CN114393925A - 用于喷墨打印的墨滴观测系统、观测系统及调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于喷墨打印的墨滴观测系统、观测系统及调控方法，其包括爆闪光源、爆闪光源控制器、同步触发器、CCD相机及上位机；爆闪光源控制器与所述爆闪光源电连接，用于控制所述爆闪光源的点亮和熄灭；同步触发器分别与所述爆闪光源控制器和所述CCD相机信号交互，并用于同时触发喷墨和图像采集；CCD相机用于采集墨滴图像；上位机与所述CCD相机通信连接对所述墨滴图像进行参数计算：从而提供一种科学的可靠的应用墨滴观测仪观测墨滴的状态、进而调整胶水喷涂效果的系统及方法。本发明的观测系统及观测方法获取的结果为定量测量，数据准确可靠，而且成本经济节约，缩短调试时间从而减少胶水材料浪费，提升工艺的参数的可量化性及可再现性。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨打印技术领域，特别是一种用于喷墨打印的墨滴观测系统及其对应的观测方法和调控方法。
背景技术
随着科学技术水平的飞速发展，3C产业(电脑Computer、通讯Communication和消费性电子Consumer Electronic)和面板和半导体行业的在不断的探索创新，尤其面板显示领域，各龙头厂家在百花齐放，更新工艺，优化显示效果、减少能耗、提高质量。
光学胶贴合是面板显示领域的核心制程工序，该工序的核心设备喷墨涂胶仪器，其在喷涂过程中喷头喷出的墨滴(胶水滴)的状态是影响面板贴合质量的关键因素之一，而墨滴的状态则由以下特征决定：墨滴的体积、速度、角度、直径、垂直度等，调试出与材料、设备相合适的墨滴参数，可以使喷涂出的胶更加均匀，不同梯度的胶层过渡处更加平滑，减少喷涂的溢胶、缺胶、气泡的不良品产生，因此在喷涂前对墨滴的状态观测是非常关键的一个环节。
目前大部分对于喷墨打印的效果好坏的判定的方法，是采取一定数量的胶水，在样品或者纸张上进行多次打印，重复微调其喷头参数，缓慢、繁琐的实现打印的期望效果，如：厚度、密度、直线度等。采用该调整方法，一方面在调整工艺上只能通过多次的测试经验来实现打印效果，周期较长，难以获得定量准确的数据；另一方面所需的时间和材料成本也会比较高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种用于喷墨打印的墨滴观测系统、观测系统及调控方法，旨在于解决现有的多次打印、重复微调的实验方法观测和调控墨滴的无法定量检测问题、效率低下问题，提高墨滴观测的准确率和效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其包括：
爆闪光源，用于对墨滴轮廓提供背光光场；
爆闪光源控制器，与所述爆闪光源电连接，用于控制所述爆闪光源的点亮和熄灭；
同步触发器，分别与所述爆闪光源控制器和所述CCD相机信号交互，并用于同时触发喷墨和图像采集；
CCD相机，用于采集墨滴图像；所述墨滴图像是由所述爆闪光源背光投射得到的墨滴二维影像；
上位机，与所述CCD相机通信连接，用于获取所述墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
本发明通过同步触发器同步控制喷墨和图像采集，从而能够及时采集墨滴的形态参数和运动参数，提高观测结果的可靠性和准确性，为喷头的工艺调整提供量化的准确的参数依据。
优选的，所述形态参数包括墨滴的面积S、高度H、最大宽度W，计算步骤包括：
对所述墨滴图像的ROI特征的图像分割，得到墨滴区域；
通过blob分析工具计算所述墨滴区域的面积S；
利用最小外接矩形的方式计算所述墨滴的高度H及投影方向的最大宽度W。
进一步的，所述形态参数包括墨滴的体积V，其计算步骤包括：
以所述投影方向的最大宽度W作为所述墨滴的俯视方向的直径；
将所述墨滴沿喷射方向分割为n个高度均为Δh的离散区域；
将所述墨滴沿投影方向分割为i个直径为Wi的圆形，i＝1,2,3……N；
根据所述高度Δh和直径Wi进行积分计算，得到墨滴的体积；
所述积分计算的公式为：
采用本发明的图像处理算法和分析算法，能够减小计算量，提高计算效率。
优选的，所述运动参数包括墨滴的平均速度、瞬时速度，其计算步骤包括：
CCD相机进行两次图像采集的时间间隔Δt内，墨滴位置由A点(Ax,Ay)运动到B点(Bx,By)，则墨滴的平均速度S的计算公式为：
当图像采集的间隔时间Δt趋近于0时，则墨滴的瞬时速度的计算公式为：
进一步的，所述运动参数还包括测量墨滴的喷射角度和垂直度，根据所述喷射角度、垂直度及平均速度，计算墨滴的运动趋势和运动路径。
本发明通过形态参数和运动参数的结合，能够更准确的预测喷墨打印效果，从而能够更精准的调整和控制打印工艺。
