CN111332020B - 一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于喷墨打印相关技术领域，其公开了一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。本发明通过对喷印过程汇总多误差的测量与补偿，减小墨滴定位误差，因而尤其适用于高分辨率显示器、柔性电子之类的高精度工业生产和应用场合。

Description

一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统

技术领域

本发明属于喷墨打印相关技术领域，更具体地，涉及一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统。

背景技术

喷墨打印技术作为一种印刷制造的新兴技术，在显示屏、薄膜太阳能电池、柔性传感器等的制造上，相比于传统的蒸镀等技术，喷墨打印技术具有材料利用率高、打印分辨率高、工艺简单、尺度大、成本低廉和适合批量化等特点，引起了研究机构及相关厂商的广泛关注，随着喷墨打印技术不断发展，各个研究机构和相关厂商在制备显示屏、薄膜太阳能电池、柔性传感器等领域取得了一定进展，但在工业级生产设备中的应用目前还未取得普及。

随着对高分辨率显示器需求的增多，制约喷墨打印技术在工业级生产设备中应用的主要因素之一是如何减小喷墨打印墨滴的定位误差，例如在高分辨率显示器发光层RGB材料的制备中，RGB墨滴在基板像素坑中的定位误差大小将直接影响高分辨率显示器发光层发光的均匀性和效率。而在实际工业级生产中，墨滴定位误差会受到不同因素相互耦合的影响，其中包括喷头安装、基板摆放、墨滴飞行角度、墨滴飞行过程中的气流、墨滴落在基板上的流动等因素。

现有技术已经提出了一些关于墨滴定位误差的控制补偿方案，例如用于喷墨墨滴定位校准的方法和系统，介绍了调整喷头上喷嘴角度的方法来补偿墨滴飞行角度造成的墨滴定位误差，但近年来在喷墨打印中广泛使用的喷头集成度高、喷头模块重量大，喷头角度不便于调整，同时喷嘴角度难以调整。进一步研究发现，现有专利和文献中涉及的技术仍存在以下不足：一方面，它们通常是对墨滴落点位置进行测量，通过对落点位置与影响因素进行数值拟合的方法，实现了对墨滴落点定位误差的补偿，而在实际打印中墨滴落点定位误差受墨滴喷出喷嘴、飞行过程、落在基板上等多过程的不同种类误差的影响，但现有方法没有分不同种类误差的对墨滴落点定位误差进行测量和补偿；另一方面，它们大多是在纸张等介质上进行打印，然后对墨滴落点位置进行测量得到墨滴落点误差并进行控制，这种方法是一种离线控制方法，在正式打印过程中补偿效果较差。相应地，考虑到不同种类误差对墨滴落点定位的影响，并在正式打印过程中实现墨滴落点定位误差的实时控制与补偿，正在成为本领域亟需解决的关键技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种喷印墨滴多误差定位控制方法及系统，其通过对喷印过程中不同种类墨滴定位误差的测量，对于其中墨滴飞行角度、喷射速度等因素建立墨滴飞行定位误差模型，对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差、基板定位误差等进行前馈控制补偿；此外，在整个喷印过程中利用墨滴落点观测相机来观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标，通过与理想坐标进行比较得到墨滴落点定位误差补偿量，将其作为控制量反馈到基板运动控制中进行实时反馈控制。此外，通过对喷印过程汇总多误差的测量与补偿，减小墨滴定位误差，因而尤其适用于高分辨率显示器、柔性电子之类的高精度工业生产和应用场合。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种喷印墨滴多误差定位控制方法，所述方法主要包括以下步骤：

(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；

(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；

(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。

进一步地，在试打印阶段，多次测量得到墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、基板运动平均速度u、以及预设的喷嘴距离基板的高度h_s，通过以下表达式对墨滴飞行定位误差(Δx₁,Δy₁)进行计算：

(Δx₁,Δy₁)＝(t_h(vsinβcosα-u_x),t_h(vsinβsinα-u_y))

其中，t_h表示墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间,v表示墨滴平均速度，α表示墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角，β表示墨滴飞行方向和设备坐标系X轴正方向的夹角，(u_x，u_y)表示基板在XY两方向上的实际运动速度。

