CN108701631A - 用于处理基体的喷墨打印系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于处理基体的喷墨打印系统，其包括用于放置基体的卡盘、及具有至少一个喷嘴的喷墨打印头。各卡盘具有卡盘参考标记，各卡盘参考标记与相关联相机相关联。电子控制器组件配置成每当具有基体参考标记的基体已放置于卡盘上，便拍摄一组影像，而各影像包括卡盘参考标记和基体参考标记。就各影像，确定该卡盘相对于该相机的位置、以及该基体相对于该相机的位置。随后，计算相对于该卡盘的基体位置，并且基于该基体位置，定时该至少一个喷嘴的发射，并且控制该打印动作组件的移动，以使得液滴准确地定位于该基体上。

Description

用于处理基体的喷墨打印系统和方法
技术领域
本发明涉及用于处理基体的喷墨打印系统和方法。
背景技术
U 6,436,843 B1公开了一种用于在基体上涂敷涂层材料的方法，其中打印头设置在通过卡盘支承的基体上方。数字信号处理器提供用于控制涂层材料滴剂施配的过程参数、并用于控制打印头与卡盘相对位置的控制信号。并未公开确定打印头与卡盘间相对位置的方式。
US2007/169806 A1公开了一种包括打印头和相机的打印组件，该相机具有高倍率功能，安装在刚性安装件中。具有打印头和相机的刚性安装件安装在用于支承基体的输送器上方。联接计算机/工作站以接收并处理来自相机的成像数据。凭借该设置，承载打印头和相机的刚性安装件可相对于位于输送器上的基体来校准并且登记。具有高倍率功能的相机较为昂贵。
WO2011/026880 A1公开了用于使打印迹在基体上定心的一种系统和方法。首先，打印站沉积第一打印迹和标志元素。其次，在第二步骤中沉积第二打印迹，该第二打印迹包括相对于标志元素定位和定心的定心中断。该已知方法主要涉及后续对准施加的网印图案，该方法可包括使用包括CCD相机的检测系统。该检测系统可定位传入基体的某些特征的位置，并且可将检测结果传送至系统控制器，用于分析基体的方位与位置，以在处理基体之前，辅助精确定位基体在打印头下的位置。
US 7,611,217 B2公开了用于喷墨滴剂定位的一种方法和系统。该已知方法包括确定墨滴在基体上的意欲沉积位置。为实现该目的，使用喷墨打印系统在基体上沉积墨滴。随后，定位所沉积墨滴在基体上的沉积位置，并且将该沉积位置与意欲位置作比较。然后，确定沉积位置与意欲位置之间的差异，并且通过调整喷墨系统的控制参数，补偿沉积位置与意欲位置之间的差异。
因为要为必须处理的各基体进行该方法，因而该方法耗时。有鉴于此，该已知系统不适用于必须在有限时间内处理大量基体的喷墨打印机系统。
EP 1 888 336公开了一种喷墨打印系统，其包括校准相机和视觉相机组件、以及位于该校准相机组件上的基标。视觉相机组件包括高分辨率相机、及具有比高分辨率相机更大像场的低分辨率相机，该像场通常为10mm乘10mm的等级。凭借校准相机，可通过以校准相机观察打印头来确定各打印头之间的位置误差。当发现误差时，可进行调整。视觉相机组件与校准相机组件两者都能够观察基标，以便协调视觉相机组件和校准相机组件。一旦已知校准相机组件与机器视觉相机组件之间的相对定位，便可通过一计算机来确定打印头、校准相机组件与机器视觉相机组件之间的相对定位，并且可用于调整打印头与打印头载运器。另外，通过使用共用光条，可知道视觉相机组件与打印头载运器架框之间的相对定位。这大致可允许计算机确定基体与打印头之间的相对定位，并且确定基体与打印头之间的任何定位误差。
为了准确地确定基体相对于打印头的位置，需要包括高分辨率与低分辨率相机的昂贵双相机视觉组件、以及校准相机组件。已知测量系统的准确度与精密度通过各种相机的位置的准确度来确定。有鉴于此，各种相机的载运器必须非常稳健，才能确保两个系统的诸相机的相对位置维持原封不动。该稳健的可移动相机载运器很昂贵。
EP 2 324 932 A1公开了一种喷墨打印装置，其包括打印头(头端模块3)、卡盘(基体支承台4)、以及固定定位在基座上的若干相机。基体支承台上设置标志m1至m3。待放置于基体上的基体也包括基体标志。利用相机所取得的、与基体支承台标志m1至m3及基体标志的位置有关的信息用于使基材支承台旋转，使得基体标志与基体支承台相对于头端模块的扫描方向对准。头端模块受控制以产生影像，同时相对于头端模块扫描基材支承台。
发明内容
本发明的目的是提供一种缓解现有技术缺点的喷墨打印系统。更具体的是，本发明的目的是提供一种使用较低成本相机的喷墨打印系统，但凭借该较低成本相机，能够以理论所需位置附近的定位变化实现基体上液体的沉积，而在处理大量基体期间，即使是在有限量的时间里供应大量基体，仍然符合手边打印作业的要求。
