CN111591051B - 一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法 - Google Patents

一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，包括：喷头升降模块、基板固定模块、第一传感器、第二传感器、传感器控制器和运动驱控器；喷头升降模块包括喷头、喷头装夹装置和升降机构；基板固定模块设置于喷头升降模块下方，其包括吸附平台；第一传感器、第二传感器用于检测喷嘴至基板之间的实时距离，生成第一、第二检测原始信号；传感器控制器用于获取第一、第二检测原始信号，并经信号处理和修正运算发送至运动驱控器；运动驱控器用于对升降机构进行全闭环控制和驱动。本发明通过构建打印高度控制系统和两种传感器的结合布置，对多种检测对象的测量值修正构建高度或者位置关系，可以更好地实现无接触式自适应打印高度定位控制。

Description

一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法
技术领域
本发明属于喷墨打印相关技术领域，更具体地，涉及一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法。
背景技术
目前，新型喷墨打印技术广泛应用于工业制造业中，特别地，随着OLED面板制作成本压缩和效率需求，利用喷墨打印技术OLED面板制造工艺相比于蒸镀工艺，是降低生产成本提高效率的一个可行方法，喷墨打印工艺方法日趋完善的同时，需要解决喷印系统自动化、精度控制、可靠性方面的问题。其中，由于压电喷头特殊结构，喷头喷嘴面易碎、易污染堵塞，打印高度检测与精确定位是需要解决的难点之一。就工艺要求而言，需要控制喷头喷嘴面至面板基板的绝对距离并精确调整，面板基板量产时，需要确保打印高度一致性、高重复性，打印高度超出允许误差，会增加墨滴落点偏差影响，造成良品率下降。
传统打印高度定位方法有两种：撞针检测定位方法和无接触式测量结合输入基板厚度定位方法，其中撞针式检测方式，撞针、喷头喷嘴和面板基板之间会接触，喷头喷嘴、面板基板都有损伤可能；无接触式测量广泛采用激光位移传感器，虽然解决了无损测量，但需要已知面板基板厚度，无法满足自动化和安全防护需求。两种方法都缺少自动测量和定位的解决办法，相应地，本领域急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，本发明提供了一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，通过构建打印高度控制系统，特别是进行标定传感器（第二传感器）和测量传感器（第一传感器）两种传感器的结合布置，对多种检测对象的测量值修正方法构建高度或者位置关系，以及升降机构高精度定位控制，更好地实现无接触式自适应打印高度定位控制，尤其适用OLED面板喷墨打印高稳定性、高精度打印工艺需求。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统，用于面板基板的喷墨打印，包括：喷头升降模块、基板固定模块、第一传感器、第二传感器、传感器控制器和运动驱控器；
所述喷头升降模块包括喷头、喷头装夹装置和升降机构；喷头下端设置有喷嘴，喷头装夹装置用于固定喷头，升降机构与喷头装夹装置连接用于带动喷头及喷头装夹装置执行升降运动，从而进行打印高度的定位；
所述基板固定模块设置于喷头升降模块下方，其包括吸附平台；吸附平台用于吸附固定基板；所述喷头相对于吸附平台具备X轴、Y轴、Z轴三个直线方向运动自由度；
所述第一传感器、第二传感器用于检测喷嘴至基板之间的实时距离，以及喷嘴和吸附平台的水平安装状态；所述第一传感器设置于喷头升降模块的侧方且靠近喷嘴，其中，所述第一传感器由上至下发射传感信号经吸附平台平面和基板上表面，并生成第一检测原始信号；所述第二传感器设置于吸附平台的侧方，随吸附平台沿X轴直线方向执行打印扫描运动；其中，所述第二传感器由下至上发射传感信号经喷嘴表面和基板下表面，并生成第二检测原始信号；
所述传感器控制器用于获取第一、第二检测原始信号，并经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号，发送至所述运动驱控器；
所述运动驱控器用于获取并处理标准电压信号，进行运算并构建喷嘴、第一传感器、第二传感器、吸附平面与升降机构的高度关系，从而对所述升降机构进行全闭环控制和驱动。
进一步地，所述第一传感器、第二传感器均为激光位移传感器，以特定倾角安装，激光正入射检测对象；
所述第一传感器由上至下发射激光于吸附平台和基板表面，所述升降机构定位至打印高度测量位置时，第一传感器的检测范围覆盖最大基板厚度；
所述第二传感器由下至上发射激光于喷嘴表面和基板下表面，所述升降机构定位至打印高度标定位置时，第二传感器的检测范围覆盖喷嘴表面和基板下表面。
进一步地，所述第一传感器、第二传感器的量程范围为－L ~＋L，L>(dmax+Hmax)/2；