进一步地，采用以下公式对墨滴平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、以及墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间t_h进行计算：

其中，n是所采集的墨滴数量，t_a是采样时间段，h表示喷嘴与基板在垂直方向上的间距，g为自由落体加速度。

进一步地，测量喷嘴与基板在垂直方向上间距的实际值h，若超出(h_s±Δh_s)的范围，则通过Z轴直线运动模组调节喷头高度至允许范围内；检测喷头底部定位标记在设备坐标系中的坐标(x_a1,y_a1)、(x_a2,y_a2)以得到喷头打印起始喷嘴的坐标(x_a,y_a)、喷头安装角度θ的实际值；若|θ|>θ_s，则喷头需重新安装，Δh_s及θ_s分别为预先设定的高度偏差值及喷头安装角度阈值，对应表达式：

(x_a，y_a)＝(k₁x_a1+k₂x_a2，k₃y_a1+k₄y_a2)

(Δx₂,Δy₂)＝(x_s2-x_a,x_s2-y_a)

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头打印起始喷嘴的沿X、Y轴位置误差补偿系数，其值是经过多次试验测试得出，且满足0<k₁<1、0<k₂<1、0<k₃<1、0<k₄<1、k₁+k₂＝1、k₃+k₄＝1；θ₁为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头角度误差补偿值，且其值是经过多次试验测试得出；(x_s2,y_s2)为预先设定的喷头打印起始喷嘴的理想坐标。

进一步地，喷头定位误差(Δx₂,Δy₂)的计算公式如下：

(Δx₂,Δy₂)＝(x_s2-x_a,y_s2-y_a)

式中，(x_s2,y_s2)为喷头打印起始喷嘴的理想坐标。

进一步地，检测基板定位标记在设备坐标系中的坐标(x_b1,y_b1,z_b1)、(x_b2,y_b2,z_b2)、(x_b3,y_b3,z_b3)、(x_b4,y_b4,z_b4),以得到基板中心实际坐标(x_b,y_b)、基板摆放偏角实际值

基板定位误差(Δx₃,Δy₃)的计算公式如下：

(Δx₃,Δy₃)＝(x_s3-x_b,y_s3-y_b)

式中，(x_s3,y_s3)为基板中心的理想坐标。

进一步地，正式打印开始后，在整个喷印过程中观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标(x_c,y_c)，墨滴定位误差(Δx₄,Δy₄)的计算公式如下：

(Δx₄,Δy₄)＝(x_s4-x_c,y_s4-y_c)

其中，(x_s4,y_s4)为所述喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的理想落点坐标。

按照本发明的另一个方面，提供了一种喷印墨滴多误差补偿定位控制系统，所述墨滴多误差补偿定位控制系统是采用如上所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法进行定位控制的，其包括喷头模块、检测模块及基板运动控制模块；

所述检测模块用于在试打印时对所述喷头模块进行观测，并将观测到的数据传输给所述基板运动控制模块；所述基板运动控制模块用于依据收到的试打印阶段的观测数据进行计算以得到墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差，并根据计算得到的误差数据在正式打印前对基板运动进行前馈控制；

所述检测模块还用于实时观测墨滴落点，并将观测到的数据传输给所述基板运动控制模块，所述基板运动控制模板还用于依据接收到的正式打印阶段的数据进行计算以得到墨滴落点定位误差，并依据得到的所述墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。

进一步地，所述检测模块包括喷头观测系统、喷嘴激光测距系统、墨滴落点观测系统、墨滴观测系统及基板观测系统，所述喷头观测系统通过安装在喷头下方的喷头观测相机及安装在所述喷头观测相机的镜头内的同轴光源采集所述喷头的底部定位标记图像，并通过图像处理来计算得到所述喷头的安装位置及角度；所述喷头激光测距系统通过安装在喷嘴旁边的激光位移传感器来实时测量喷嘴到基板之间的距离；所述墨滴落点观测系统架设在所述喷头模块的侧面，其通过墨滴落点观测相机和安装在所述墨滴落点观测相机的镜头内的同轴光源采集墨滴落点图像，并通过图像处理来计算得到墨滴落点位置；所述墨滴观测系统设置在试打印区域，其通过墨滴观测相机和频闪光源来采集墨滴飞行图像，并通过图像处理来计算得到墨滴实际速度和飞行角度；所述基板观测系统架设在所述喷头模块的侧面，其通过基板观测相机和设置在所述激光观测相机的镜头内的同轴光源来采集基板定位标记图像，并通过图像处理来计算得到基板的摆放位置及角度。

