CN107696700A - 一种具有复合检测功能的电喷印喷头 - Google Patents

Abstract

本发明属于电流体动力喷印相关设备领域，并公开了一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其包括喷头模块、单相机观测模块以及多个过程观测模块，其中单相机观测模块及多个过程观测模块安装在喷头模块的上方及四周，并利用多个反射镜之间的设置配合构成前后左右四条不同的光路，分别将喷印图案、液滴喷出过程、液滴飞行过程、液滴降落过程四个维度的不同观测图像反射到同一维度上，再由上方相统一进行拍摄，同时可根据不同喷嘴及工艺要求调节反射镜角度等参数实现对不同位置的观测目标进行观测。通过本发明，能够实现电流体动力喷印、喷印结果及过程观测等功能，同时具备结构紧凑、便于操控、观测精度高、适用范围广等优点。

Description

一种具有复合检测功能的电喷印喷头

技术领域

本发明属于电流体动力喷印相关设备领域，更具体地，涉及一种具有复合检测功能的电喷印喷头。

背景技术

目前随着柔性电子器件的发展，其结构日益复杂、材料多样等特点，已经对现有制造技术提出了挑战。在可采用的多种制造工艺中，电流体动力喷印采用电场代替热泡、压电晶体和静电膜片，直接釆用电场力将墨液“拽出”，通过电场的控制形成射流和液滴，具有分辨率精度高、材料适应性强等特点，相比其它印刷方式具有明显优势。

作为电流体动力喷印工艺的核心设备之一，打印喷头以及喷印过程中对喷印图案、液滴从喷嘴到基板飞行过程的观测结果，都将直接决定喷印工艺实际打印效果，对工艺可靠性以及最终产品质量有着巨大影响。现有技术中已经提出了一些面向电喷印工艺的喷头设备相关方案，例如CN201410289239.5等早期专利。然而，进一步的研究表明，现有的各类技术中仍存在以下的缺陷或不足：一方面，它们通常都是采用喷头与观测系统相互独立的方案，通过多个相机分别对同一喷头的不同观测对象进行检测，其观测方案及结构较复杂的同时，还可能造成检测效率的低下及操作不便；另一方面，当喷头更换或喷印工艺发生变化时，由于喷头和观测系统分离，使得观测系统难以根据实际情况进行灵活调节。相应地，本领域亟需提出更为妥善的解决方式，以满足目前日益提高的工艺要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其中通过对该电喷印喷头的整体构造布局、以及它的关键组件尤其是多个观测模块的具体组成和设置方式等多个方面重新作出设计，相应与现有技术相比，可以仅通过一台相机即可完成整个电喷印工艺中的喷印图案、液滴喷出过程、液滴飞行过程和液滴降落基板过程在不同维度上的同步观测，并具备高精度、高效率和便于操控等特点；此外，通过将喷头结构形式与多观测模块有机结合，便于在喷头喷嘴或工艺要求发生变化时也能够方便地灵活进行调节，快速完成更换或调整操作，因而尤其适用于柔性电子之类的大面积工业和制造应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具有复合检测功能的电喷印喷头，该电喷印喷头包括喷头模块、单相机观测模块，以及与该单相机观测模块配合一同使用的多个过程观测模块，即图案喷印质量观测模块、液滴喷出过程观测模块、液滴飞行过程观测模块和液滴降落过程观测模块，其特征在于：

上述喷头模块包括进液管、进气管、流量泵、喷嘴电极、喷嘴和高度传感器，其中该进液管在所述进气管和所述流量泵的控制下，用于向所述喷嘴输送所需的墨水；该喷嘴电极则用于对所述喷嘴施加预定的电压，由此使得墨水液滴在电场力作用下向基板喷出；此外，该高度传感器用于执行所述喷嘴到基板之间距离及喷嘴自身垂直度的检测；

上述单相机观测模块设置在所述喷头模块的上部，并包括固定基座、单个的相机、观测镜头和多角度反射镜，其中该单个的相机通过相机夹具安装在所述固定基座上，并垂直于所述流量泵的上表面且与所述喷嘴处于同一竖直轴线上；该观测镜头通过螺纹连接固定于所述相机下方；此外，该多角度反射镜安装在所述固定基座上与所述观测镜头处于同一竖直轴线上，并由四块反射镜面也即前反射镜面、左反射镜面、后反射镜面和右反射镜面共同组成，每块镜面设定为与水平面间斜向上方向呈45°夹角，由此用于将所述相机的观测光路划分为前、左、后、右四个不同维度的子观测光路；