其中，dmax为基板最大厚度，Hmax为系统允许最大打印高度。
进一步地，所述第一传感器检测所述吸附平台的水平安装状态；其中，所述第一传感器相对于所述吸附平台沿X-Y平面方向移动，并对所述吸附平台扫描，生成沿X-Y平面方向上的第一高度检测数据，根据所述第一高度检测数据的变化趋势调整所述吸附平台的水平安装状态；
所述第二传感器检测所述喷嘴的水平安装状态；其中，所述第二传感器相对于所述喷头沿X-Y平面方向移动，并对所述喷嘴表面扫描，生成沿X-Y平面方向上的第二高度检测数据，根据所述第二高度检测数据变化趋势调整所述喷头装夹装置，从而调整所述喷嘴的水平安装状态。
进一步地，所述系统进行标定位置打印高度检测时，所述升降机构定位于标定位置，第二传感器分别检测基板下表面和喷嘴表面，所述运动驱控器计算获取喷嘴至吸附平台高度；
所述系统进行测量位置打印高度标零时，所述升降机构定位于测量位置，第一传感器分别检测吸附台面，所述运动驱控器构建喷嘴、第一传感器、第二传感器、吸附平面与升降机构的高度关系
所述系统进行测量位置打印高度检测时，所述升降机构定位于测量位置，待打印基板放置于吸附平台上，所述第一传感器检测出喷嘴至所述待打印基板表面的距离，所述运动驱控器基于喷嘴、第一传感器、第二传感器、吸附平面与升降机构的高度关系获取当前打印高度。
进一步地，所述传感器控制器设置有第一通道和第二通道，所述第一通道用于获取第一检测原始信号，所述第二通道用于获取第二检测原始信号，所述第一、第二检测原始信号经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号；
所述修正运算为H=K·h+Δh；其中，H为修正测量值，h为实际测量值，K为修正系数，Δh为修正常量。
进一步地，所述第一检测原始信号修正运算的修正系数K1=（hb-hc）/（hb1-hc1），修正常量Δh1=ha1+hb-ha-（hb-hc）·hb1/（hb1-hc1）；
其中，当所述升降机构分别定位于a、b、c位置时，将基板放置于吸附平台时，当前所述第一传感器读数分别为ha1、hb1和hc1；移走所述基板，当前所述第一传感器读数分别为ha、hb和hc；
所述第二检测原始信号修正运算的修正系数K2=（he-hf）/（he1-hf1），修正常量Δh2=hd1+he-hd-（he-hf）·he1/（he1-hf1）；
其中，当所述升降机构分别定位于d、e、f位置时，当前所述第二传感器读数分别为hd1、he1和hf1，当前所述第一传感器读数分别为hd、he和hf。
进一步地，所述运动驱控器通过高度外环控制与位置全闭环级联方式驱动所述升降机构，从而实现打印高度自动定位；其中，
所述系统完成测量位置打印高度检测后，外环控制输入量为打印高度设定值H’和实测高度反馈值H，计算其差值ΔH=H’-H；
外环输出量为打印高度偏差控制变量δk=Kp·(ΔHk-ΔHk-1），其中ΔHk为当前测量偏差值，ΔHk-1为前一次测量偏差值，Kp为比例系数，Kp=0.1·Ks ~ 0.2·Ks，Ks表示位置环PID中的位置比例系数。
本发明第二方面提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法，其特征在于，该方法基于如上所述的打印高度控制系统来执行，并且包括下列步骤：
S1标定位置打印高度检测：
将基板放置于吸附平台且延伸至所述第二传感器检测范围内，所述基板下表面与吸附平台重合，读取标定传感器检测值h1；
移走所述基板，将所述喷嘴相对于第二传感器沿X-Y平面方向移动，以使所述喷嘴在所述第二传感器检测范围内，所述升降机构定位至标定高度pos1，记录当前位置的第二传感器检测值h2；
计算喷嘴至吸附平台高度：h=h2-h1；
S2测量位置打印高度标零：
所述吸附平台上未放置基板，将所述喷嘴相对于第一传感器沿X-Y平面方向移动，以使第一传感器激光照射在吸附台面上，升降机构定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器检测值H1；
构建喷嘴、第一传感器、第二传感器、吸附平面与升降机构的高度关系：设定当喷嘴高度为0时，第一传感器读数为H1-h-pos1-pos2；
S3测量位置打印高度检测：
将待打印基板放置于吸附平台且延伸至所述第二传感器检测范围内，将所述喷嘴相对于第二传感器沿X-Y取向平移至S2中测量位置，所述升降机构保持定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器检测值H2；
读取第一传感器数值H=H2-(H1-h-pos1-pos2)，在所述升降机构定位至设定打印高度过程中，第一传感器实时检测值H作为实测高度反馈值输入至所述运动驱控器参与高度外环控制；
S4执行打印高度定位：
令打印高度设定值为H’，所述运动驱控器开启外环级联控制，所述升降机构从S3中测量高度pos2定位至设定打印高度位置，完成定位后所述运动驱控器关闭外环级联控制，位置闭环控制升降机构保持在打印高度位置。