为实现该目的，本发明提供一种喷墨打印系统，该喷墨打印系统配置为在基体上喷墨液体材料图案，该基体各具有长度和宽度，或替代地具有直径，其中各基体均包括至少两个基体参考标记，该至少两个基体参考标记彼此以比该基体的长度、宽度或直径的至少一半更大的距离间隔开，该喷墨打印系统包括：
上可放置基体的至少一个卡盘，各卡盘具有长度与宽度，或替代地具有直径，并且包括至少两个可视化卡盘参考标记，该至少两个可视化卡盘参考标记彼此以比该卡盘的长度、宽度或直径的至少一半更大的距离间隔开；
包括至少一个喷嘴的至少一个喷墨打印头，该至少一个喷嘴配置成在该喷嘴通过控制信号发射时排出液体；
打印动作组件，其支承该至少一个卡盘和该至少一个喷墨打印头中的至少一个，以使得可利用通过该至少一个打印头排出的液体，覆盖该至少一个卡盘上的二维打印区；
电子控制器组件，配置为产生控制信号以使该至少一个喷嘴发射，并且配置成控制该打印动作组件，以相对于该至少一个卡盘定位该至少一个打印头，以使得相对于该卡盘沉积该液体的定位变化小于第一阈值；
其中：
该至少一个卡盘的各参考标记与相关联相机相关联，该相关联相机指向该相关联卡盘参考标记，各相机具有相机像素二维矩阵，各像素具有像素坐标；
各卡盘包括在边界内延伸的放置区；
当已将基体放置于该卡盘的该放置区中或该放置区上时，与卡盘参考标记相关联的各相机同样与相关联基体参考标记相关联，原因在于所述相机所拍摄的影像包括相关联卡盘参考标记和相关联基体参考标记；
该控制器组件配置成：
控制该至少两个相机，以每当基体放置于该卡盘上时便拍摄一组影像，其中各相机拍摄该组影像的单个影像，其中该组影像的各单个影像包括相关联卡盘参考标记和相关联基体参考标记；
通过就该组影像的各影像检测所述卡盘参考标记相对于所述相关联相机的该相机像素坐标的位置，就各组影像确定该卡盘相对于该至少两个相机的位置；以及
通过就该组影像的各影像检测所述基体参考标记相对于所述相关联相机的该等相机像素坐标的位置，就各组影像确定该基体相对于该至少两个相机的位置；
就各组影像，以小于第二阈值的准确度，使用这两个位置确定来计算相对于该等卡盘参考标记且从而相对于该卡盘的基体位置，并且基于该相对位置，随后定时该至少一个打印头的该至少一个喷嘴的发射，以及控制该打印动作组件的移动，以使得该喷墨打印头所排出的该液体以比该第一阈值与该第二阈值的总和更小的定位变化定位于该基体上。
在这方面，基体参考标记可以是施加至该基体的基标。替代地，基体参考标记也可以是该基体的结构化特征，诸如该基体的转角部、或该基体的表面上的结构化特征。
基体可以是用于产生太阳能电池、或用于产生集成电路的晶圆。然而，基体也可以是诸如印刷电路板的另一对象、或诸如透镜或镜面的光学对象。
由于该卡盘上存在可视化卡盘参考标记，因而该卡盘与该基体之间的相对位置可通过利用至少两个较低成本相机拍摄其上放置有该基体的卡盘的一组影像来非常准确地确定，该至少两个较低成本相机更具体地是简单的CCD相机。优选的是，该组影像通过同时控制该至少两个相机各拍摄该组影像的影像而以单次拍摄来拍摄。如登记在该至少两个相机所拍摄的该组影像中的是，通过比较该卡盘上该等可视化参考标记与该等基体参考标记的相对位置，可实现准确确定该卡盘与该基体之间的相对位置。就由单个相机所拍摄的各单个影像而进行该比较，然后，将各该相机的比较信息组合，以准确地确定该卡盘与该基体之间的相对位置。该至少两个相机的支承结构不一定要稳健，因为该至少两个相机相对于该打印头的位置在确定该基体相对于该打印头的位置方面不起作用。该液体相对于该卡盘的定位变化当然是通过重视该卡盘与该打印头之间相对移动的打印动作组件来确定，并且必须低于第一阈值。该定位变化举例而言，是以微米为单元所表达的定量长度。该打印动作组件无论如何都必须稳健，以便能够以可重复精密度在基体上彼此相对地沉积液体微滴或液迹。通过根据本发明的配置，可非常快速地且以小于第二阈值的准确度，实现确定该基体在该卡盘上的位置，亦，即可通过在基体已放置于该卡盘上之后，以该至少两个相机拍摄一组影像，并且基于这些影像进行一些后续计算，来实现确定。优选的是，该组影像通过同时操作该至少两个相机的单个相机以单次拍摄所拍摄。该准确度同样为一定量长度，举例而言，以微米为单位来表达。另外，该基材相对于该卡盘的位置可利用成本比现有技术低的相机组件来确定。结果是，已排出在该基体上的液体的定位变化小于该第一阈值与该第二阈值的总和。
本发明的喷墨打印系统的附加优点在于，该系统能够处理较大基体，例如太阳能电池，或乃至太阳能板或OLED装置。这些太阳能电池的尺寸例如可大如120cm乘60cm。这种可能性是因为该系统设置有用于拍摄组影像的多个较低成本相机，其中各影像均包括可视化卡盘参考标记以及相关联基体参考标记，从而准确地确定该(大型)基体相对于该卡盘的位置。结果是，如与现有技术系统比较，可利用较低成本系统在较大基体上准确定位液体或液滴。
本发明还提供用于在基体上喷墨液体材料图案的方法，该方法包括：
提供根据本发明的喷墨系统；以及