所述喷印图案质量观测模块相对于所述喷头模块整体处于其前方，并包括前伸缩架、前上反射镜和同轴光源，其中该前伸缩架在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该前上反射镜安装在所述固定基座的前侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜的前反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此前反射镜面的观测光路执行二次反射；此外，该同轴光源设置在所述观测镜头中且与此观测镜头的中轴线相重复，由此用于为喷印图案的质量观测过程提供照明；

所述液滴喷出过程观测模块相对于所述喷头模块整体处于其左方，并包括左伸缩架、左上反射镜、左下反射镜和左背光源，其中该左伸缩架在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；所述左上反射镜安装在所述固定基座的左侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜的左反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此左反射镜面的观测光路执行二次反射；该左下反射镜与所述左上反射镜之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此左下反射镜到基板之间的距离等于喷嘴高度，由此用于将来自所述左上反射镜的观测光路执行三次反射；此外，该左背光源设置为与所述左下反射镜位于同一水平面内，由此用于为液滴喷出过程的观测提供照明；

所述液滴飞行过程观测模块相对于所述喷头模块整体处于其后方，并包括后伸缩架、后上反射镜、后下反射镜)和后背光源，其中该后伸缩架在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；所述后上反射镜设置在所述固定基座的后侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜的后反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此后反射镜面的观测光路执行二次反射；该后下反射镜与所述后上反射镜之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，由此用于将来自所述后上反射镜的观测光路执行三次反射；此外，该后背光源设置为与所述后下反射镜位于同一水平面内，由此用于为液滴飞行过程的观测提供照明；

所述液滴降落过程观测模块相对于所述喷头模块整体处于其右方，并包括右伸缩架、右上反射镜、右下反射镜和右背光源，其中该右伸缩架在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该右上反射镜设置在所述固定基座的右侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜的右反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此右反射镜面的观测光路执行二次反射；该右下反射镜与所述右上反射镜镜面之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此右下反射镜到基板之间的距离等于液滴降落基板时的喷嘴高度，由此用于将来自所述右上反射镜的观测光路执行三次反射；此外，该右背光源设置为与所述右下反射镜位于同一水平面内，由此用于为液滴降落基板过程的观测提供照明。

作为进一步优选地，所述喷头模块固定安装在所述流量泵的下方，它的高度传感器的数量优选为3个，并且分别设置在与所述流量泵不共线的同一平面内。

作为进一步优选地，对于所述喷头模块而言，它的所述喷嘴优选采用单喷嘴或者阵列化喷嘴的形式，并通过喷嘴快装机构实现快速拆装；此外，该喷嘴快装机构优选具备螺纹旋向相反的两个螺旋副，并用于执行对所述喷嘴的对中垂直夹持。

作为进一步优选地，所述喷印图案质量观测模块优选还配备有前侧镜面角度调节机构，该前侧镜面角度调节机构设置在所述固定基座上且与所述前上反射镜保持位置对应，并用于执行该前上反射镜与所述前反射镜面之间的角度微调。

作为进一步优选地，所述液滴喷出过程观测模块优选还配备有左侧镜面角度调节机构，该左侧镜面角度调节机构设置为与所述左上反射镜和左下反射镜均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述左反射镜面之间的角度微调。

作为进一步优选地，所述液滴飞行过程观测模块优选还配备有后侧镜面角度调节机构，该后侧镜面角度调节机构设置为与所述后上反射镜和所述后下反射镜均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述后反射镜面之间的角度微调。

作为进一步优选地，所述液滴降落过程观测模块优选还配备有右侧镜面角度调节机构，该液滴降落过程观测模块设置为与所述右上反射镜和所述右下反射镜均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述右反射镜面之间的角度微调。

