CN101391524A - 喷墨装置以及校正方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷墨装置包括压电式喷墨头、多个驱动单元、检测单元以及控制单元。压电式喷墨头具有多个喷孔，分别用以根据驱动电压而输出墨滴。驱动单元根据控制信号以产生驱动电压。检测单元检测对应于喷孔的墨滴的状态以产生检测信号。控制单元根据检测信号而产生控制信号以控制驱动电压。

Description

喷墨装置以及校正方法
技术领域
本发明是有关于喷墨装置，特别是有关于喷墨装置的校正方法。
背景技术
图1是显示传统压电式喷墨头10的示意图。在图1中，压电式喷墨头10包含多个喷孔(nozzle)，例如：256个喷孔，其中各喷孔的等效电路是以电容CL所表示，即电容CL1是表示喷孔1，而电容CL256是表示喷孔256。传统上，可通过使用相同的驱动信号来驱动压电式喷墨头内的各喷孔。然而，由于压电薄膜制程的误差或是喷孔的老化不一致，使得各喷孔具有不相同的阻抗。因此，若对单一喷墨头的各喷孔输入相同的驱动信号，将会造成部分喷孔无法喷出墨滴，使得喷墨头的使用效能会随着时间而降低。此外，使用相同的驱动信号来驱动各喷孔亦会造成部分喷孔喷出不理想的墨滴，例如：在不同喷孔之间，墨滴的体积或是飞行速度不一致，其将导致需要牺牲某些异常喷孔，使得喷孔的使用率降低而降低打印的速度与品质。
美国专利第5,037,217号揭露一种控制压电式喷墨头的打印系统，其检测材质厚度以及环境温度而分别决定动态电压以及静态电压。因此，当执行打印时，压电式喷墨头会操作在动态电压以及静态电压之间。再者，美国专利第6,286,922号揭露一种控制系统，用以控制应用于喷墨头的压电元件的驱动脉冲。对驱动脉冲而言，其电压波形的上升与下降的斜率是由控制信号以及脉冲产生器所决定。因此，控制系统测量驱动脉冲的最高电压值并调整控制信号，使得驱动脉冲的最高电压值可达到既定电压值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种喷墨装置，包括：压电式喷墨头，具有多个喷孔，分别用以根据驱动电压而输出墨滴；多个驱动单元，用以根据控制信号而产生上述驱动电压；检测单元，用以检测对应于上述喷孔的上述墨滴的状态而产生检测信号；以及控制单元，用以根据上述检测信号而产生上述控制信号以控制上述驱动电压。
再者，本发明提供一种喷墨装置的校正方法，适用于具有多个喷孔的压电式喷墨头。校正方法包括：执行初始化设定，用以设定参考电压；执行自我校正程序，用以测量上述喷孔的驱动电压，并根据上述参考电压以及控制信号以调整上述驱动电压的电压电平，其中上述驱动电压是对应于上述控制信号；执行使用者校正程序，用以检测上述喷孔的输出墨滴，并根据上述输出墨滴的状态而调整对应于上述喷孔的上述控制信号以控制上述驱动电压的电压电平以及工作周期的至少一者；以及储存对应于上述控制信号的参数至存储器内。
附图说明
图1是显示传统压电式喷墨头的示意图；
图2是显示根据本发明一实施例所述的喷墨装置；
图3是显示根据本发明一实施例所述的喷墨装置的校正方法；
图4A是显示根据本发明一实施例所述的自我校正程序；
图4B是显示执行自我校正程序时所测量到的驱动电压的时序图；
图5A是显示根据本发明一实施例所述的使用者校正程序；以及
图5B以及图5C分别是显示执行使用者校正程序时所测量到的驱动电压的时序图。
[主要元件标号说明]
10、210～压电式喷墨头
200～喷墨装置
220～驱动单元
230～控制单元
240～检测单元
245～图像撷取单元
250～反馈单元
252～压降单元
254～选择器
256～模拟对数字转换器
300～校正方法
400～自我校正程序
500～使用者校正程序
CL1-CL256～喷孔
S302-S316、S402-S416、S502-S518～步骤
Sc1-Sc256～控制信号
Sdetect～检测信号
SFB～反馈信号
thold～保持时间
Vd、Vd1-Vd256～驱动电压
Vt～参考电压
w1-w6～波形
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
