布置多个温度传感器来实时检测和反馈各个布置点的当前温度值，这些当前温度值经信号处理后分别与所述温度参考值I；相比较，比较结果作为多路温度控制器的输入信号；该多路温度控制器分别对多路信号进行实时处理并输出控制信号以控制发热芯的工作状态，从而实现对喷印微环境的温度闭环控制。作为进一步优选地，在步骤(C)中，优选采用下列公式来获得所述喷嘴电压修正指令ST:ST=yT* (?；-Τ)，其中μ τ表示温度对喷嘴电压的影响因子，其数值设定为0.15~0.45;此外，优选采用下列公式来获得所述喷嘴电压修正指令Sh:SH=yH* (民-H)，其中μΗ表示湿度对喷嘴电压的影响因子，且其数值设定为0.50~0.85。作为进一步优选地，在步骤(d)中，优选采用可改变输出转矩的控制元件来执行对基板张力的闭环控制操作:首先通过配置有张力传感器的张力检测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法，其中柔性基板从放料端经由上游端的对辊进给装置输送至喷印区域，为保证喷印区域温湿度此区域被设置成封闭的微环境模式，喷嘴在电场作用下形成射流在基板上喷制出所需的图案，经过固化处理后，基板再经由下游端的对辊进给装置输送至收料端，其特征在于，该方法包括下列步骤：（a）输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值，其中包括基板张力参考值Fr、基板位置参考值Pr、喷嘴位置参考值Mr、喷嘴电压参考值ur、喷印微环境温度参考值Tr和湿度参考值Hr；然后采集获取有关喷嘴的当前电压u，以及喷印微环境的当前温度T和当前湿度H在内的当前状态参数值；（b）采用三套视觉系统对电喷打印过程进行观测，其中第一套视觉系统用于对喷嘴的射流状态进行观测，第二套视觉系统用于对液滴在基板上的沉积状态执行实时图像检测，第三套视觉系统用于对柔性基板位置进行观测；结合第一、第二视觉系统的图像处理结果合并输出喷嘴的电压反馈值eu，基于第二套视觉系统的图像处理结果输出喷嘴的位置反馈值eM；同时基于第三套视觉系统的图像处理结果输出基板位置反馈值eP；此外，分别采用张力检测传感器和基板定位系统对基板的当前张力F、基板沿着X轴和Y轴方向的当前位置PX和PY执行实时检测和反馈；并采用光栅尺分别采集获得有关喷嘴在X轴、Y轴和Z轴方向的当前位置MX、MY和MZ；（c）采用喷印微环境?电压混合控制方式对喷嘴的电压和喷印微环境的温湿度共同执行调节：在此过程中，将喷印微环境的当前温度T和当前湿度H与其参考值Tr和Hr进行比较处理，并将比较结果分别输入至温度控制器和湿度控制器，这两个控制器相应输出控制信号以实现对喷印微环境的温度闭环控制和湿度闭环控制；温度控制器和湿度控制器分别基于所述比较结果输出喷嘴电压修正指令ST和SH用以减小温湿度变化造成的电压波动，该电压修正指令ST、SH和所述电压反馈值eu共同与喷嘴电压参考值ur进行比较处理，然后将比较结果输入电压控制器以实现对喷嘴电压的闭环控制；（d）采用张力?位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴的位置共同执行调节：在此过程中，对于基板的张力调节，将基板的当前张力F与张力参考值Fr相比较，并将比较结果输入至张力控制器相应输出控制信号，由此实现对基板张力的闭环控制；张力控制器基于所述比较结果同时输出基板位置修正指令S1和喷嘴位置修改指令SF，并将其分别作为基板位置和喷嘴位置输入信号的组成部分用以提高基板和喷嘴的定位精度；对于基板的位置调节，将所述基板位置修正指令S1和所述基板位置参考值Pr合并处理作为基板位置控制器的输入信号，并相应输出对基板X轴和Y轴方向的位置控制指令PXr、PYr；这些位置控制指令PXr、PYr分别与基板的当前位置PX、PY相处理，并相应输出控制信号由此实现对基板X轴和Y轴位置偏差的闭环控制；对于喷嘴的位置调节，将所述喷嘴位置修改指令SF、喷嘴位置反馈值eM和喷嘴位置参考值Mr合并处理作为喷嘴位置控制器的输入信号，并相应输出对喷嘴X轴、Y轴和Z轴方向的位置控制指令MXr、MYr和MZr；这些位置控制指令MXr、MYr和MZr分别与喷嘴的当前位置MX、MY和MZ相处理，并相应输出控制信号以实现对喷嘴X轴、Y轴和Z轴位置偏差的闭环控制；（e）当基板、喷嘴和喷印微环境的各个状态参数均满足工艺要求后，进行电喷打印操作，在喷印完成之前持续对上述参数进行闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，黄永安，史明辉，尹周平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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