进一步地，所述基板运动控制模块包括墨滴定位控制器、基板运动控制卡、基板驱动直线电机、基板运动信号采集卡及基板；所述墨滴定位控制器包括墨滴定位前馈控制器及墨滴定位在线反馈控制器，所述墨滴定位前馈控制器分别与所述喷嘴激光测距系统、所述喷头观测系统、所述墨滴观测系统及所述基板观测系统通讯；所述墨滴定位在线反馈控制器与所述墨滴落点观测系统通讯；所述基板运动控制卡与所述墨滴定位控制器相连，以接收基板运动控制信号，并将接收到的基板运动控制信号传输到所述基板驱动直线电机；所述基板运动信号采集卡用于采集所述基板驱动直线电机的光栅尺位移传感器信号，并将采集到的信号传输给所述基板运动控制卡，以实现基板运动的闭环反馈控制；所述基板由所述基板驱动直线电机驱动，以实现X轴和Y轴两个方向的位移运动。

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，本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法及系统主要具有以下有益效果：

1.所述控制方法对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差、基板定位误差和墨滴落点定位误差等多误差进行观测，并将测量得到的数据进行反馈控制，可以实现对不同种类误差的观测，分误差种类对墨滴喷射定位误差进行逐个补偿，具有精度高、便于控制等特点。

2.本发明的控制方法采用前馈+反馈的复合控制方法，对于正式打印前能测量得到的墨滴定位误差，在试打印中进行测量，进而针对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差对基板运动进行前馈控制，补偿墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差；然后在正式打印中，通过墨滴落点观测系统进行实时观测，针对墨滴定位误差进行补偿，从而减小墨滴定位误差并加快控制的反应速度。

3.所述检测模块集成了喷头观测系统、喷嘴激光测距系统、墨滴落点观测系统、墨滴观测系统及基板观测系统，继而结合基板运动控制模板实现了墨滴飞行定位误差、喷头定位误差、基板定位误差及墨滴落点定位误差的获取及补偿，实现了前馈+反馈的复合控制，适用性较强。

4.通过墨滴落点观测系统进行实时观测，针对试打印无法观测或者观测不准确的误差，例如墨滴在飞行过程中受基板运动或其它因素产生的气流干扰而导致的墨滴定位误差、墨滴落在基板上因基板运动或墨滴落下先后顺序不同发生融合流动造成的墨滴定位误差进行补偿，从而减小墨滴定位误差并加快控制的反应速度。

附图说明

图1是本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位控制系统的使用状态示意图；

图2是本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法涉及的面向图像处理的测量喷嘴喷射墨滴飞行角度及速度、墨滴飞行定位误差计算方法的示意图；

图3是本发明涉及的面向图像处理的喷头定位误差计算方法的示意图；

图4是本发明涉及的面向图像处理的基板定位误差计算方法的示意图；

图5是本发明涉及的面向图像处理的墨滴落点定位误差计算方法的示意图；

图6是本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位前馈+反馈控制方法的控制框图；

图7是本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法的流程示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：21-喷头，22-喷头Z轴直线运动模组，23-喷头驱动卡，24-气压泵，25-喷印控制卡，31-喷头观测系统，32-喷头激光测距系统，33-墨滴落点观测系统，34-墨滴观测系统，35-基板观测系统，41-墨滴定位控制器，42-基板运动控制卡，43-基板驱动直线电机，44-基板运动信号采集卡，45-基板。

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。

请参阅图7，本发明提供的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，所述控制方法主要包括以下步骤：

步骤一，打印前进行初始参数设定。

具体地，提供一种喷印墨滴多误差定位控制系统，在设备坐标系中，输入有关喷头、墨滴、基板位置及其他工艺参数的预设值，其中包括墨滴飞行定位误差初始值(x_s1,y_s1)、喷头打印起始喷嘴预设理想坐标(x_s2,y_s2)、喷头安装偏角最大允许值θ_s、基板摆放中心预设理想坐标(x_s3,y_s3)、基板摆放偏角最大允许值

喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴落点预设理想坐标(x_s4,y_s4)、喷嘴与基板在垂直方向上间距的预设值h_s及允许范围±Δh_s。

请参阅图1，所述控制系统包括喷头模块、检测模块及基板运动控制模块，所述喷头模块包括喷头21、喷头Z轴直线运动模组22、喷头驱动卡23、气压泵24及喷印控制卡25，所述喷头21安装在所述喷头Z轴直线运动模组22上，所述喷头Z轴直线运动模组22用于带动所述喷头21运动，以调节喷嘴到基板之间的间距。所述喷印控制卡25与上位机相连接，其用于接收来自所述上位机传输的喷印数据，并产生相应的驱动波形信号、喷射时序信号和墨水压力信号。所述喷头驱动卡23接收来自所述喷印控制卡25的驱动波形信号和喷射时序信号，并将其加载到所述喷头21上，以形成特定的墨滴。所述气压泵24用于接收来自所述喷印控制卡25的墨水压力信号，并依据所述墨水压力信号来控制所述喷嘴的腔体内压力值大小。

所述检测模块包括喷头观测系统31、喷嘴激光测距系统32、墨滴落点观测系统33、墨滴观测系统34及基板观测系统35，所述喷头观测系统31通过安装在所述喷头21下方的喷头观测相机及安装在所述喷头观测相机的镜头内的同轴光源采集所述喷头21的底部定位标记图像，并通过图像处理来计算得到所述喷头21的安装位置及角度，所述喷头激光测距系统32通过安装在喷嘴旁边的激光位移传感器来实时测量喷嘴到基板之间的距离。所述墨滴落点观测系统33架设在所述喷头模块的侧面，其通过墨滴落点观测相机和安装在所述墨滴落点观测相机的镜头内的同轴光源采集墨滴落点图像，并通过图像处理来计算得到墨滴落点位置。所述墨滴观测系统34设置在试打印区域，其通过墨滴观测相机和频闪光源来采集墨滴飞行图像，并通过图像处理来计算得到墨滴实际速度和飞行角度。所述基板观测系统35架设在所述喷头模块的侧面，其通过基板观测相机和设置在所述激光观测相机的镜头内的同轴光源来采集基板定位标记图像，并通过图像处理来计算得到基板的摆放位置及角度。

所述基板运动控制模块包括墨滴定位控制器41、基板运动控制卡42、基板驱动直线电机43、基板运动信号采集卡44及基板45，所述墨滴定位控制器41与检测模块相连接，以用于接收来自所述检测模块的数据，并经过处理以得到墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差。本实施方式中，所述墨滴定位控制器41包括墨滴定位前馈控制器及墨滴定位在线反馈控制器，以实现前馈+反馈控制；所述墨滴定位前馈控制器分别与所述喷嘴激光测距系统32、所述喷头观测系统31、所述墨滴观测系统34及所述基板观测系统35通讯；所述墨滴定位在线反馈控制器与所述墨滴落点观测系统33通讯。

所述基板运动控制卡42与所述墨滴定位控制器41相连，以接收基板运动控制信号，并将接收到的基板运动控制信号传输到所述基板驱动直线电机43。所述基板运动信号采集卡43用于采集所述基板驱动直线电机43的光栅尺位移传感器信号，并将采集到的信号传输给所述基板运动控制卡42，以实现基板运动的闭环反馈控制。所述基板45由所述基板驱动直线电机43驱动，以实现X轴和Y轴两个方向的位移运动。

步骤二，进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差。

具体地，在试打印阶段，针对喷墨打印设备通过墨滴观测系统多次测量得到墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角α、X轴正方向的夹角β、基板运动平均速度u、以及预设的喷嘴距离基板的高度h_s，通过以下表达式对墨滴飞行定位误差(Δx₁,Δy₁)进行计算：

(Δx₁,Δy₁)＝(t_h(vsinβcosα-u_x),t_h(vsinβsinα-u_y))

其中，t_h表示墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间,v表示墨滴平均速度，α表示墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角，β表示墨滴飞行方向和设备坐标系X轴正方向的夹角，(u_x，u_y)表示基板在XY两方向上的实际运动速度；