作为进一步优选地，所述喷头模块除了具备水平方向也即X轴方向、竖直方向也即Y轴方向的自由度之外，优选还具有Z轴方向上的独立自由度；此外，所述单相机观测模块安装在所述喷头模块)并可随之一同执行XYZ三轴方向上的运动，并且在安装时可根据观测目标的变化，相应对此单相机观测模块与所述喷头模块之间在水平方向上的旋转角度进行调节。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、本发明通过对该电喷印喷头装置的喷头模块、观测系统的整体构造及布局进行重新设计，可充分利用一台相机对电喷印喷头在喷印过程中喷印图案、液滴喷出喷嘴过程、液滴飞行过程和液滴降落基板过程的不同维度上图像的同时观测，对比现有采用不同相机对不同目标进行观测的方案，不仅进行了有效简化并减少观测相机的成本，而且在观测质量和观测效率方面均有着显著提升；

2、本发明的电喷印喷头采用喷头模块与相机观测模块有机结合的形式，同时设置支架调节机构和镜面角度调节机构，便于在喷嘴发送移动、替换或工艺要求变化时观测系统可根据实际情况灵活调节镜面角度等机构，同时还可以通过改变安装角度等参数改变实现对多喷嘴喷头上的不同喷嘴情况进行观测，因而尤其适用于阵列化喷嘴等柔性电子的大面积工业化制造要求；

3、本发明还对喷头模块的一些关键部件尤其如喷嘴快装模块等在具体结构和安装设置方式作出改进，相应能够在实现传统电喷印喷头功能的同时，还能根据工艺要求有效实现对不同喷嘴的更换及调整。

附图说明

图1是按照本发明所构建的一种具有复合检测功能的电喷印喷头整体构造结构的后视示意图；

图2是图1中所示电喷印喷头整体构造结构的前视示意图；

图3a是按照本发明优选实施例的一种采用单喷嘴的喷头模块的构造示意图；

图3b是按照本发明另一优选实施例的一种采用阵列化喷嘴的喷头模块的构造示意图；

图4是用于示范性说明单相机观测模块对喷头模块的不同观测目标同时进行观测方案示意图；

图5a是用于示范性说明单相机观测模块对喷印图案的观测原理示意图；

图5b是用于示范性说明单相机观测模块对液滴喷出喷嘴过程的观测原理示意图；

图5c是用于示范性说明相机观测模块对液滴飞行过程的观测原理示意图；

图5d是用于示范性说明单相机观测模块对液滴降落基板过程的观测原理示意图；

图6是用于示范性说明相机观测模块在喷头更换或观测目标变化时通过机构调节镜面等结构的调节方案示意图；

图7是用于解释说明按照本发明的电喷印喷头用于图案喷印的整体动作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本发明所构建的一种具有复合检测功能的电喷印喷头整体构造结构的后视示意图，图2是图1中所示电喷印喷头整体构造结构的前视示意图。如图1和图2中，该电喷印喷头主要包括喷头模块100、单相机观测模块200，以及与该单相机观测模块200配合一同使用的多个过程观测模块，即图案喷印质量观测模块300、液滴喷出过程观测模块400、液滴飞行过程观测模块500和液滴降落过程观测模块600等组件，下面将对其逐一进行具体解释和说明。

喷头模块100可主要包括进液管101、进气管102、流量泵103、喷嘴电极105、喷嘴106和高度传感器107等，并可配备喷嘴快装机构104等其他部件。可参看图2，其中进液管101和进气管102固定在流量泵模块103的后方；喷嘴快装机构104固定安装在流量泵模块103的下方；喷嘴106安装在流量泵模块103的下方，并通过喷嘴快装机构104实现不同喷嘴的快速拆装功能；喷嘴电极105一段固定于流量泵模块103下方，另一端通过卡扣安装在喷嘴106，实现对喷头喷印过程中施加电压的功能。相应地，该进液管101在进气管102和流量泵103的控制下，用于向喷嘴106输送所需的墨水；喷嘴电极105则用于对喷嘴106施加预定的电压，由此使得墨水液滴在电场力作用下向基板喷出。此外，高度传感器107用于执行所述喷嘴到基板之间距离及喷嘴自身垂直度的检测。