就各基体的处理重复以下步骤：
拾取基体，并在该卡盘上放置基体；
控制与所述卡盘相关联的该至少两个相机以拍摄一组影像，所述至少两个相机的各相机拍摄该组影像的单个影像，其中该组影像的各单个影像包括相关联卡盘参考标记和相关联基体参考标记；
通过就该组影像的各影像，检测所述卡盘参考标记相对于所述相关联相机的该相机像素坐标的位置，确定该卡盘相对于该至少两个相机的位置；以及
通过就该组影像的各影像，检测该基体的所述基体参考标记相对于所述相关联相机的该等相机像素坐标的位置，确定该基体相对于该至少两个相机的位置；
以小于该第二阈值的准确度，使用这两个位置确定来计算相对于该等卡盘参考标记且从而计算相对于该卡盘的基体位置，并且基于该相对位置，随后定时该至少一个打印头的该至少一个喷嘴的发射，以及以小于该第一阈值的定位变化来控制该打印动作组件的移动，以使得由该喷墨打印头排出的该液体以比该第一阈值与该第二阈值之总和更小的定位变化定位于该基体上。
通过该方法，可利用较低成本的喷墨打印系统，非常准确且精确地实现在基体上放置液体。该喷墨打印系统可以是低成本，因为拍摄相关联卡盘上该等可视化卡盘参考标记的该组影像、及放置于该卡盘上的该基体的该相关联基体参考标记需要低成本相机，例如简单的CCD相机。该组影像拍摄完成后，能够进行计算以确定该基体相对于该打印头的位置，其中每当新基体已置于该卡盘上之后便进行该拍摄，优选的是，以同时操作该至少两个相机的单次拍摄来拍摄。这可非常快速地完成。因为该至少两个基体参考标记之间的距离、及该至少两个卡盘参考标记之间的距离可能很可观，通常为公分等级，例如大至120cm，使用一起将该基体整个大致覆盖的多个相机来确定该基体相对于该卡盘的位置。由于该至少两个相机的单个相机之间的距离较大，因而该基体与该卡盘的相对位置确定的准确度会非常良好，即使是利用低成本相机。凭借低成本相机，该准确度的阈值可小于50微米。通过具有更好CCD传感器的稍微改良型CCD相机，该准确度可大幅改善，而且典型为小于5微米。
其次，本发明的各实施例会参照附图中所示的实例来论述。
附图说明
图1示出内有实施本发明的各实施例的喷墨打印系统的实例的立体图；
图2示出具有两个相关联相机的卡盘的示意立面图；
图3示出图2的喷墨打印系统的俯视图。
具体实施方式
附图示出了内含本发明各项实施例的喷墨打印系统的实例。应注意的是，亦可独立应用该实施例，而且本发明并不受限于附图中所示的实例。下文将说明各项实施例，藉此，使用附图标记来查找附图。附图标记在本文中为了阐明而使用，并非具有限制效应。实施例也可采用与附图中所示实例不同的方式来实施。
概括而言，本公开涉及喷墨打印系统10，喷墨打印系统10配置为在基体W上喷墨液体材料图案，该基体各具有长度与宽度，或替代地具有直径。喷墨打印系统10的优点已在发明内容中论述，这里参照了发明内容的论述。图1中示出了这种喷墨打印系统10的实例。
各基体W包括至少两个基体参考标记W1、W2，该至少两个基体参考标记W1、W2彼此以比该基体的长度、宽度及直径中的一个的至少一半更大的距离间隔开。如发明内容中所解释，基体参考标记可以是施加至该基体的基标。替代地，基体参考标记也可以是该基体的结构化特征，诸如该基体的转角部、或该基体的表面上的结构化特征。
该系统包括上可放置基体W的至少一个卡盘14。各卡盘14具有长度与宽度，或替代地具有直径，并且包括至少两个可视化卡盘参考标记F1、F2。该至少两个可视化卡盘参考标记F1、F2彼此以比该卡盘的长度、宽度或直径中的一个的至少一半更大的距离间隔开。
卡盘14上基体W的放置会通过基体装卸系统来自动进行，诸如基体拾取与放置组件，配置为拾取所供应的基体W，并且将拾取的基体W放置在喷墨打印系统10的至少一个卡盘14上。为实现该目的，该基体装卸系统可包括配置成拾取单一基体W的至少一个吸取头。该基体装卸系统可能是喷墨打印系统10的部分，但不必然如此。该基体装卸系统可予以单独供应，并且可相邻该喷墨打印系统10定位，例如，定位在喷墨打印系统10旁边或部分位于喷墨打印系统10上面。
喷墨打印系统10还包括至少一个喷墨打印头16，该至少一个喷墨打印头16包括至少一个喷嘴，其中该至少一个喷嘴配置成在该喷嘴由控制信号发射时将液体排出。通过该喷嘴所排出的液体可采取微滴或连续流的形式。该打印动作组件还包括打印动作组件18、20，打印动作组件18、20支承至少一个卡盘14和至少一个喷墨打印头16中的至少一个，以使得可利用通过至少一个打印头16所排出的液体，覆盖至少一个卡盘14上的二维打印区。该打印动作组件可配置成沿着X方向与Y方向，相对于卡盘14移动至少一个打印头16。这可通过仅移动打印头16、或通过仅移动卡盘14来实现。替代地，该相对的X-Y-移动也可通过沿着X方向移动打印头16并通过沿着Y方向移动卡盘14而实现，或通过沿着X方向移动移动卡盘14并通过沿着Y方向打印头16而实现。该打印动作组件也可配置成沿着垂直于卡盘14的支承表面延伸的Z轴旋转该卡盘。