本发明第三方面提供一种用于印刷显示技术的打印机，包括如上所述的打印高度控制系统。
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、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，通过两种传感器合理布置，实现了喷头喷嘴、基板的无接触式测量和未知基板厚度下的自适应测量方法，提高了系统的自动化程度，减少人工干预产生的误差；
2、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，同时对多种检测对象的测量值进行修正，减小因检测对象颜色、材质和表面状态差异不同造成的测量误差；
3、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，采用外环级联控制的打印高度定位方法，根据检测传感器实时高度反馈实现打印高度自动精确定位；
4、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，采用打印高度在线标定方法，以工作基板作为标定中间介质，无需其他辅助仪器，操作简单、快速、可靠；
5、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，采用喷头喷嘴面与基板吸附面水平状态检测与调整方法，通过检测传感器单独测量两个面的二维距离分布，基于以上实时数据分别调整单个面水平状态，达到喷头喷嘴面与基板吸附面平行度在合理范围，实现打印高度在运动打印过程中的一致性，有效减小墨滴定位偏差；
6、本发明提出的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，通过设定喷头喷嘴安全打印高度，利用防撞处理及预警机制，有效实现喷头喷嘴防撞保护，节省生产成本。
附图说明
图1是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统的结构示意图；
图2是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统的多种检测对象的测量值修正原理示意图；
图3是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统的打印高度定位控制原理示意图；
图4是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法的流程示意图；
图5是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法的标定位置打印高度检测示意图；
图6是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法的测量位置打印高度标零示意图；
图7是按照本发明实现的一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法的喷嘴防撞流程图；
图中：喷头升降模块-10，基板固定模块-20，运动驱动器-30，传感器控制器-40，第二传感器-50，第一传感器-60。
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。
需要说明的是，本发明涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述或图示的那些以外的顺序实施。
需要说明的是，本发明涉及的函数方程中符号“·”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相乘，“/”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相除，本发明中所有函数方程遵循数学的加减乘除运算法则。
如图1所示，本发明提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统，用于面板基板的喷墨打印，其特征在于，包括：喷头升降模块10、基板固定模块20、第一传感器60、第二传感器50、传感器控制器40和运动驱控器30；喷头升降模块10包括喷头、喷头装夹装置和升降机构；喷头下端设置有喷嘴，喷头装夹装置用于固定喷头，升降机构与喷头装夹装置连接用于带动喷头及喷头装夹装置执行升降运动，从而进行打印高度的定位；基板固定模块20设置于喷头升降模块10下方，其包括吸附平台；吸附平台用于吸附固定基板；喷头相对于吸附平台具备X轴、Y轴、Z轴三个直线方向运动自由度；第一传感器60、第二传感器50用于检测喷嘴至基板之间的实时距离，以及喷嘴和吸附平台的水平安装状态；第一传感器60设置于喷头升降模块10的侧方且靠近喷嘴，其中，第一传感器60由上至下发射传感信号经吸附平台平面和基板上表面，并生成第一检测原始信号；第二传感器50设置于吸附平台的侧方，随吸附平台沿X轴直线方向执行打印扫描运动；其中，第二传感器50由下至上发射传感信号经喷嘴表面和基板下表面，并生成第二检测原始信号；传感器控制器40用于获取第一、第二检测原始信号，并经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号，发送至运动驱控器30；运动驱控器30用于获取并处理标准电压信号，进行运算并构建喷嘴、第一传感器60、第二传感器50、吸附平面与升降机构的高度关系，从而对升降机构进行全闭环控制和驱动。