实施例：
图2是显示根据本发明一实施例所述的喷墨装置200。喷墨装置200包括压电式喷墨头210、驱动单元220、控制单元230、检测单元240以及反馈单元250，其中压电式喷墨头210具有多个喷孔，而各喷孔的等效电路是以电容CL所表示。由于各喷孔的阻抗不一致，因此各喷孔皆具有对应的驱动单元220以提供不同的驱动电压Vd，使得各喷孔所喷出的墨滴具有一致性。各驱动单元220具有对应的控制信号Sc。举例来说，驱动单元220可根据控制信号Sc1而产生驱动电压Vd1以驱动喷孔CL1喷出墨滴。反馈单元250包括压降单元(voltage down cell)252、选择器254以及模拟对数字转换器(A/Dconverter)256。压降单元252接收各喷孔的驱动电压Vd并降压至模拟对数字转换器256可接受的电压范围内。选择器254可根据控制单元230选择已被降压的驱动电压Vd(例如：驱动电压Vd1)并传送至模拟对数字转换器256以产生反馈信号SFB。接着，控制单元230可通过反馈信号SFB得知驱动电压Vd1的实际电压值，并根据反馈信号SFB调整控制信号Sc1以重新驱动喷孔CL1直到驱动电压Vd1的电压值相近于目标值。在完成喷孔CL1的校准之后，将对应于控制信号Sc1的参数储存至存储器(未显示)中，以供压电式喷墨头210执行打印时使用。在一实施例中，选择器254为模拟开关(analog switch)。在一实施例中，除了驱动电压Vd之外，反馈单元250更可根据温度、湿度或是气压等环境参数而产生反馈信号SFB。
此外，检测单元240包括图像撷取单元245。图像撷取单元245可撷取墨滴的图像，并检测墨滴的飞行速度、体积、分裂长度、喷墨方向或是卫星点(satellite drop)等信息以产生检测信号Sdetect。接着，控制单元230可根据检测信号Sdetect调整控制信号Sc并重新驱动喷孔以检测墨滴。通过检测单元240，控制单元230可控制各喷孔所喷出的墨滴之间具有最小的差异。在一实施例中，控制单元230包括可储存对应于控制信号Sc的参数的存储单元。在一实施例中，控制单元230包括比例-积分-微分(proportional integraldifferential，PID)控制器、模糊(Fuzzy)控制器或是倒传递(backpropagation)控制器。
图3是显示根据本发明一实施例所述的喷墨装置的校正方法300。校正方法300适用于将喷墨头置入打印系统、打印系统刚启动或是喷墨头已使用一段时间的情况。在步骤S302中，判断是否需亦执行校准程序。当上述情况发生时，执行校准程序。首先，在步骤S304中，执行初始化设定，用以设定参考电压Vt的电压电平以及波形。接着，执行自我校正程序(步骤S306)，自我校正程序的详细步骤将描述于后。接着，在步骤S308中，判断是否执行使用者校正程序。若是，则执行使用者校正程序(步骤S310)，使用者校正程序的详细步骤将描述于后。在完成使用者校正程序之后或是完成自我校正程序且不执行使用者校正程序时，可将对应于各喷头的驱动电压Vd的参数储存至存储器内(步骤S312)以便执行打印操作(步骤S316)。此外，若判断为不需要执行校准程序(步骤S302)，则在执行喷头驱动运作(步骤S316)之前，会先从存储器加载对应于各喷头的驱动电压Vd的参数(步骤S314)，其中上述参数系由前一次执行自我校正程序或是使用者校正程序所储存。
图4A系显示根据本发明一实施例所述的自我校正程序400。首先，在步骤S402中，驱动需要校正的喷孔。参考图2，在喷墨装置200中，控制单元230可产生对应于需要校正的喷孔的控制信号Sc以驱动该喷孔。接着，在步骤S404中，测量已驱动的喷孔的驱动电压Vd。接着，判断驱动电压Vd以及参考电压Vt之间的电压差是否小于或是等于电压Ve(步骤S406)，即|Vd-Vt|≤Ve，其中电压Ve是可容许的驱动电压误差值。当驱动电压Vd以及参考电压Vt之间的电压差大于电压Ve时，判断控制信号Sc的开启时间是否已到达保持时间thold(步骤S408)。若控制信号Sc开启时间已到达保持时间，则记录该喷孔为异常喷孔(步骤S410)；反之，则由控制单元230调整控制信号Sc并再次驱动喷孔(步骤S412)。在步骤S412之后，再通过步骤S404以及步骤S406来测量并判断驱动电压Vd。当驱动电压Vd以及参考电压Vt之间的电压差小于或是等于电压Ve时，判断压电式喷墨头内的全部喷孔是否已校正完毕(步骤S414)。若喷孔尚未全部校正完毕，则在步骤S416中设定下一个需要校正的喷孔。若喷孔已全部校正完毕，则完成自我校正程序。