在实施例中，各喷墨打印头16包括多个喷嘴。在图1所示的实例中，该打印动作组件包括沿着Y方向延伸的两个导件18，该导件上皆与卡盘14连接的工作台19可沿着Y方向移动。该实例中所示的打印系统10包括沿着X方向在第一导件18上方横向延伸的门座21。门座21包括第二导件20，载运器23可在该第二导件上沿着X方向移动。载运器23承载至少一个打印头16。沿着X方向与Y方向的组合式移动提供通过至少一个打印头16所排出的液体来覆盖二维区域的可能性。在替代实施例中，该卡盘可固定，而门座21可沿着Y方向移动。在又一替代实施例中，至少一个打印头16可固定，而卡盘14可沿着X方向与Y方向移动。卡盘14也可围绕Z轴旋转，以使该打印头的主方向与基体的主方向、或与该基体上的图案或结构对准。替代地或另外，至少一个打印头16可围绕Z轴以可旋转方式安装，以使打印头16的主方向与基体边缘的主方向、或与该基体上的图案或结构对准。在各实施例中，卡盘14数量可以不同。图1的实施例示出单个卡盘14。然而，具有超过一个卡盘14的实施例也可行。
打印组件10包括电子控制器组件22、24，电子控制器组件22、24配置为产生用于使至少一个喷嘴发射的控制信号，并且配置成控制打印动作组件18、20，以相对于至少一个卡盘14定位至少一个打印头16，以使得该液体凭以相对于该卡盘沉积的定位变化小于第一阈值。该定位变化例如是以微米为单元所表达的定量长度。会清楚可知的是，电子控制器组件22、24可包括彼此连通的各种电子控制器单元。例如，打印头16可具有其自身的控制器单元22，该控制器单元22产生用于是该喷嘴发射的控制信号。该打印动作组件可具有一个或多个电子控制器单元，例如，用于各驱动机的一个控制器单元。主控制器24可与各种驱动控制器和打印头控制器22通信，以协调该各种驱动控制器和打印头控制器22。
至少一个卡盘14的各参考标记F1、F2与相关联相机26相关联，该相关联相机指向该相关联卡盘参考标记F1或F2。各相机26具有二维相机像素矩阵。该相机26的各像素具有像素坐标。相机26可以是相对简单且低成本的CCD相机。
图2示出了具有两个相关联相机26的卡盘14的示意立面图。该附图清楚地示出相机26定位在卡盘14上方，以各拍摄该组影像的影像I1、I2。该相机的像场可相对较小，并且恰恰大到足以包括单一基体参考标记W1或W2、以及相关联卡盘参考标记F1或F2。图3中示出上放置基体W的卡盘14的俯视图。图3示出了通过两个相关联相机26所拍摄的两个影像I1、I2的边界。图3也示出了卡盘14包括在边界B内延伸的放置区。边界B可以是卡盘14的上平坦面上的虚拟边界。换言之，各卡盘14具有上可放置基体W的大致平坦上表面。在该平坦表面内，具体区域指定为该放置区。该放置区可由边界B约束，该边界可看不见，并且可不通过卡盘14的任何结构化特征来限定。其可以恰恰是里面必须通过该基体装卸系统来放置基体W的虚拟边界B。
与卡盘参考标记F1或F2相关联的各相机26在基体W已放置于该卡盘14的该放置区中或该放置区上时，也与相关联基体参考标记W1或W2相关联，原因在于通过该相机26所拍摄的影像I1、I2包括相关联卡盘参考标记F1或F2和相关联基体参考标记W1或W2。
可视化卡盘参考标记F1、F2可例如设置为在卡盘表面上的基准，如可参照图3。不同卡盘的参考标记的方位与定位可能不同。该参考标记例如可定位在该放置区的边界B上。然而，对于圆形基体，参考标记也可设置在单一圆形边界线B上。边界线B的直径会稍微大于待处理圆形基体的直径。当基体W放置在卡盘14上时，这导致卡盘参考标记F1、F2直接相邻于该基体的基体边缘定位。
类似的是，设置在基体W上的基体参考标记W1、W2可依照各种组态定位。最优选的是，基体参考标记W1、W2结合卡盘14上卡盘参考标记F1、F2的配置定位。基体参考标记W1、W2例如可沿着基体边缘We1、We2定位。
将会清楚的是，可视化卡盘参考标记F1、F2和基体参考标记W1、W2有许多可行变例。卡盘参考标记F1、F2及相关联基体参考标记W1、W2两者的数量可改变，只要该数量是二或二以上，以及可改变这种参考标记F1、F2、W1、W2的位置。
上述控制器组件22、24配置成控制至少两个相机26，以每当基体W已放置于卡盘14上便拍摄一组影像。各相机26拍摄该组影像的单个影像I1、I2。该组影像的各单个影像I1、I2包括相关联卡盘参考标记F1或F2和相关联基体参考标记W1或W2。
另外，控制器组件22、24配置成通过就该组影像的各影像I1、I2检测该卡盘参考标记F1、F2与该相关联相机26的该等相机像素坐标相对的位置，就各组影像确定卡盘14相对于至少两个相机26的位置。
另外，控制器组件22、24配置成通过就该组影像之各影像I1、I2检测该基体参考标记W1、W2与该相关联相机的该等相机像素坐标相对的位置，就各组影像确定基体W相对于相机26的位置。