按照本发明的一个优选实施例，所述高度传感器的数量优选设计为3个，分别设于所述流量泵模块上不共线的同一平面内。

按照本发明的另一优选实施例，参看图3a，显示了一种采用单喷嘴的喷头模块的构造示意图。在此情况下，喷头模块100经由进气管102和流量泵模块103实现喷头墨液流量的控制，通过进液管101和单个的喷嘴106实现喷头墨液的供给，利用喷嘴电极105实现对喷头施加电压，使得喷嘴106与基板之间形成高压电场，在电场力作用下，墨液从喷嘴106流出形成泰勒锥，射出后在电场力作用下形成小液滴，液滴飞行并最后降落到基板上实现图案喷印。同样参看图3b，显示了一种采用阵列化喷嘴的喷头模块的构造示意图。在此情况下，针对更大面积的基板或图案喷印时，为了提高喷印效率，可以通过喷嘴快装机构104的双螺旋机构，实现V形块夹具对喷嘴106的快速拆装，将原有喷嘴替换为阵列化喷嘴108。该阵列化喷嘴如图中所示譬如5×5的阵列排列,每个喷嘴相隔一定间距并在流量泵模块103作用下实现同时喷印，以提高效率。

参看图1或图2，单相机观测模块200设置在所述喷头模块100的上部，并包括固定基座201、单个的相机202、观测镜头203和多角度反射镜205等。更具体地，该单个的相机202可通过相机夹具204安装在所述固定基座201上，并垂直于流量泵103的上表面且与喷嘴106处于同一竖直轴线上；该观测镜头203通过螺纹连接固定于所述相机202的下方；此外，该多角度反射镜205安装在所述固定基座201上与所述观测镜头203处于同一竖直轴线上，并由四块的反射镜面也即前反射镜面、左反射镜面、后反射镜面和右反射镜面共同组成，每块镜面设定为与水平面间斜向上方向呈45°夹角，由此用于将所述相机202的观测光路划分为前、左、后、右四个不同维度的子观测光路，换而言之也即利用反射将一台相机的观测光路划分成前、左、后、右四个不同维度的观测光路，实现对各维度观测光路上的不同目标进行同时观测。

所述喷印图案质量观测模块300相对于所述喷头模块100整体处于其前方，并包括前伸缩架301、前上反射镜302和同轴光源304，其中该前伸缩架301在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该前上反射镜302安装在所述固定基座201的前侧，它的镜面如图所示处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角(也即与其他几个反射镜共同构成一种类似四棱锥体的结构)，并且与所述多角度反射镜205的前反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此前反射镜面的观测光路执行二次反射；此外，该同轴光源304设置在所述观测镜头203中且与此观测镜头的中轴线相重复，由此用于为喷印图案的质量观测过程提供照明。

此外，按照本发明的一个优选实施例，所述喷印图案质量观测模块优选还可配备有前侧镜面角度调节机构303，该前侧镜面角度调节机构譬如设置在所述固定基座201上且与所述前上反射镜302保持位置对应，并用于执行该前上反射镜与所述前反射镜面之间的角度微调。

类似地，所述液滴喷出过程观测模块400相对于所述喷头模块100整体处于其左方，并包括左伸缩架401、左上反射镜402、左下反射镜403和左背光源405等。更具体而言，其中该左伸缩架401在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；所述左上反射镜402安装在所述固定基座201的左侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜205的左反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此左反射镜面的观测光路执行二次反射；该左下反射镜403与所述左上反射镜402之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此左下反射镜403到基板之间的距离等于喷嘴高度，由此用于将来自所述左上反射镜402的观测光路执行三次反射；此外，该左背光源405设置为与所述左下反射镜403位于同一水平面内，由此用于为液滴喷出过程的观测提供照明。

按照本发明的另一优选实施例，所述液滴喷出过程观测模块400优选还可配备有左侧镜面角度调节机构404，该左侧镜面角度调节机构设置为与所述左上反射镜402和左下反射镜403均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述左反射镜面之间的角度微调。

类似地，所述液滴飞行过程观测模块500相对于所述喷头模块100整体处于其后方，并包括后伸缩架501、后上反射镜502、后下反射镜503和后背光源505，其中该后伸缩架501在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该后上反射镜502设置在所述固定基座201的后侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜205的后反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此后反射镜面的观测光路执行二次反射；该后下反射镜503与所述后上反射镜502之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系(此时该下反射镜503到基板之间的距离进一步可优选设定为与液滴飞行过程中的某一参照高度相等)，由此用于将来自所述后上反射镜502的观测光路执行三次反射；此外，该后背光源505设置为与所述后下反射镜503位于同一水平面内，由此用于为液滴飞行过程的观测提供照明。

按照本发明的另一优选实施例，所述液滴飞行过程观测模块优选还配备有后侧镜面角度调节机构504，该后侧镜面角度调节机构设置为与所述后上反射镜502和所述后下反射镜503均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述后反射镜面之间的角度微调。