进一步地，第一传感器60、第二传感器50均为激光位移传感器，以特定倾角安装，激光正入射检测对象；第一传感器60由上至下发射激光于吸附平台和基板表面，升降机构定位至打印高度测量位置时，第一传感器60的检测范围覆盖最大基板厚度；第二传感器50由下至上发射激光于喷嘴表面和基板下表面，升降机构定位至打印高度标定位置时，第二传感器50的检测范围覆盖喷嘴表面和基板下表面。
进一步地，第一传感器60、第二传感器50的量程范围为－L ~＋L，L>(dmax+Hmax)/2；其中，dmax为基板最大厚度，Hmax为系统允许最大打印高度。
进一步地，第一传感器60检测吸附平台的水平安装状态；其中，第一传感器60相对于吸附平台沿X-Y平面方向移动，并对吸附平台扫描，生成沿X-Y平面方向上的第一高度检测数据，根据第一高度检测数据的变化趋势调整吸附平台的水平安装状态；第二传感器50检测喷嘴的水平安装状态；其中，第二传感器50相对于喷头沿X-Y平面方向移动，并对喷嘴表面扫描，生成沿X-Y平面方向上的第二高度检测数据，根据第二高度检测数据变化趋势调整喷头装夹装置，从而调整喷嘴的水平安装状态。
进一步地，系统进行标定位置打印高度检测时，升降机构定位于标定位置，第二传感器50分别检测基板下表面和喷嘴表面，运动驱控器30计算获取喷嘴至吸附平台高度；系统进行测量位置打印高度标零时，升降机构定位于测量位置，第一传感器60分别检测吸附台面，运动驱控器30构建喷嘴、第一传感器60、第二传感器50、吸附平面与升降机构的高度关系；系统进行测量位置打印高度检测时，升降机构定位于测量位置，待打印基板放置于吸附平台上，第一传感器60检测出喷嘴至待打印基板表面的距离，运动驱控器30基于喷嘴、第一传感器60、第二传感器50、吸附平面与升降机构的高度关系获取当前打印高度。
如图2所示，在本发明中，传感器控制器40设置有第一通道和第二通道，第一通道用于获取第一检测原始信号，第二通道用于获取第二检测原始信号，第一、第二检测原始信号经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号；修正运算为H=K·h+Δh；该修正运算针对第一检测原始信号和第二检测原始信号进行修正，其中H为修正测量值，h为实际测量值，K为修正系数，Δh为修正常量，即分别针对基板和喷嘴为检测对象的第一、第二传感器的读数进行修正，具体修正参数计算推导如下：
（1）对于基板检测而言，即对第一检测原始信号修正，第一传感器60由上至下发射传感信号经吸附平台平面和基板上表面，并生成第一检测原始信号，其修正方程建立过程为：升降机构定位于a位置时，吸附平台放置基板和未放置基板时，测量传感器（第一传感器60）读数分别为ha1和ha；升降机构b位置时，两种状态读数为hb1和hb；升降机构c位置时，两种状态读数为hc1和hc，，由以下公式求解基板检测修正值：
K=（hb-hc）/（hb1-hc1）
Δh=ha1+hb-ha-（hb-hc）·hb1/（hb1-hc1）
（2）对于喷嘴检测而言，即对第二检测原始信号修正，第二传感器50由下至上发射传感信号经喷嘴表面和基板下表面，并生成第二检测原始信号，其修正方程建立过程为：升降机构定位于d位置时，标定传感器（第二传感器50）检测喷嘴读数为hd1，测量传感器（第一传感器60）检测吸附平台吸附平台读数为hd；升降机构定位于e位置时，两种状态读数为he1和he；升降机构f位置时，两种状态读数为hf1和hf，，由以下公式求解喷嘴检测修正值：
K=（he-hf）/（he1-hf1）
Δh=hd1+he-hd-（he-hf）·he1/（he1-hf1）
以上升降机构a、b、c位置和d、e、f位置分别满足激光传感器量程最大值、中间值和最小值附近，修正位置覆盖激光传感器全量程。
如图3所示，在本发明中，运动驱控器30通过高度外环控制与位置全闭环级联方式驱动升降机构，从而实现打印高度自动定位；其中，系统完成测量位置打印高度检测后，外环控制输入量为打印高度设定值H’和实测高度反馈值H，计算其差值ΔH=H’-H；外环输出的测量偏差的差值经过PID比例运算放大输出打印高度偏差控制变量δk=Kp·(ΔHk-ΔHk-1），参数δk值反映外环在位置闭环控制中的权重比，影响升降机构的定位响应速度，其中ΔHk表示当前测量偏差值，ΔHk-1表示前一次测量偏差值，Kp为比例系数，Kp=0.1Ks ~ 0.2Ks，Ks表示位置环PID中的位置比例系数。