本实施方式采用以下表达式对墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角α、X轴正方向的夹角β、以及墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间t_h进行计算：

其中，n是所采集的墨滴数量，t_a是采样时间段，h表示喷嘴与基板在垂直方向上的间距，g为自由落体加速度。

如图2所示，按照本发明的一个优选实施例，将t₁时刻飞行墨滴在三维空间的位置定义为P₁(x₁,y₁,z₁)，t₂时刻飞行墨滴在所述两个相互垂直投影面内的位置定义为P₂₁(x₂,z₂)和P₂₂(y₂,z₂)，将

和

在空间坐标系中进行矢量合成得

P₂(x₂,y₂,z₂)也即t₂时刻墨滴在三维空间的位置，同理t_n时刻飞行墨滴在三维空间的位置定义为P_n(x_n,y_n,z_n)；此外，水平横向方向被定义为X轴方向，水平纵向方向被定义为Y轴方向，而竖直向上方向被定义为Z轴方向。

请参阅图3，在正式打印前，用激光位移传感器测量喷嘴与基板在垂直方向上间距的实际值h，若超出(h_s±Δh_s)的范围，则通过Z轴直线运动模组调节喷头高度至允许范围内；通过喷头观测相机来检测喷头底部定位标记在设备坐标系中的坐标(x_a1,y_a1)、(x_a2,y_a2),得到喷头打印起始喷嘴的坐标(x_a,y_a)、喷头安装角度实际值θ。若|θ|>θ_s，则喷头需重新安装；喷头定位误差(Δx₂,Δy₂)的计算表达式如下：

(Δx₂,Δy₂)＝(x_s2-x_a,y_s2-y_a)

其中，Δh_s及θ_s分别为预先设定的高度偏差值及喷头安装角度阈值，(x_s2,y_s2)为喷头打印起始喷嘴的理想坐标。

请参阅图4，按照本发明的一个优选实施例，所述基板定位误差(Δx₃,Δy₃)优选采用以下方式测量得到：利用基板观测相机检测基板定位标记在设备坐标系中的坐标(x_b1,y_b1,z_b1)、(x_b2,y_b2,z_b2)、(x_b3,y_b3,z_b3)、(x_b4,y_b4,z_b4),得到基板中心实际坐标(x_b,y_b)、基板摆放偏角实际值

若基板摆放偏角实际值

超出

的预设值范围，则重新摆放基板；基板定位误差(Δx₃,Δy₃)的计算表达式如下：

(Δx₃,Δy₃)＝(x_s3-x_b,y_s3-y_b)

式中，(x_s3,y_s3)为基板中心的理想坐标。

步骤三，正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印。

步骤四，实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。

请参阅图5，按照本发明的一个优选实施例，所述墨滴落点定位误差补偿量(Δx₄，Δy₄)优选采用以下方式测量得到：正式打印开始后，在整个喷印过程中利用墨滴落点观测相机来观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标(x_c,y_c)，墨滴定位误差(Δx₄,Δy₄)的计算表达式如下：

(Δx₄,Δy₄)＝(x_s4-x_c,y_s4-y_c)

其中，(x_s4,y_s4)为所述喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的理想落点坐标。将墨滴落点定位误差补偿量(Δx₄,Δy₄)作为控制量反馈到基板运动控制中进行实时反馈控制。

请参阅图6，对于正式打印前能测量得到的墨滴飞行定位误差补偿量(Δx₁,Δy₁)、喷头定位误差补偿量(Δx₂,Δy₂)和基板定位误差补偿量(Δx₃,Δy₃)，在试打印中进行测量，进而针对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差，以(ΣΔx₁,ΣΔy₁)＝(Δx₁+Δx₂+Δx₃,Δy₁+Δy₂+Δy₃)作为控制量，对基板运动进行前馈控制，补偿墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差。然后，在正式打印中，通过墨滴落点观测系统对基板运动进行实时反馈控制，针对试打印无法观测或者观测不准确的误差，例如墨滴在飞行过程中受基板运动或其它因素产生的气流干扰而导致的墨滴定位误差、墨滴落在基板上因基板运动或墨滴落下先后顺序不同发生融合流动造成的墨滴定位误差，以喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标与理想坐标之间的差值(Δx₄,Δy₄)作为控制量，以对基板运动进行实时反馈控制。