最后，所述液滴降落过程观测模块600相对于所述喷头模块整体处于其右方，并包括右伸缩架601、右上反射镜602、右下反射镜603和右背光源605等，其中该右伸缩架601在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该右上反射镜602设置在所述固定基座201的右侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜205的右反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此右反射镜面的观测光路执行二次反射；该右下反射镜603与所述右上反射镜602镜面之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此右下反射镜603到基板之间的距离等于液滴降落基板时的喷嘴高度，由此用于将来自所述右上反射镜602的观测光路执行三次反射；此外，该右背光源605设置为与所述右下反射镜603位于同一水平面内，由此用于为液滴降落基板过程的观测提供照明。

同样按照本发明的一个优选实施例，所述液滴降落过程观测模块优选还配备有右侧镜面角度调节机构604，该液滴降落过程观测模块设置为与所述右上反射镜602和所述右下反射镜603均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述右反射镜面之间的角度微调。

下面将参照图5a-5d来逐一解释说明按照本发明的电喷印喷头用于对喷印图案、液滴喷出过程、液滴飞行过程和液滴降落基板过程的观测原理和执行过程。

首先如图5a所示，单相机观测模块200利用多角度反射镜205的前镜面、前上反射镜302的两次反射实现将喷印图案的观测图像反射到相机202的前侧视野部分中；接着如图5b所示，利用多角度反射镜205的左镜面、左上反射镜402和左下反射镜403的三次反射，可实现将液滴喷出喷嘴过程的观测图像反射到相机202的左侧视野部分中；接着如图5c所示，利用多角度反射镜205的后镜面、后上反射镜502和后下反射镜503的三次反射，可实现将液滴飞行过程的观测图像反射到相机202的后侧视野部分中；最后如图5d所示，利用多角度反射镜205的右镜面、右上反射镜602和右下反射镜603的三次反射，可实现将液滴降落基板过程的观测图像反射到相机202的右侧视野部分中。

相应地，如图4中所示，在本发明中，通过以上设计的多角度反射镜205、四面上反射镜、四面下反射镜的反射，可构成前后左右四条不同的观测光路，分别将喷印图案、液滴喷出喷嘴过程、液滴飞行过程和液滴降落基板过程四个维度的不同观测图像反射到同一维度上，再由上方相机202将反射在一个维度的特征区域图像进行拍摄。每一条光路都由对应的不同背光源提供图像拍摄的照明及亮度调节。

图6是用于示范性说明相机观测模块在喷头更换或观测目标变化时通过机构调节镜面等结构的调节方案示意图。

例如，当原有单喷嘴喷头替换为阵列化喷头108时，要针对阵列化喷嘴108左侧区域的喷嘴及液滴进行观测，此时被观测的喷嘴及液滴偏离喷头原有中轴线上。因此一方面可通过对前上反射镜302、左上反射镜402、后上反射镜502、右上反射镜602和左下反射镜403、后下反射镜503、右下反射镜603对应的镜面角度调节机构，对每面反射镜镜面与基板之间夹角的角度进行单独调节，改变成像光路以保证特征区域始终保持在拍摄区域的合适位置；另一方面，安装时可根据观测目标的变化调整相机观测模块200与喷头模块100间水平方向的安装角度，实现对所需观测目标的拍摄。同时当喷嘴到基板距离发送变化，可通过伸缩支架的支架调节机构调节反射镜到基板距离，选择需要的特征区域进行观测。