基于这两个位置确定，控制器组件22、24配置成就各组影像，以小于第二阈值的准确度，来计算相对于卡盘参考标记F1、F2且从而相对于卡盘14的基体位置。该准确度是例如以微米为单位所表达的定量长度。基于该相对位置，控制器组件22、24配置成随后定时至少一个打印头16的该至少一个喷嘴的发射，以及控制打印动作组件18、20的移动，以使得由喷墨打印头16所排出的液体以比第一阈值与第二阈值的总和更小的定位变化定位在基体W上。
在图3中示出的实例的实施例中，卡盘参考标记F1、F2中的至少一个具有限定长度及和方向的形状。该形状的尺寸使得相关联相机26的多个像素涉及在影像I1、I2中形成该卡盘参考标记F1、F2的表示型态。因为相关联相机26的多个像素检测卡盘参考标记的形状，并且因为卡盘参考标记F1、F2在该卡盘上的尺寸和位置对该电子控制器固定且已知，甚至可由所拍摄该组影像的单个影像I1、I2确定卡盘参考标记F1、F2与晶圆参考标记W1、W2的相对距离。凭借影像I1、I2中卡盘参考标记F1、F2的方向有关的知识，基体W相对于该卡盘参考标记的位置可沿着X与Y方向、及沿着旋转性Z方向两者，通过仅使用两个卡盘参考标记F1、F2来确定。
在实施例中，该第一阈值等于或小于5微米。凭借符合该要求的打印动作组件18、20，该喷墨打印系统能够以可重复精密度打印基体上的图案。例如，对于光伏打电池的生产，该第一阈值能够获得质量良好的PV电池。
在实施例中，第二阈值等于或小于50微米，更优选为等于或小于5微米。这种准确度能够生产上以如本文中所公开的喷墨打印系统打印导引轨迹图案的光伏打电池。
在图3中示出的实例的实施例中，喷墨打印系统10可配置为用于处理具有4个基体边缘部分We1、We2、We3、We4的矩形基体W。两个基体边缘部分We1、We3平行并沿着第一方向延伸，而另外两个基体边缘部分We2、We4也平行并沿着第二方向延伸。该第一方向与该第二方向大致正交。在该实施例中，该放置区大致为矩形，并受到平行于该基体边缘部分延伸的4个虚拟边界线B约束。至少两个卡盘参考标记F1、F2定位在该等边界上。矩形基体例如可用于生产由Si制造的光伏打电池。在图中未示的替代实施例中，待处理基体可为圆形，并且具有单一基体边缘We。在该实施例中，该放置区通过到单一圆形边界线约束。至少两个卡盘参考标记F1、F2定位在该单一边界上。圆形基体例如用于生产芯片和LED或MEMS。应注意的是，术语圆形还包括例如大致圆形但例如具有在圆周边缘、或圆形边缘(其一段为直线)内的凹口的基体。这种特征可用于能够在各种程序步骤期间旋转地定向该圆形基体。
凭借这最后两个实施例，卡盘参考标记F1、F2定位在边界线B上，卡盘参考标记F1、F2会相对地接近于基体边缘We1、We2、We3、We4。在实施例中，相关联基体参考标记W1、W2也可相对地接近于基体边缘We1、We2、We3、We4定位。因此，彼此相关联而形成一对、将会拍摄其一影像I1、I2的各卡盘参考标记及基体参考标记F1、W1、F2、W2相对地接近在一起，以使得拍摄影像I1、I2的相关联相机26的视场可很小。具有小视场的相机需要少量像素，且成本因此较低。
在实施例中，各卡盘可包括至少三个卡盘参考标记F1、F2、F3，以及各基体可包括各与至少三个卡盘参考标记F1、F2、F3的相关联的至少三个基体参考标记W1、W2、W3。通过卡盘14上的三个参考标记F1、F2、F3、以及该基体上的三个相关联参考标记W1、W2、W3，沿着X方向和沿着Y方向两者的相对位置、以及沿着Z方向的相对旋转方位甚至可用包括恰恰三个影像的组影像来更准确地确定。优选的是，卡盘参考标记F1、F2、F3之间的距离、及从而还有相关联基体参考标记W1、W2、W3之间的距离尽可能地大，而且等级为基体W的长度、宽度或直径。卡盘参考标记F1、F2、F3之间的距离越大，便可越准确地进行基体W相对于卡盘14的位置确定。
在图1中示出的实例的实施例中，各喷墨打印头16可与固定连接至相关联喷墨打印头16的校准相机30相关联。校准相机30可配置成测量通过相关联喷墨打印头16所排出的液体量在至少一个卡盘14中的一个上、或置于该卡盘14上的基体W上的位置。实现确定该液体量相对于卡盘14的位置，以便为了校准该系统的目的，确定喷墨打印头16相对于卡盘14的位置。可在该系统保养之后、或已处理大量基体W之后进行这种校准，其中利用该校准相机对该位置的该测量具有小于第三阈值的准确度。该准确度也为一定量长度，例如以微米为单位来表达。
在实施例中，该第三阈值可等于或小于5微米。明确非意欲的是，该校准是在各及每个基体W已通过喷墨打印系统10处理之后进行。该液体量例如可以是用于在卡盘14或基体W上形成液迹的一个或多个液体微滴或连续液流。