如图4所示，本发明提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法，该方法基于如上述的打印高度控制系统来执行，并且包括下列步骤：
S1标定位置打印高度检测：
将基板放置于吸附平台且延伸至第二传感器50检测范围内，基板下表面与吸附平台重合，读取标定传感器检测值h1；
移走基板，将喷嘴相对于第二传感器50沿X-Y平面方向移动，以使喷嘴在第二传感器50检测范围内，升降机构定位至标定高度pos1，记录当前位置的第二传感器50检测值h2；
计算喷嘴至吸附平台高度：h=h2-h1；
S2测量位置打印高度标零：
吸附平台上未放置基板，将喷嘴相对于第一传感器60沿X-Y平面方向移动，以使第一传感器60激光照射在吸附台面上，升降机构定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器50检测值H1；
构建喷嘴、第一传感器60、第二传感器50、吸附平面与升降机构的高度关系：设定当喷嘴高度为0时，第一传感器60读数为H1-h-pos1-pos2；
S3测量位置打印高度检测：
将待打印基板放置于吸附平台且延伸至第二传感器50检测范围内，将喷嘴相对于第二传感器50沿X-Y取向平移至S2中测量位置，升降机构保持定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器50检测值H2；
读取第一传感器60数值H=H2-(H1-h-pos1-pos2)，在升降机构定位至设定打印高度过程中，第一传感器60实时检测值H作为实测高度反馈值输入至运动驱控器30参与高度外环控制；
S4执行打印高度定位：
令打印高度设定值为H’，运动驱控器30开启外环级联控制，升降机构从S3中测量高度pos2定位至设定打印高度位置，完成定位后运动驱控器30关闭外环级联控制，位置闭环控制升降机构保持在打印高度位置。
本发明提供了一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统及方法，通过构建打印高度控制系统，特别是进行标定传感器和测量传感器两种传感器的结合布置，对多种检测对象的测量值修正方法构建高度或者位置关系，以及升降机构高精度定位控制，更好地实现无接触式自适应打印高度定位控制，以下以一种具体的用于印刷显示技术的打印高度控制系统为例说明本发明。
本发明一具体的实施例提供一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统，如图1所示，其构成包括六个部分，包括：喷头升降模块10、基板固定模块20、第一传感器60、第二传感器50、传感器控制器40和运动驱控器30；其中，第一传感器60为测量传感器，第二传感器50为标定传感器。
进一步地，喷头升降模块10包括喷头、喷头装夹装置和升降机构，其中喷头装夹装置用于固定喷头。基板固定模块20包括基板和吸附平台，其中基板为参考和待打印对象，打印工作时其吸附于吸附平台上，喷头相对于吸附平台具备X/Y/Z三个直线运动自由度运动。运动驱控器30用于升降机构全闭环控制和驱动，同时处理传感器信号，构建运算模型和自动化流程控制；传感器控制器40用于收集处理标定传感器（第二传感器50）和测量传感器（第一传感器60）检测原始信号，原始信号经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号，提供给运动驱控器30。
更进一步地，位置全闭环控制中，位置反馈元件直接测量的运动终端变化，区别于半闭环和开环控制，半闭环控制中位置反馈元件采用电机编码器，测量值会引入传动系统误差，开环控制无反馈元件。本系统中反馈元件为光栅，另外引入了激光位移传感器，直接测量位置和高度变化。
进一步地，标定传感器（第二传感器50）用于标定升降机构特定测量位置时喷嘴与吸附平台之间绝对距离，同时用于检测喷嘴安装水平状态；标定传感器（第二传感器50）和测量传感器（第一传感器60）用于检测喷嘴至待打印基板之间实时距离，同时用于检测吸附平台安装水平状态。标定传感器（第二传感器50）和测量传感器（第一传感器60）均采用激光位移传感器，特定倾角安装，激光正入射检测对象，其中标定传感器（第二传感器50）固定于吸附平台侧方,与吸附平台一起X向打印扫描运动，标定传感器（第二传感器50）由下至上发射激光检测喷嘴表面和基板下表面，升降机构在打印高度标定位置时，标定传感器（第二传感器50）检量范围覆盖喷嘴与基板下表面；测量传感器（第一传感器60）安装于升降机构上，由上至下发射激光检测吸附平台以及吸附平台上的基板，升降机构在打印高度测量位置时，测量传感器（第一传感器60）检测范围覆盖工艺要求的最大基板厚度。
进一步地，激光位移传感器精度、量程、安装和检测位置会直接影响打印高度测量精度，当基板最大厚度dmax，工艺要求工艺允许最大打印高度Hmax，激光位移传感器量程范围为－L ~＋L时，激光传感器量程满足L>(dmax+Hmax)/2。当dmax=2mm，Hmax=2mm，基板优选选择量程2<L<3.5，满足精度要求前提下预留安全范围，优选地，激光位移传感器量程 3mm,标定传感器（第二传感器50）测量位置满足，喷嘴至吸附平台面1mm时，标定传感器（第二传感器50）检测喷嘴测距值为1~2mm，测量传感器（第一传感器60）测量位置满足，喷嘴至吸附平台面1mm时，测量传感器（第一传感器60）检测吸附平台测距值-2~1mm。