下面将参照图7来更为具体地解释说明按照本发明的电喷印喷头用于图案喷印的整体动作流程。

1)图案喷印开始前，根据工艺要求选择合适喷嘴并通过喷嘴快装机构104进行替换，并调节喷头模块100与基板间距离；

2)通过高度传感器107测得的喷嘴高度和水平度数据对喷头模块100位置进行校准；

3)打开相机202和背光源，根据喷嘴与基板间距离和所需观测目标，调节对应的支架调节机构和镜面角度调节机构，将目标特征区域调节至相机202拍摄区域的合适位置；

4)进液管101开始墨液供给，进气管102和流量泵模块103对喷嘴进行流量控制，喷嘴电极105给喷嘴106施加电压，喷嘴106进行试打印；

5)试打印成功后，喷头模块100开始进行图案喷印，多维度视觉观测系统200利用相机202的前侧视野部分，通过多角度反射镜205的前镜面、前上反射镜302的两次反射实现对喷印图案的图像观测；利用相机202的左侧视野部分，通过多角度反射镜205的左镜面、左上反射镜402和左下反射镜403的三次反射实现对液滴喷出喷嘴过程的图像观测；利用相机202的后侧视野部分，通过多角度反射镜205的后镜面、后上反射镜502和后下反射镜503的三次反射实现对液滴飞行过程的图像观测；利用相机202的右侧视野部分，通过多角度反射镜205的右镜面、右上反射镜602和右下反射镜603的三次反射实现对液滴降落基板过程的图像观测；

6)图案喷印完成后，电喷印喷头离开基板上方并停止工作。

综上，按照本发明的电喷印喷头无论从整体构造设计、关键组件的结构组成及设置方式均面向电流体动力喷印工艺的特定应用场合进行了针对性设计。其中喷头模块在实现传统电喷印喷头的功能基础上可根据实际工艺需求选择合适喷嘴方便替换。喷头模块与相机观测模块通过巧妙配合，可实现通过一台相机对电喷印喷头在喷印过程中喷印图案、液滴喷出喷嘴过程、液滴飞行过程和液滴降落基板过程的不同维度上图像的同时观测，同时可利用各个调节机构在喷嘴观测目标或工艺要求变化时，观测系统可根据实际情况灵活调节。通过本发明，不仅能够实现电流体动力喷印、对喷印结果及过程的观测等复杂功能，而且具备结构紧凑、便于操控、观测精度高、适用范围广等优点，因而尤其适用于阵列化喷嘴等柔性电子的大面积工业化制造用途。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有复合检测功能的电喷印喷头，该电喷印喷头包括喷头模块(100)、单相机观测模块(200)，以及与该单相机观测模块(200)配合一同使用的多个过程观测模块，即图案喷印质量观测模块(300)、液滴喷出过程观测模块(400)、液滴飞行过程观测模块(500)和液滴降落过程观测模块(600)，其特征在于：

上述喷头模块(100)包括进液管(101)、进气管(102)、流量泵(103)、喷嘴电极(105)、喷嘴(106)和高度传感器(107)，其中该进液管(101)在所述进气管(102)和所述流量泵(103)的控制下，用于向所述喷嘴(106)输送所需的墨水；该喷嘴电极(105)则用于对所述喷嘴(106)施加预定的电压，由此使得墨水液滴在电场力作用下向基板喷出；此外，该高度传感器(107)用于执行所述喷嘴(106)到基板之间距离及喷嘴自身垂直度的检测；

上述单相机观测模块(200)设置在所述喷头模块(100)的上部，并包括固定基座(201)、单个的相机(202)、观测镜头(203)和多角度反射镜(205)，其中该单个的相机(202)通过相机夹具(204)安装在所述固定基座(201)上，并垂直于所述流量泵(103)的上表面且与所述喷嘴(106)处于同一竖直轴线上；该观测镜头(203)通过螺纹连接固定于所述相机(202)下方；此外，该多角度反射镜(205)安装在所述固定基座(201)上与所述观测镜头(203)处于同一竖直轴线上，并由四块反射镜面也即前反射镜面、左反射镜面、后反射镜面和右反射镜面共同组成，每块镜面设定为与水平面间斜向上方向呈45°夹角，由此用于将所述相机(202)的观测光路划分为前、左、后、右四个不同维度的子观测光路；

所述喷印图案质量观测模块(300)相对于所述喷头模块(100)整体处于其前方，并包括前伸缩架(301)、前上反射镜(302)和同轴光源(304)，其中该前伸缩架(301)在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该前上反射镜(302)安装在所述固定基座(201)的前侧，其镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜(205)的前反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此前反射镜面的观测光路执行二次反射；此外，该同轴光源(304)设置在所述观测镜头(203)中且与此观测镜头的中轴线相重复，由此用于为喷印图案的质量观测过程提供照明；