这种校准相机30有助于非常精确地确定该系统的打印头16相对于该系统的卡盘14的位置。因为该校准例如仅必须在保养该打印头16之后、或已处理数千个基体W之后不久进行一次，这对于该喷墨打印系统的生产容量几乎没有负担。
在附图中示出的实例的实施例中，各相机26可具有相关联环形光源32，该相关联环形光源32具有与相关联相机26的摄影轴C共线的中央轴C。环形光源32将光指向相关联卡盘标记参考F1、F2。
相机26的环形光源32以没有不需要的影子的均匀方式，在具有基体W的卡盘14上发光。这有益于通过与环形光源32相关联的相机26所拍摄的影像I的质量。
本发明还提供了一种用于在基体W上喷墨液体材料图案的方法。该方法包括：
提供根据本发明的喷墨系统10；以及
就各基体W的处理重复以下步骤：
拾取基体W，并在所述卡盘14上放置基体；
控制所述卡盘14的至少两个相机26拍摄一组影像，所述至少两个相机26的各相机26拍摄该组影像的单个影像I1、I2，其中该组影像的各单个影像I1、I2包括相关联卡盘参考标记F1或F2和相关联基体参考标记W1或W2；
通过就该组影像的各影像I1、I2检测该卡盘参考标记F1、F2与该相关联相机26的相机像素坐标相对的位置，确定卡盘14相对于至少两个相机26的位置；以及
通过就该组影像的各影像I1、I2检测该基体W的所述基体参考标记W1、W2与该相关联相机26的相机像素坐标相对的位置，确定基体W相对于至少两个相机26的位置；
以小于该第二阈值的准确度，使用这两个位置确定来计算相对于卡盘参考标记F1、F2且从而相对于卡盘14的基体位置，以及基于该相对位置，随后定时至少一个打印头16的至少一个喷嘴的发射，以及以小于该第一阈值的定位变化来控制打印动作组件18、20的移动，以使得由喷墨打印头16所排出的液体以比该第一阈值与该第二阈值之总和更小的定位变化定位在基体W上。
如以上所解释，该方法可用成本较低的相机组件来进行。可以以非常高的准确度来处理大量基体，但不需要频繁校准该系统，因为相机26相对于卡盘14的位置与确定基体W相对于卡盘14的相对位置无关。按卡盘14，光伏打电池的基体产量通常可以是每分钟每个卡盘至少4个基体。这意味着大型基体，例如尺寸为120x 60cm的基体的生产容量可以是每卡盘14每小时4*60＝240个基体。凭借根据本发明的喷墨打印系统和方法，校准该系统所需的时间减到最短，因为相机26相对于该打印动作组件和喷墨打印头16的确实位置与确定基体W相对于卡盘14的位置准确度无关。当喷墨打印头16或该打印动作组件完成维修时，可必须进行校准，因为这些部件之间的相对位置对于能否在生产期间于该基体上准确地沉积喷墨打印液体至关重要。这种维修并非很常发生，因此，可一个接着一个来处理大量基体，不会对校准动作造成任何时间损失。可能需要校准的另一理由可以是例如室温的环境条件变化。
在实施例中，该第一阈值等于或小于5微米，以及该第二阈值等于或小于50微米，优选为等于或小于5微米。通过这种阈值，例如，可用足以取得好质量PV电池的精密度来打印PV电池上的轨迹。对于喷墨打印系统10的其他应用，其他阈值可能可行。
在实施例中，其中喷墨打印系统10包括固定连接至相关联喷墨打印头16的校准相机30，该方法可包括在该系统保养之后、或已处理大量基体之后所进行的校准操作。这种校准操作可包括：
确定所述喷墨打印头16和所述卡盘14，所述喷墨打印头16和所述卡盘14的相对位置必须予以校准；
将喷墨打印头16定位在卡盘14上面，喷墨打印头16和卡盘14的相对位置必须予以校准；
将液体量从卡盘14上、或放置于该卡盘14上的基体W上的喷墨打印头16排出；
启动固定连接至喷墨打印头16的校准相机30；
利用校准相机30进行测量，以小于该第三阈值的准确度，确定通过相关联喷墨打印头16所排出的该液体量相对于卡盘14的位置，更具体的是相对于卡盘14的可视化卡盘参考标记F1、F2的位置；以及
以该测量为基础，出于校准的目的，确定喷墨打印头16相对于卡盘14的位置。
在本实施例的详细说明中，该第三阈值可等于或小于5微米。因为存在校准相机，因而即使已为了保养而卸除至少一个打印头，或当数千个基体W已处理完成时，仍能够确保喷墨打印系统10维持准确且精确。
在包括校准步骤之方法的实施例中，为了在从相关联喷墨打印头16排出之液体量的位置上利用该校准相机进行测量所排出的液体量可以是至少一个液滴、或可以是至少一条液迹。
为了使确定基体W相对于该卡盘的位置所耗的时间减到最短，有效益的是，电子控制器组件22、24配置为在必须拍摄一组影像时，同时启动该系统之各别相机26。如此，在实施例中，该方法包括同时拍摄各组影像的影像I1、I2。
上述各项实施例可彼此独立实施，并且可依照各种方式彼此组合。本实施方式内容及申请专利范围中使用的附图标记并未限制这种实施例和申请专利范围的说明，而是仅为了阐明而使用。

Claims (16)