进一步地，系统进行标定位置打印高度检测前，喷嘴与基板吸附平台平行度需要校准。标定传感器（第二传感器50）检测喷嘴安装水平状态，标定传感器（第二传感器50）相对于喷头沿X-Y平面方向移动，并对喷嘴表面扫描，生成沿X-Y平面方向上的第二高度检测数据，根据第二高度检测数据变化趋势调整喷头装夹装置，从而调整喷嘴的水平安装状态；同理，测量传感器（第一传感器60）检测吸附平台水平状态，测量传感器（第一传感器60）相对于吸附平台沿X-Y平面方向移动，并对吸附平台扫描，生成沿X-Y平面方向上的第一高度检测数据，根据第一高度检测数据的变化趋势调整吸附平台的水平安装状态。
图2是为按照本发明实施方式实现的多种检测对象间的测量值修正方法示意图。传感器控制器为两通道分别收集标定传感器（第二传感器50）和测量传感器（第一传感器60）采集信号，传感器控制器40设置有第一通道和第二通道，第一通道用于获取第一检测原始信号，第二通道用于获取第二检测原始信号，第一、第二检测原始信号经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号；采集信号经过信号处理、转换公式，输出修正后的测量值传给运动控制器，其中转换公式的选择由运动控制器根据检测对象程序判断，并发指令给传感器控制器。其中吸附平台吸附平台作为标准对象检测摸板，信号处理后直接传送原始测量值，检测对象为基板或喷嘴时，传送的测量值为转换公式求解的修正值。建立分别以基板和喷嘴为检测对象的修正方程，其表达式为H=K·h+Δh，其中，H是基板或喷嘴为检测对象时的测量修正值，h是基板或喷嘴为检测对象时的实测值，K是修正系数，Δh是修正常量。该修正运算针对第一检测原始信号和第二检测原始信号进行修正，即分别针对基板和喷嘴为检测对象的第一、第二传感器的读数进行修正，具体修正参数推导如下：
进一步地，对于基板检测而言，即对第一检测原始信号修正，第一传感器60由上至下发射传感信号经吸附平台平面和基板上表面，并生成第一检测原始信号，其修正方程建立过程为：升降机构定位于a位置时，吸附平台放置基板和未放置基板时，测量传感器（第一传感器60）读数分别为ha1和ha；升降机构b位置时，两种状态读数为hb1和hb；升降机构c位置时，两种状态读数为hc1和hc，，由以下公式求解基板检测修正值：
K1=（hb-hc）/（hb1-hc1）
Δh1=ha1+hb-ha-（hb-hc）·hb1/（hb1-hc1）
进一步地，对于喷嘴检测而言，即对第二检测原始信号修正，第二传感器50由下至上发射传感信号经喷嘴表面和基板下表面，并生成第二检测原始信号，其修正方程建立过程为：升降机构定位于d位置时，标定传感器（第二传感器50）检测喷嘴读数为hd1，测量传感器（第一传感器60）检测吸附平台吸附平台读数为hd；升降机构定位于e位置时，两种状态读数为he1和he；升降机构f位置时，两种状态读数为hf1和hf，，由以下公式求解喷嘴检测修正值：
K2=（he-hf）/（he1-hf1）
Δh2=hd1+he-hd-（he-hf）·he1/（he1-hf1）
以上升降机构a、b、c位置和d、e、f位置分别满足激光传感器量程最大值、中间值和最小值附近，修正位置覆盖激光传感器全量程。
图3为按照本发明实施方式实现的打印高度定位控制原理示意图，升降机构在位置闭环基础上，引入高度外环控制，外环输出控制量作为位置环其中一个偏差量参与位置闭环控制，通过外环与位置全闭环级联方式实现设定打印高度自动定位，该级联方式只在测量位置检测完成后生效，升降机构定位于设定打印高度后终止，通过运动驱控器内部级联开关控制；外环控制输入量为打印高度设定值H’和实测高度反馈值H，其差值ΔH=H’-H，外环输出的测量偏差的差值经过比例运算放大输出打印高度偏差控制变量δk=Kp·(ΔHk-ΔHk-1），参数δk值反映外环在位置闭环控制中的权重比，影响升降机构的定位响应速度，其中ΔHk表示当前测量偏差值，ΔHk-1表示前一次测量偏差值，Kp为比例系数，Kp=0.1Ks ~0.2Ks，Ks表示位置环PID中的位置比例系数。
进一步的，激光干涉仪校准升降机构工作行程，在测量位置时，运动驱控器位置输入值为POS2，经动态误差补偿表映射，与位置反馈值P和外环输出的打印高度偏差控制变量δk共同作为位置环PID控制输入控制量。
图4为按照本发明实施例实现的打印高度控制方法流程图，分为四个步骤：
第一步骤，标定位置打印高度检测：
如图5，基板放置于吸附平台，且延伸至标定传感器（第二传感器50）检测范围内，此时基板下表面与吸附平台重合，读取标定传感器（第二传感器50）检测值h1，移走基板，喷嘴相对于标定传感器（第二传感器50）XY向平移，使喷嘴在标定传感器（第二传感器50）检测范围内，升降机构定位至标定高度POS1，记录该位置下标定传感器（第二传感器50）检测值h2，此时，在标定高度时，喷嘴至吸附平台高度为h=h2-h1；