优选的，所述同步触发器触发喷墨信号时，同步向所述CCD相机发送图像采集信号，以及同步向所述爆闪光源控制器发送点亮信号；所述爆闪光源控制器根据所述点亮信号在1us～100us间点亮所述爆闪光源。
本发明在触发喷墨信号时，还同步触发图像采集信号和爆闪光源点亮信号，并进一步控制爆闪光源的瞬间点亮，从而精准控制喷墨、图像采集、背光辅助照明之间的时机关系，提高观测结果的可靠性和准确性。
优选的，所述CCD相机与所述爆闪光源的安装位置低于喷头的位置，且所述CCD相机与所述爆闪光源分别设置在所述墨滴的喷射路径的两侧，所述爆闪光源控制器与所述同步触发器均设置于所述爆闪光源的同侧。
在所述观测系统的基础上，本发明还提供一种用于喷墨打印的墨滴观测方法，其包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
在所述观测系统的基础上，本发明还提供一种用于喷墨打印的墨滴调控方法，其包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数；
根据所述形态参数和所述运动参数调整喷头的工艺参数。
优选的，将所述喷头的工艺参数与对应的产品参数进行匹配和存储；根据待打印的产品参数，调用已存储的相同或近似的产品参数所对应的喷头的工艺参数进行喷墨打印。
本发明的墨滴观测系统，在于提供一种科学的可靠的应用墨滴观测仪观测墨滴的状态，进而调整胶水喷涂效果的系统及方法。本发明的观测系统及观测方法获取的结果为定量测量，数据准确可靠，而且成本经济节约，缩短调试时间从而减少胶水材料浪费，提升工艺的参数的可量化性及可再现性。
因此，本发明墨滴观测系统具有以下有益效果：
(1)本发明的墨滴观测系统基于墨滴图像的采集、处理，以及独特的分析、计算的方法，能够更直观也更科学的根据胶滴的形态去检测评定喷胶喷头的工作状态；
(2)本发明的观测结果，对于不同产品的工艺调整提供可量化数据，能够快速实现量产，提高生产效率；
(3)本发明的观测方法和调控方法，能够协助喷墨打印设备实现不同工艺参数的快速切换，减少设备的调整时间及试打成本；
(4)本发明的观测系统，能够协助喷墨打印设备在打印前的全自动喷头工作状态及参数检测，降低不良成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明墨滴观测系统的CCD相机拍摄的墨滴图像示意图；
图2为图1的墨滴图像经分割处理得到的墨滴区域示意图；
图3为图2墨滴的正视图(沿墨滴喷射方向分割为n个高度均为Δh的离散区域)；
图4为图2墨滴的俯视图(沿墨滴投影方向分割为i个直径为Wi的圆形)。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所述墨滴，也称胶滴或胶水滴；所述喷墨，也称喷胶；所述墨或胶，是指面板显示领域的贴合制程所用的OCA(Optically Clear Adhesive)光学胶，该OCA光学胶是用于胶结透明光学元件的特种粘胶剂，具有胶结强度良好、可在室温或中温下固化、且固化收缩小等特点。
本发明的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其包括：
爆闪光源，用于对墨滴轮廓提供背光光场；
爆闪光源控制器，与所述爆闪光源电连接，用于控制所述爆闪光源的点亮和熄灭；
同步触发器，分别与所述爆闪光源控制器和所述CCD相机信号交互，并用于同时触发喷墨和图像采集；
CCD相机，用于采集墨滴图像；如图1所示，所述墨滴图像是由所述爆闪光源背光投射得到的墨滴二维影像；
上位机，与所述CCD相机通信连接，用于获取所述墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
本发明的所述爆闪光源能够被瞬间点亮并熄灭的高亮度LED光源，所述爆闪光源控制器能够支持瞬间点亮所述爆闪光源，所述CCD相机能够支持硬触发、软触发以及自由运行模式的高速高帧率global shutter CMOS工业相机，所述同步触发器为能够同时触发喷头喷墨和图像采集的高速光耦同步信号触发器。本发明通过同步触发器同步控制喷墨和图像采集，从而能够及时采集墨滴的形态参数和运动参数，提高观测结果的可靠性和准确性，为喷头的工艺调整提供量化的准确的参数依据。
本发明的观测系统工作时，首先将爆闪光源安装在喷墨打印机的喷头的一侧，将同步触发器和CCD相机安装在喷头的另一侧，同步触发器分别与CCD相机和爆闪光源控制器信号交互，该爆闪光源控制器电连接至爆闪光源；优选的，所述CCD相机与所述爆闪光源的安装位置低于喷头的位置，且所述CCD相机与所述爆闪光源分别设置在所述墨滴的喷射路径的两侧，所述爆闪光源控制器与所述同步触发器均设置于所述爆闪光源的同侧。