图4B是显示执行自我校正程序时所测量到的驱动电压Vd的时序图。波形w1、w2、w3以及w4分别是显示不同喷孔的驱动电压Vd，其中波形w1、w2以及w3的电压分别在时间t1、t2以及t3被调整成相近于参考电压Vt。然而，在到达保持时间thold时，波形w4的电压仍然小于参考电压Vt。因此，记录波形w4所对应的喷孔为异常喷孔。在一实施例中，异常喷孔在打印操作中不会被使用。在一实施例中，驱动电压Vd的波形可以是梯型波、方波、三角波、弦波或是其组合。
图5A是显示根据本发明一实施例所述的使用者校正程序500。首先，可根据使用者的设定而选择需要校正的喷孔(步骤S502)，然后驱动该喷孔(步骤S504)，其中使用者可设定校正全部的喷孔或是根据先前校正的结果选择校正部分的喷孔。接着，在步骤S506中，检测单元240撷取已驱动的喷孔的墨滴图像，并分析墨滴的飞行速度Sd、体积Vold等信息。接着，在步骤S508中，判断墨滴的飞行速度Sd以及目标速度St之间的速度差是否小于或是等于可容许的误差速度Se(即|Sd-St|≤Se)，或是判断墨滴的体积Vold以及目标体积Volt之间的体积差是否小于或是等于可容许的误差体积Vole(即|Vold-Volt|≤Vole)。当速度差大于误差速度Se或是体积差大于误差体积Vole时，判断是否到达可调整的次数(步骤S510)。若是，则记录该喷孔为异常喷孔(步骤S512)；若否，则由控制单元230调整控制信号Sc(步骤S514)，然后再次驱动该喷孔(步骤S504)。在步骤S504之后，再通过步骤S506以及步骤S508来测量并判断墨滴的飞行速度Sd以及体积Vold。当速度差小于或等于误差速度Se或是体积差小于或等于误差体积Vole时，判断使用者所设定的喷孔是否已全部校正完毕(步骤S516)。若喷孔尚未全部校正完毕，则在步骤S518中设定下一个需要校正的喷孔。若所设定的喷孔已全部校正完毕，则完成使用者校正程序。
图5B以及图5C分别是显示执行使用者校正程序时所测量到的驱动电压Vd的时序图。在图5B中，由于墨水以及喷孔特质之间的差异，不同喷孔的驱动电压Vd需要具有不同的电压电平以达到墨滴一致性。举例来说，因为各喷孔的阻抗不一致，对应于波形w4的喷孔会比对应于波形w6的喷孔需要更高的驱动电压Vd(即V4>V6)。在图5C中，由于不同喷孔之间有制造位置的公差(tolerance)存在(例如部分喷孔的喷射角度是斜的)，因此需要调整各喷孔的射出时间(即驱动电压Vd的工作周期(duty cycle))以减少落点差异。举例来说，波形w4的时间t1小于波形w6的时间t3。因此，对应于波形w4的喷孔会比对应于波形w6的喷孔提早喷出墨滴以减少墨滴之间的落点差异，使得两喷孔的墨滴可以同时到达。此外，对驱动电压Vd而言，控制单元230可根据反馈信号SFB以及检测信号Sdetect而产生控制信号Sc以控制驱动电压Vd的电压电平。再者，控制单元230可根据检测信号Sdetect而产生控制信号Sc以控制驱动电压Vd的工作周期。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种喷墨装置，包括：
压电式喷墨头，具有多个喷孔，分别用以根据驱动电压而输出墨滴；
多个驱动单元，用以根据控制信号而产生上述驱动电压；
检测单元，用以检测对应于上述喷孔的上述墨滴的状态而产生检测信号；以及
控制单元，用以根据上述检测信号而产生上述控制信号以控制上述驱动电压。
2.根据权利要求1所述的喷墨装置，其中上述检测单元包括图像撷取单元，用以检测上述墨滴的飞行速度、体积、分裂长度、喷墨方向以及卫星点的至少一者。