1.一种喷墨打印系统(10)，配置为在基体(W)上喷墨液体材料图案，所述基体(W)各具有长度与宽度，或替代地具有直径，其中各基体(W)包括至少两个基体参考标记(W1、W2)，所述两个基体参考标记(W1、W2)以比所述基体(W)的所述长度、所述宽度或所述直径的至少一半更大的距离彼此间隔开，所述喷墨打印系统(10)包括：
-上可放置基体(W)的至少一个卡盘(14)，各卡盘具有长度与宽度，或替代地具有直径，并且包括至少两个可视化卡盘参考标记(F1、F2)，所述少两个可视化卡盘参考标记(F1、F2)以比所述卡盘的所述长度、所述宽度或所述直径的至少一半更大的距离彼此间隔开；
-包括至少一个喷嘴的至少一个喷墨打印头(16)，所述至少一个喷嘴配置成当所述喷嘴通过控制信号发射时排出液体；
-打印动作组件(18、20)，支承所述至少一个卡盘(14)和所述至少一个喷墨打印头(16)中的至少一个，以使得可利用通过所述至少一个打印头排出的液体，覆盖所述至少一个卡盘(16)上的二维打印区；
-电子控制器组件(22、24)，配置为产生用于使所述至少一个喷嘴发射的控制信号(S1、S2、S3)，并且配置成控制所述打印动作组件(18、20)，以用于相对于所述至少一个卡盘(14)定位所述至少一个打印头(16)，以使得所述液体相对于所述卡盘沉积的定位变化小于第一阈值；
其中：
-所述至少一个卡盘(14)的各参考标记(F1、F2)与相关联相机(26)相关联，所述相关联相机(26)指向相关联卡盘参考标记(F1或F2)，各相机(26)具有相机像素的二维矩阵，各像素具有像素坐标；
-各卡盘(14)包括在边界内延伸的放置区；
-当基体(W)已放置于所述卡盘(14)的所述放置区中或所述放置区上时，与卡盘参考标记(F1或F2)相关联的各相机(26)也与相关联基体参考标记(W1或W2)相关联，原因在于所述相机(26)所拍摄的影像(I1或I2)包括相关联卡盘参考标记(F1或F2)和相关联基体参考标记(W1或W2)；
-所述控制器组件(22、24)配置成：
～控制所述至少两个相机(26)，以每当将基体(W)放置于所述卡盘(14)上时拍摄一组影像(I)，其中各相机(26)拍摄所述组影像的单个影像(I)，其中所述组影像的各单个影像包括相关联卡盘参考标记(F1或F2)和相关联基体参考标记(W1或W2)；
～通过就所述组影像的各影像(I1、I2)检测所述卡盘参考标记(F1、F2)相对于所述相关联相机(26)的所述相机像素坐标的位置，就各组影像，确定所述卡盘(14)相对于所述至少两个相机(26)的位置；以及
～通过就所述组影像的各影像(I1、I2)检测所述基体参考标记(W1、W2)相对于所述相关联相机(26)的所述相机像素坐标的位置，就各组影像，确定所述基体(W)相对于所述至少两个相机(26)的位置；
～就各组影像，以小于第二阈值的准确度，使用这两个位置确定来计算相对于所述卡盘参考标记(F1、F2)且从而相对于所述卡盘(14)的基体位置，以及基于所述相对位置，随后定时所述至少一个打印头(16)的所述至少一个喷嘴的发射，以及控制所述打印动作组件(18、20)的移动，以使得通过所述喷墨打印头(16)排出的液体以比所述第一阈值与所述第二阈值的总和更小的定位变化定位在所述基体(W)上。
2.如权利要求1所述的喷墨打印系统，其中所述卡盘参考标记(F1、F2)中的至少一个具有限定长度及方向的形状，其中所述形状的尺寸使得涉及相关联相机(26)的多个像素，从而在所述影像(I1、I2)中形成所述卡盘参考标记(F1、F2)的表示型态。
3.如权利要求1或2所述的喷墨打印系统，其中所述第一阈值等于或小于5微米。
4.如权利要求1至3中任一项所述的喷墨打印系统，其中所述第二阈值等于或小于50微米，更优选为等于或小于5微米。
5.如前述权利要求中任一项所述的喷墨打印系统，其中所述系统配置成用于处理具有4个基体边缘部分(We1、We2、We3、We4)的矩形基体(W)，所述基体边缘部分(We1、We2、We3、We4)中的两个基体边缘部分(We1、We3)平行，并沿着第一方向延伸，以及所述基体边缘部分(We1、We2、We3、We4)中的另外两个基体边缘部分(We2、We4)平行，并且沿着第二方向延伸，其中所述第一方向与所述第二方向大致正交，其中所述放置区大致为矩形，并且通过平行于所述基体边缘部分(We1、We2、We3、We4)延伸的4条边界线(B)进行约束，其中所述至少两个卡盘参考标记(F1、F2)定位在所述边界线上。
6.如权利要求1至4中任一项所述的喷墨打印系统，其中所述待处理基体为圆形，并且具有单个基体边缘(We)，其中所述放置区通过单一圆形边界线约束，其中所述至少两个卡盘参考标记(F1、F2)定位在所述单一边界线上。