根据以上关系进行各部件的接线后，调整所述CCD相机、所述爆闪光源与喷头的安装角度；然后打开上位机的观测软件获取CCD相机的实况画面调整喷头高度；并且进行试喷墨，以调整所述CCD相机的曝光及所述爆闪光源的亮度，进而调整至能够获取清晰的墨滴图像。
本实施例中，获取清晰的墨滴图像后，进行CCD相机的标定，并训练墨滴视觉模板，调整图像处理后，开始正式喷墨并获取待观测的墨滴图像，以及计算墨滴的形态参数和运动参数。本实施例所述墨滴的形态参数包括墨滴的面积S、高度H、最大宽度W，计算步骤包括：
对所述墨滴图像的ROI特征的图像分割，得到墨滴区域(如图2所示)；
通过blob分析工具计算所述墨滴区域的面积S；
利用最小外接矩形的方式计算所述墨滴的高度H及投影方向的最大宽度W。
其中，Blob是指图像中的具有相似颜色、纹理等特征所组成的一块连通区域。
本实施例中，所述Blob分析具体包括以下步骤：
二值化处理：将所述墨滴区域图像进行二值化处理，将目标区域的图像特征转换为两个灰度级描述，得到灰度图像；
图像分割：对所述灰度图像进行分割处理，得到目标像素和背景像素；目标像素被赋值为1，背景像素被赋值为0；分割处理技术包括：二元阈值(Binary Thresholding)、空间量化误差(Spatial～mtizationError)、软件二元阈值和像素加权(SoftBinaryThresholding and Pixel Weighting)、相关阈值(Relative Thresholds)、阈值图像(Threshold Image)；
连通性分析：当图像被分割为目标像素和背景像素后，进行连通区域检测，将目标图像聚合为目标像素或斑点的连接体，从而得到Blob块，进而计算所述Blob块的面积S。
所述连通性分析可采用以下分析类型中的任一种：
全图像连通性分析(Whole Image ConnectivityAnalysis)：在全图像连通性分析中，被分割图像的所有的目标像素均被视为构成单一斑点的像素。即使斑点像素彼此并不相连，为了进行Blob分析，它们仍被视为单一的斑点。所有的Blob统计和测量均通过图像中的目标像素进行计算；
连接Blob分析(Connected Blob analysis)：连接Blob分析通过连通性标准，将图像中目标像素聚合为离散的斑点连接体。一般情况下，连接性分析通过连接所有邻近的目标像素构成斑点。不邻近的目标像素则不被视为是斑点的一部分；
标注连通性分析(Labeled Connectivity Analysis)：在机器视觉应用中，由于所进行的图像处理过程不同，可能需对某些已被分割的图像进行Blob分析，而这些图像并未被分割为目标像素和背景像素。例如：图像可能被分为四个不同像素集合，每一集合代表不同的像素值范围，这类分割称为标注连通性分析。当对标注分割的图像进行连通性分析时，将连接所有具有同一标注的图像。标注连通分析不再有目标和背景的概念。
本实施例中，所述形态参数包括墨滴的体积V，其计算步骤包括：
以所述投影方向的最大宽度W作为所述墨滴的俯视方向的直径(由于墨滴在空中呈垂直向下的姿态，因此俯视方向可视为墨滴为直径为W的圆形)；
将所述墨滴沿喷射方向分割为n个高度均为Δh的离散区域(如图3所示)，该离散区域的体积可由高度为Δh、直径为Wi的圆柱体体积拟合得到；
将所述墨滴沿投影方向分割为i个直径为Wi的圆形(如图4所示)，i＝1,2,3……N；所述直径为Wi的圆形是墨滴沿喷射方向的Δh高度位置对应的投影图像所拟合的圆；
根据所述高度Δh和直径Wi进行积分计算，得到墨滴的体积；
所述积分计算的公式为：
采用本发明的图像处理算法和分析算法，能够减小计算量，提高计算效率。
本实施例中，所述运动参数包括墨滴的平均速度、瞬时速度，其计算步骤包括：
CCD相机进行两次图像采集的时间间隔Δt内，墨滴位置由A点(Ax,Ay)运动到B点(Bx,By)，则墨滴的平均速度S的计算公式为：
当图像采集的间隔时间Δt趋近于0时，则墨滴的瞬时速度的计算公式为：
进一步的，所述运动参数还包括测量墨滴的喷射角度和垂直度，根据所述喷射角度、垂直度及平均速度，计算墨滴的运动趋势和运动路径。通过形态参数和运动参数的结合，能够更准确的预测喷墨打印效果，从而能够更精准的调整和控制打印工艺。
本实施例中，所述同步触发器触发喷墨信号时，同步向所述CCD相机发送图像采集信号，以及同步向所述爆闪光源控制器发送点亮信号；所述爆闪光源控制器根据所述点亮信号在1us～100us间点亮所述爆闪光源，从而精准控制喷墨、图像采集、背光辅助照明之间的时机关系，提高观测结果的可靠性和准确性。
在所述观测系统的基础上，本发明还提供一种用于喷墨打印的墨滴观测方法，其包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
在所述观测系统的基础上，本发明还提供一种用于喷墨打印的墨滴调控方法，其包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数；