按照本发明的控制方法从喷墨打印墨滴定位多误差的喷头定位误差、墨滴飞行定位误差、基板定位误差、墨滴落点定位误差等的补偿进行了针对性设计，所述控制系统采用了墨滴观测系统、喷头观测系统、基板观测系统和墨滴落点观测系统四套视觉观测系统，对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差、基板定位误差和墨滴落点定位误差等多误差进行观测，并将测量得到的数据进行反馈控制，如此可以通过多套观测系统实现对不同种类误差的观测，分误差种类对墨滴喷射定位误差进行逐个补偿。同时，对于正式打印前能测量得到的墨滴定位误差，在试打印中进行测量，进而针对墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差，对基板运动进行前馈控制，补偿墨滴飞行定位误差、喷头定位误差和基板定位误差。然后，在正式打印中，通过墨滴落点观测系统进行实时观测，针对试打印无法观测或者观测不准确的误差，例如墨滴在飞行过程中受基板运动或其它因素产生的气流干扰而导致的墨滴定位误差、墨滴落在基板上因基板运动或墨滴落下先后顺序不同发生融合流动造成的墨滴定位误差进行补偿，从而减小墨滴定位误差并加快控制的反应速度。

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 (9)

1.一种喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)进行试打印以分别获取墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差；

(2)正式打印前，依据得到的墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差对基板运动进行前馈控制；之后进入正式打印；

(3)实时检测获得正式打印中的墨滴落点定位误差，并依据得到的墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制；

正式打印开始后，在整个喷印过程中观测喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的实际落点坐标(x_c,y_c)，墨滴定位误差(Δx₄,Δy₄)的计算公式如下：

(Δx₄,Δy₄)＝(x_s4-x_c,y_s4-y_c)

其中，(x_s4,y_s4)为所述喷头打印起始喷嘴喷射的墨滴在基板的理想落点坐标。

2.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：在试打印阶段，多次测量得到墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、基板运动平均速度u、以及预设的喷嘴距离基板的高度h_s，通过以下表达式对墨滴飞行定位误差(Δx₁,Δy₁)进行计算：

(Δx₁,Δy₁)＝(t_h(vsinβcosα-u_x),t_h(vsinβsinα-u_y))

其中，t_h表示墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间,v表示墨滴平均速度，α表示墨滴飞行方向和设备坐标系Z轴负方向的夹角，β表示墨滴飞行方向和设备坐标系X轴正方向的夹角，(u_x，u_y)表示基板在XY两方向上的实际运动速度。

3.如权利要求2所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：采用以下公式对墨滴喷射平均速度v、墨滴飞行方向与设备坐标系Z轴负方向的夹角α及与X轴正方向的夹角β、以及墨滴从喷嘴喷出后落到基板上的所需时间t_h进行计算：

其中，n是所采集的墨滴数量，t_a是采样时间段，h表示喷嘴与基板在垂直方向上的间距，g为自由落体加速度。

4.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：测量喷嘴与基板在垂直方向上间距h的实际值，若超出(h_s±Δh_s)的范围，则通过Z轴直线运动模组调节喷头高度至允许范围内；检测喷头底部定位标记在设备坐标系中的坐标(x_a1,y_a1)、(x_a2,y_a2)以得到喷头打印起始喷嘴的坐标(x_a,y_a)、喷头安装角度θ的实际值；若|θ|>θ_s，则喷头需重新安装，Δh_s及θ_s分别为预先设定的高度偏差值及喷头安装角度阈值，对应计算表达式为：

(x_a，y_a)＝(k₁x_a1+k₂x_a2，k₃y_a1+k₄y_a2)

(Δx₂,Δy₂)＝(x_s2-x_a,x_s2-y_a)

其中，k₁、k₂、k₃、k₄为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头打印起始喷嘴的沿X、Y轴位置误差补偿系数，且满足0<k₁<1、0<k₂<1、0<k₃<1、0<k₄<1、k₁+k₂＝1、k₃+k₄＝1；θ₁为需要根据实际组装后的喷头模组标定后所得喷头角度误差补偿值；(x_s2,y_s2)为预先设定的喷头打印起始喷嘴的理想坐标。