第二步骤，测量位置打印高度标零：
如图6，吸附平台上未放置基板，喷嘴相对于吸附平台XY向平移，使测量传感器（第一传感器60）激光照射在吸附台面上，升降机构定位至测量高度pos2，记录该测量值H1，建立以下关系模型：当喷嘴高度为0时，测量传感器（第一传感器60）读数为H1-h-pos1-pos2；
第三步骤，测量位置打印高度测量：
吸附平台工作区域放置待打印基板，吸附平台和喷嘴XY向移动至步骤二中测量位置，升降机构保持在测量高度，读取测量传感器（第一传感器60）数值H2，由步骤二关系模型得此时打印高度为H=H2-(H1-h-pos1-pos2)，在升降机构定位至设定打印高度过程中，测量传感器（第一传感器60）实时检测值H作为高度反馈参与外环控制；
第四步骤，执行打印高度定位：
设定打印高度为H’，外环级联控制开启，升降机构从步骤三中测量高度定位至设定打印高度位置，完成定位后关闭外环级联，位置闭环控制升降机构保持在打印高度位置。
图7显示按照本发明优选实施方式的喷嘴防撞流程图，通过喷嘴安全打印高度设定，利用关系模型计算升降机构最大行程；分为两种情况，第一种情况，在自动打印状态时，打印高度设定框禁止输入大于安全高度数值，从输入端规避误操作；第二种情况，在手动或者调试状态时，PLC程序（数字运算操作的电子系统）中循环检测和判断升降机构位置，大于安全打印高度对应阈值，系统报警且进禁能升降机构运动。
本发明实施例还提供了一种可读存储介质，其上存储有运算程序，该运算程序可被处理执行，以使实现用于印刷显示技术的打印高度控制方法。
应当理解，本发明的方法、结构图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于印刷显示技术的打印高度控制系统，用于面板基板的喷墨打印，其特征在于，包括：喷头升降模块（10）、基板固定模块（20）、第一传感器（60）、第二传感器（50）、传感器控制器（40）和运动驱控器（30）；
所述喷头升降模块（10）包括喷头、喷头装夹装置和升降机构；喷头下端设置有喷嘴，喷头装夹装置用于固定喷头，升降机构与喷头装夹装置连接用于带动喷头及喷头装夹装置执行升降运动，从而进行打印高度的定位；
所述基板固定模块（20）设置于喷头升降模块（10）下方，其包括吸附平台；吸附平台用于吸附固定基板；所述喷头相对于吸附平台具备X轴、Y轴、Z轴三个直线方向运动自由度；
所述第一传感器（60）、第二传感器（50）用于检测喷嘴至基板之间的实时距离，以及喷嘴和吸附平台的水平安装状态；所述第一传感器（60）设置于喷头升降模块（10）的侧方且靠近喷嘴，其中，所述第一传感器（60）由上至下发射传感信号经吸附平台平面和基板上表面，并生成第一检测原始信号；所述第二传感器（50）设置于吸附平台的侧方，随吸附平台沿X轴直线方向执行打印扫描运动；其中，所述第二传感器（50）由下至上发射传感信号经喷嘴表面和基板下表面，并生成第二检测原始信号；
所述传感器控制器（40）用于获取第一、第二检测原始信号，并经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号，发送至所述运动驱控器（30）；
所述运动驱控器（30）用于获取并处理标准电压信号，进行运算并构建喷嘴、第一传感器（60）、第二传感器（50）、吸附平面与升降机构的高度关系，从而对所述升降机构进行全闭环控制和驱动；
其中，所述系统进行标定位置打印高度检测时，所述升降机构定位于标定位置，第二传感器（50）分别检测基板下表面和喷嘴表面，所述运动驱控器（30）计算获取喷嘴至吸附平台高度；其中，所述系统进行测量位置打印高度标零时，所述升降机构定位于测量位置，第一传感器（60）分别检测吸附台面，所述运动驱控器（30）构建喷嘴、第一传感器（60）、第二传感器（50）、吸附平面与升降机构的高度关系。
2.根据权利要求1所述的打印高度控制系统，其特征在于，所述第一传感器（60）、第二传感器（50）均为激光位移传感器，以特定倾角安装，激光正入射检测对象；
所述第一传感器（60）由上至下发射激光于吸附平台和基板表面，所述升降机构定位至打印高度测量位置时，第一传感器（60）的检测范围覆盖最大基板厚度；
所述第二传感器（50）由下至上发射激光于喷嘴表面和基板下表面，所述升降机构定位至打印高度标定位置时，第二传感器（50）的检测范围覆盖喷嘴表面和基板下表面。
3.根据权利要求2所述的打印高度控制系统，其特征在于所述第一传感器（60）、第二传感器（50）的量程范围为－L ~＋L，L>(dmax+Hmax)/2；
其中，dmax为基板最大厚度，Hmax为系统允许最大打印高度。
4.根据权利要求1所述的打印高度控制系统，其特征在于，