7.如权利要求1至6中任一项所述的喷墨打印系统，其中各卡盘包括至少三个卡盘参考标记(F1、F2、F3)，以及其中各基体包括各自与所述三个卡盘参考标记(F1、F2、F3)中的相关联的一个相关联的至少三个基体参考标记(W1、W2、W3)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的喷墨打印系统，其中各喷墨打印头(16)与校准相机(30)相关联，所述校准相机(30)固定连接至所述相关联喷墨打印头(16)，并且配置成测量通过所述至少一个卡盘(14)中的一个上、或定位于所述卡盘(14)上的基体(W)上的所述相关联喷墨打印头(16)排出的液体量的位置，其中所述液体量的所述位置的所述测量相对于所述卡盘实现，以便出于在所述系统保养之后、或已处理大量基体(W)之后对所述系统待进行校准之目的，确定所述喷墨打印头(16)相对于所述卡盘(14)的位置，其中利用所述校准相机测量所述位置具有小于第三阈值的准确度。
9.如权利要求8所述的喷墨打印系统，其中所述第三阈值等于或小于5微米。
10.如权利要求1至9中任一项所述的喷墨打印系统，其中各相机(26)具有相关联环形光源(32)，所述相关联环形光源(32)具有与所述相关联相机(26)的摄影轴(C)共线的中央轴(C)，其中所述环形光源(32)将光指向相关联卡盘参考标记(F1、F2)。
11.一种用于在基体(W)上喷墨液体材料图案的方法，所述方法包括：
-设置根据权利要求1至10中任一项所述的喷墨系统(10)；以及
为每个基体(W)重复一下步骤：
-拾取基体(W)，并将基体放置在所述卡盘(14)上；
-控制与所述卡盘(14)相关联的至少两个相机(26)拍摄一组影像，其中所述至少两个相机(26)中的每个相机(26)均拍摄所述组影像中的单个影像(I1、I2)，其中，所述组影像中的每个单个影像(I1、I2)均包括相关联的卡盘参考标记(F1或F2)和相关联的基体参考标记(W1或W2)；
-通过就所述组影像的各影像(I1、I2)检测所述卡盘参考标记(F1、F2)相对于所述相关联相机(26)的相机像素坐标的位置，确定所述卡盘(14)相对于所述至少两个相机(26)的位置；以及
-通过就所述组影像的各影像(I1、I2)检测所述基体(W)的所述基体参考标记(W1、W2)相对于所述相关联相机(26)的相机像素坐标的位置，确定所述基体(W)相对于所述至少两个相机(26)的位置；
-以小于第二阈值的准确度，使用这两个位置确定来计算相对于所述卡盘参考标记(F1、F2)且从而相对于所述卡盘(14)的基体位置，以及基于所述相对位置，随后定时所述至少一个打印头(16)的所述至少一个喷嘴的发射，以及利用比所述第一阈值小的定位变化，控制所述打印动作组件(18、20)的移动，以使得通过所述喷墨打印头(16)排出的液体以比所述第一阈值与所述第二阈值的总和更小的定位变化定位在所述基体(W)上。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第一阈值等于或小于5微米，以及其中所述第二阈值等于或小于50微米，优选为等于或小于5微米。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中所述喷墨打印系统(10)包括权利要求8或9的特征，以及其中所述方法包括在所述系统的保养之后、或在已处理大量基体(W)之后进行的校准操作，其中所述校准操作包括：
-确定所述喷墨打印头(16)和所述卡盘(14)，所述喷墨打印头(16)和所述卡盘(14)的相对位置必须进行校准；
-将所述喷墨打印头(16)定位于所述卡盘(14)上面，所述喷墨打印头(16)和所述卡盘(14)的相对位置必须进行校准；
-将液体量从所述卡盘(14)上、或放置于所述卡盘(14)上的基体(W)上的所述喷墨打印头(16)排出；
-启动固定连接至所述喷墨打印头(16)的所述校准相机；
-利用所述校准相机进行测量，从而以小于所述第三阈值的准确度，确定通过所述相关联喷墨打印头(16)所排出的所述液体量相对于所述卡盘(14)的位置，更具体的是，相对于所述卡盘(14)的所述可视化卡盘参考标记(F1、F2)的位置；以及
-基于所述测量，出于校准的目的，确定所述喷墨打印头(16)相对于所述卡盘(14)的位置。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第三阈值等于或小于5微米。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所排出的将在所述校准相机上进行测量的所述液体量为至少一个液体微滴或至少一个液迹。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，其中各组影像的所述影像(I1、I2)是同时拍摄的。
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