5.如权利要求4所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：喷头定位误差(Δx₂,Δy₂)的计算公式如下：

(Δx₂,Δy₂)＝(x_s2-x_a,y_s2-y_a)

式中，(x_s2,y_s2)为喷头打印起始喷嘴的理想坐标。

6.如权利要求1所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法，其特征在于：检测基板定位标记在设备坐标系中的坐标(x_b1,y_b1,z_b1)、(x_b2,y_b2,z_b2)、(x_b3,y_b3,z_b3)、(x_b4,y_b4,z_b4),以得到基板中心实际坐标(x_b,y_b)、基板摆放偏角实际值

基板定位误差(Δx₃,Δy₃)的计算公式如下：

(Δx₃,Δy₃)＝(x_s3-x_b,y_s3-y_b)

式中，(x_s3,y_s3)为基板中心的理想坐标。

7.一种喷印墨滴多误差补偿定位控制系统，其特征在于：所述墨滴多误差补偿定位控制系统是采用权利要求1-6任一项所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制方法进行定位控制的，其包括喷头模块、检测模块及基板运动控制模块；

所述检测模块用于在试打印时对所述喷头模块进行观测，并将观测到的数据传输给所述基板运动控制模块；所述基板运动控制模块用于依据收到的试打印阶段的观测数据进行计算以得到墨滴飞行定位误差、喷头定位误差及基板定位误差，并根据计算得到的误差数据在正式打印前对基板运动进行前馈控制；

所述检测模块还用于实时观测墨滴落点，并将观测到的数据传输给所述基板运动控制模块，所述基板运动控制模板还用于依据接收到的正式打印阶段的数据进行计算以得到墨滴落点定位误差，并依据得到的所述墨滴落点定位误差对基板运动进行在线反馈控制。

8.如权利要求7所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制系统，其特征在于：所述检测模块包括喷头观测系统、喷嘴激光测距系统、墨滴落点观测系统、墨滴观测系统及基板观测系统，所述喷头观测系统通过安装在喷头下方的喷头观测相机及安装在所述喷头观测相机的镜头内的同轴光源采集所述喷头的底部定位标记图像，并通过图像处理来计算得到所述喷头的安装位置及角度；所述喷嘴激光测距系统通过安装在喷嘴旁边的激光位移传感器来实时测量喷嘴到基板之间的距离；所述墨滴落点观测系统架设在所述喷头模块的侧面，其通过墨滴落点观测相机和安装在所述墨滴落点观测相机的镜头内的同轴光源采集墨滴落点图像，并通过图像处理来计算得到墨滴落点位置；所述墨滴观测系统设置在试打印区域，其通过墨滴观测相机和频闪光源来采集墨滴飞行图像，并通过图像处理来计算得到墨滴实际速度和飞行角度；所述基板观测系统架设在所述喷头模块的侧面，其通过基板观测相机和设置在所述基板观测相机的镜头内的同轴光源来采集基板定位标记图像，并通过图像处理来计算得到基板的摆放位置及角度。

9.如权利要求8所述的喷印墨滴多误差补偿定位控制系统，其特征在于：所述基板运动控制模块包括墨滴定位控制器、基板运动控制卡、基板驱动直线电机、基板运动信号采集卡及基板；所述墨滴定位控制器包括墨滴定位前馈控制器及墨滴定位在线反馈控制器，所述墨滴定位前馈控制器分别与所述喷嘴激光测距系统、所述喷头观测系统、所述墨滴观测系统及所述基板观测系统通讯；所述墨滴定位在线反馈控制器与所述墨滴落点观测系统通讯；所述基板运动控制卡与所述墨滴定位控制器相连，以接收基板运动控制信号，并将接收到的基板运动控制信号传输到所述基板驱动直线电机；所述基板运动信号采集卡用于采集所述基板驱动直线电机的光栅尺位移传感器信号，并将采集到的信号传输给所述基板运动控制卡，以实现基板运动的闭环反馈控制；所述基板由所述基板驱动直线电机驱动，以实现X轴和Y轴两个方向的位移运动。

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