3.根据权利要求1所述的喷墨装置，其中上述控制单元包括比例-积分-微分控制器、模糊控制器以及倒传递控制器的一者。
4.根据权利要求1所述的喷墨装置，还包括存储器，用以储存对应于上述控制信号的参数。
5.根据权利要求1所述的喷墨装置，还包括反馈单元，用以根据上述驱动电压而产生反馈信号。
6.根据权利要求5所述的喷墨装置，其中上述反馈单元还根据环境参数而产生上述反馈信号。
7.根据权利要求6所述的喷墨装置，其中上述环境参数包括温度、湿度以及气压的至少一者。
8.根据权利要求5所述的喷墨装置，其中上述控制单元是根据上述反馈信号以及上述检测信号而产生上述控制信号以控制上述驱动电压的电压电平。
9.根据权利要求1所述的喷墨装置，其中上述控制单元是根据上述检测信号而产生上述控制信号以控制上述驱动电压的工作周期。
10.根据权利要求1所述的喷墨装置，其中上述驱动电压为梯型波、方波、三角波、弦波或是其组合。
11.一种喷墨装置的校正方法，适用于具有多个喷孔的压电式喷墨头，包括：
执行初始化设定，用以设定参考电压；
执行自我校正程序，用以测量上述喷孔的驱动电压，并根据上述参考电压以及控制信号以调整上述驱动电压的电压电平，其中上述驱动电压是对应于上述控制信号；
执行使用者校正程序，用以检测上述喷孔的输出墨滴，并根据上述输出墨滴的状态而调整对应于上述喷孔的上述控制信号以控制上述驱动电压的电压电平以及工作周期的至少一者；以及
储存对应于上述控制信号的参数至存储器内。
12.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，还包括从上述存储器读取上述参数以执行上述压电式喷墨头的喷墨打印。
13.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，其中执行上述初始化设定还包括设定上述参考电压的电压电平以及波形。
14.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，其中执行上述自我校正程序还包括：
产生上述控制信号以驱动上述喷孔；
测量已驱动的上述喷孔的上述驱动电压；
判断上述驱动电压以及上述参考电压的电压差是否小于或等于既定电压；以及
当上述电压差大于上述既定电压时，调整上述控制信号并重新驱动上述喷孔以测量上述驱动电压。
15.根据权利要求14所述的喷墨装置的校正方法，其中当上述电压差大于上述既定电压且在既定时间内上述驱动电压仍小于上述参考电压时，记录上述喷孔为异常喷孔。
16.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，其中执行上述使用者校正程序的步骤还包括：
根据使用者设定，从上述喷孔选择特定喷孔；
产生上述控制信号以驱动上述特定喷孔；
检测已驱动的上述特定喷孔的上述输出墨滴的飞行速度；
判断上述飞行速度以及目标速度的速度差是否小于或等于既定速度；以及
当上述速度差大于上述既定速度时，调整上述控制信号并重新驱动上述特定喷孔以检测上述飞行速度。
17.根据权利要求16所述的喷墨装置的校正方法，其中在既定调整次数内上述速度差仍大于上述既定速度时，记录上述特定喷孔为异常喷孔。
18.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，其中执行上述使用者校正程序的步骤还包括：
根据使用者设定，从上述喷孔选择特定喷孔；
产生上述控制信号以驱动上述特定喷孔；
检测已驱动的上述特定喷孔的上述输出墨滴的墨滴体积；
判断上述墨滴体积与目标体积的体积差是否小于或等于既定体积；以及
当上述体积差大于上述既定体积时，调整上述控制信号并重新驱动上述特定喷孔以检测上述墨滴体积。
19.根据权利要求18所述的喷墨装置的校正方法，其中在既定调整次数内上述体积差仍大于上述既定体积时，记录上述特定喷孔为异常喷孔。
20.根据权利要求11所述的喷墨装置的校正方法，其中执行上述使用者校正程序还包括调整上述喷孔的射出时间。
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