所述第一传感器（60）检测所述吸附平台的水平安装状态；其中，所述第一传感器（60）相对于所述吸附平台沿X-Y平面方向移动，并对所述吸附平台扫描，生成沿X-Y平面方向上的第一高度检测数据，根据所述第一高度检测数据的变化趋势调整所述吸附平台的水平安装状态；
所述第二传感器（50）检测所述喷嘴的水平安装状态；其中，所述第二传感器（50）相对于所述喷头沿X-Y平面方向移动，并对所述喷嘴表面扫描，生成沿X-Y平面方向上的第二高度检测数据，根据所述第二高度检测数据变化趋势调整所述喷头装夹装置，从而调整所述喷嘴的水平安装状态。
5.根据权利要求1所述的打印高度控制系统，其特征在于，
所述系统进行测量位置打印高度检测时，所述升降机构定位于测量位置，待打印基板放置于吸附平台上，所述第一传感器（60）检测出喷嘴至所述待打印基板表面的距离，所述运动驱控器（30）基于喷嘴、第一传感器（60）、第二传感器（50）、吸附平面与升降机构的高度关系获取当前打印高度。
6.根据权利要求5所述的打印高度控制系统，其特征在于，所述传感器控制器（40）设置有第一通道和第二通道，所述第一通道用于获取第一检测原始信号，所述第二通道用于获取第二检测原始信号，所述第一、第二检测原始信号经信号处理和修正运算后转化为标准电压信号；
所述修正运算为H=K·h+Δh；其中，H为修正测量值，h为实际测量值，K为修正系数，Δh为修正常量。
7.根据权利要求6所述的打印高度控制系统，其特征在于，
所述第一检测原始信号修正运算的修正系数K1=（hb-hc）/（hb1-hc1），修正常量Δh1=ha1+hb-ha-（hb-hc）·hb1/（hb1-hc1）；
其中，当所述升降机构分别定位于a、b、c位置时，将基板放置于吸附平台时，当前所述第一传感器（60）读数分别为ha1、hb1和hc1；移走所述基板，当前所述第一传感器（60）读数分别为ha、hb和hc；
所述第二检测原始信号修正运算的修正系数K2=（he-hf）/（he1-hf1），修正常量Δh2=hd1+he-hd-（he-hf）·he1/（he1-hf1）；
其中，当所述升降机构分别定位于d、e、f位置时，当前所述第二传感器（50）读数分别为hd1、he1和hf1，当前所述第一传感器（60）读数分别为hd、he和hf。
8.根据权利要求1所述的打印高度控制系统，其特征在于，所述运动驱控器（30）通过高度外环控制与位置全闭环级联方式驱动所述升降机构，从而实现打印高度自动定位；其中，
所述系统完成测量位置打印高度检测后，外环控制输入量为打印高度设定值H’和实测高度反馈值H，计算其差值ΔH=H’-H；
外环输出量为打印高度偏差控制变量δk=Kp·(ΔHk-ΔHk-1），其中ΔHk为当前测量偏差值，ΔHk-1为前一次测量偏差值，Kp为比例系数，Kp=0.1·Ks ~ 0.2·Ks，Ks表示位置环PID中的位置比例系数。
9.一种用于印刷显示技术的打印高度控制方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1~8任意一项所述的打印高度控制系统来执行，并且包括下列步骤：
S1标定位置打印高度检测：
将基板放置于吸附平台且延伸至所述第二传感器（50）检测范围内，所述基板下表面与吸附平台重合，读取标定传感器检测值h1；
移走所述基板，将所述喷嘴相对于第二传感器（50）沿X-Y平面方向移动，以使所述喷嘴在所述第二传感器（50）检测范围内，所述升降机构定位至标定高度pos1，记录当前位置的第二传感器（50）检测值h2；
计算喷嘴至吸附平台高度：h=h2-h1；
S2测量位置打印高度标零：
所述吸附平台上未放置基板，将所述喷嘴相对于第一传感器（60）沿X-Y平面方向移动，以使第一传感器（60）激光照射在吸附台面上，升降机构定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器（50）检测值H1；
构建喷嘴、第一传感器（60）、第二传感器（50）、吸附平面与升降机构的高度关系：设定当喷嘴高度为0时，第一传感器（60）读数为H1-h-pos1-pos2；
S3测量位置打印高度检测：
将待打印基板放置于吸附平台且延伸至所述第二传感器（50）检测范围内，将所述喷嘴相对于第二传感器（50）沿X-Y取向平移至S2中测量位置，所述升降机构保持定位至测量高度pos2，记录当前位置的第二传感器（50）检测值H2；
读取第一传感器（60）数值H=H2-(H1-h-pos1-pos2)，在所述升降机构定位至设定打印高度过程中，第一传感器（60）实时检测值H作为实测高度反馈值输入至所述运动驱控器（30）参与高度外环控制；
S4执行打印高度定位：
令打印高度设定值为H’，所述运动驱控器（30）开启外环级联控制，所述升降机构从S3中测量高度pos2定位至设定打印高度位置，完成定位后所述运动驱控器（30）关闭外环级联控制，位置闭环控制升降机构保持在打印高度位置。
10.一种用于印刷显示技术的打印机，其特征在于，包括如权利要求1~8任一项所述的打印高度控制系统。
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