所述液滴喷出过程观测模块(400)相对于所述喷头模块(100)整体处于其左方，并包括左伸缩架(401)、左上反射镜(402)、左下反射镜(403)和左背光源(405)，其中该左伸缩架(401)在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；所述左上反射镜(402)安装在所述固定基座(201)的左侧，其镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜(205)的左反射镜面保持为相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此左反射镜面的观测光路执行二次反射；该左下反射镜(403)与所述左上反射镜(402)之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此左下反射镜(403)到基板之间的距离等于喷嘴高度，由此用于将来自所述左上反射镜(402)的观测光路执行三次反射；此外，该左背光源(405)设置为与所述左下反射镜(403)位于同一水平面内，由此用于为液滴喷出过程的观测提供照明；

所述液滴飞行过程观测模块(500)相对于所述喷头模块(100)整体处于其后方，并包括后伸缩架(501)、后上反射镜(502)、后下反射镜(503)和后背光源(505)，其中该后伸缩架(501)在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该后上反射镜(502)设置在所述固定基座(201)的后侧，其镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜(205)的后反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此后反射镜面的观测光路执行二次反射；该后下反射镜(503)与所述后上反射镜(502)之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，由此用于将来自所述后上反射镜(502)的观测光路执行三次反射；此外，该后背光源(505)设置为与所述后下反射镜(503)位于同一水平面内，由此用于为液滴飞行过程的观测提供照明；

所述液滴降落过程观测模块(600)相对于所述喷头模块(100)整体处于其右方，并包括右伸缩架(601)、右上反射镜(602)、右下反射镜(603)和右背光源(605)，其中该右伸缩架(601)在喷头高度发生变化时，可执行竖直方向上的长度调节；该右上反射镜(602)设置在所述固定基座(201)的右侧，它的镜面处于斜向上方向并且此镜面所处平面被设定为与水平面之间呈45°的夹角，并且与所述多角度反射镜(205)的右反射镜面保持相互水平投影的对应关系，由此用于将来自此右反射镜面的观测光路执行二次反射；该右下反射镜(603)与所述右上反射镜(602)镜面之间呈90°夹角并且保持为相互垂直投影的对应关系，同时保证此右下反射镜(603)到基板之间的距离等于液滴降落基板时的喷嘴高度，由此用于将来自所述右上反射镜(602)的观测光路执行三次反射；此外，该右背光源(605)设置为与所述右下反射镜(603)位于同一水平面内，由此用于为液滴降落基板过程的观测提供照明。

2.如权利要求1所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述喷头模块(100)固定安装在所述流量泵(103)的下方，它的高度传感器(107)的数量优选为3个，并且分别设置在与所述流量泵(103)不共线的同一平面内。

3.如权利要求1或2所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，对于所述喷头模块(100)而言，它的所述喷嘴(106)优选采用单喷嘴或者阵列化喷嘴的形式，并通过喷嘴快装机构(104)实现快速拆装；此外，该喷嘴快装机构优选具备螺纹旋向相反的两个螺旋副，并用于执行对所述喷嘴的对中垂直夹持。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述喷印图案质量观测模块(300)优选还配备有前侧镜面角度调节机构(303)，该前侧镜面角度调节机构(303)设置在所述固定基座(201)上且与所述前上反射镜(302)保持位置对应，并用于执行该前上反射镜与所述前反射镜面之间的角度微调。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述液滴喷出过程观测模块(400)优选还配备有左侧镜面角度调节机构(404)，该左侧镜面角度调节机构(404)设置为与所述左上反射镜(402)和左下反射镜(403)均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述左反射镜面之间的角度微调。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述液滴飞行过程观测模块(500)优选还配备有后侧镜面角度调节机构(504)，该后侧镜面角度调节机构(504)设置为与所述后上反射镜(502)和所述后下反射镜(503)均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述后反射镜面之间的角度微调。

7.如权利要求1-6任意一项所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述液滴降落过程观测模块(600)优选还配备有右侧镜面角度调节机构(604)，该液滴降落过程观测模块(600)设置为与所述右上反射镜(602)和所述右下反射镜(603)均保持位置对应，并用于实现它们两者各自与所述右反射镜面之间的角度微调。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种具有复合检测功能的电喷印喷头，其特征在于，所述喷头模块(100)除了具备水平方向也即X轴方向、竖直方向也即Y轴方向的自由度之外，优选还具有Z轴方向上的独立自由度；此外，所述单相机观测模块(200)安装在所述喷头模块(100)并可随之一同执行XYZ三轴方向上的运动，并且在安装时可根据观测目标的变化，相应对此单相机观测模块(200)与所述喷头模块(100)之间在水平方向上的旋转角度进行调节。