根据所述形态参数和所述运动参数调整喷头的工艺参数。
优选的，将所述喷头的工艺参数与对应的产品参数进行匹配和存储；根据待打印的产品参数，调用已存储的相同或近似的产品参数所对应的喷头的工艺参数进行喷墨打印。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于观测方法实施例及调控方法实施例，由于其与观测系统实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见观测系统实施例的部分说明即可。
并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于，包括：
爆闪光源，用于对墨滴轮廓提供背光光场；
爆闪光源控制器，与所述爆闪光源电连接，用于控制所述爆闪光源的点亮和熄灭；
同步触发器，分别与所述爆闪光源控制器和所述CCD相机信号交互，并用于同时触发喷墨和图像采集；
CCD相机，用于采集墨滴图像；所述墨滴图像是由所述爆闪光源背光投射得到的墨滴二维影像；
上位机，与所述CCD相机通信连接，用于获取所述墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
2.根据权利要求1所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于，所述形态参数包括墨滴的面积S、高度H、最大宽度W，计算步骤包括：
对所述墨滴图像的ROI特征的图像分割，得到墨滴区域；
通过blob分析工具计算所述墨滴区域的面积S；
利用最小外接矩形的方式计算所述墨滴的高度H及投影方向的最大宽度W。
3.根据权利要求2所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于,所述形态参数包括墨滴的体积V，其计算步骤包括：
以所述投影方向的最大宽度W作为所述墨滴的俯视方向的直径；
将所述墨滴沿喷射方向分割为n个高度均为Δh的离散区域；
将所述墨滴沿投影方向分割为i个直径为Wi的圆形，i＝1,2,3……N；
根据所述高度Δh和直径Wi进行积分计算，得到墨滴的体积；
所述积分计算的公式为：
4.根据权利要求1所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于，所述运动参数包括墨滴的平均速度、瞬时速度，其计算步骤包括：
CCD相机进行两次图像采集的时间间隔Δt内，墨滴位置由A点(Ax,Ay)运动到B点(Bx,By)，则墨滴的平均速度S的计算公式为：
当图像采集的间隔时间Δt趋近于0时，则墨滴的瞬时速度的计算公式为：
5.根据权利要求4所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于：所述运动参数还包括测量墨滴的喷射角度和垂直度，根据所述喷射角度、垂直度及平均速度，计算墨滴的运动趋势和运动路径。
6.根据权利要求1所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于：所述同步触发器触发喷墨信号时，同步向所述CCD相机发送图像采集信号，以及同步向所述爆闪光源控制器发送点亮信号；所述爆闪光源控制器根据所述点亮信号在1us～100us间点亮所述爆闪光源。
7.根据权利要求1所述的一种用于喷墨打印的墨滴观测系统，其特征在于：所述CCD相机与所述爆闪光源的安装位置低于喷头的位置，且所述CCD相机与所述爆闪光源分别设置在所述墨滴的喷射路径的两侧，所述爆闪光源控制器与所述同步触发器均设置于所述爆闪光源的同侧。
8.一种用于喷墨打印的墨滴观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数。
9.一种用于喷墨打印的墨滴调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取墨滴图像，并对所述墨滴图像进行参数计算：
基于单个墨滴图像，通过blob分析工具计算所述墨滴的形态参数；
基于相邻时间采集的两个以上墨滴图像，通过获取墨滴的位置变化和采集的时间间隔，计算所述墨滴的运动参数；
根据所述形态参数和所述运动参数调整喷头的工艺参数。
10.根据权利要求9所述的用于喷墨打印的墨滴调控方法，其特征在于，将所述喷头的工艺参数与对应的产品参数进行匹配和存储；根据待打印的产品参数，调用已存储的相同或近似的产品参数所对应的喷头的工艺参数进行喷墨打印。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115817016A (zh) * | 2023-01-30 | 2023-03-21 | 苏州希盟科技股份有限公司 | 一种喷墨打印状态检测装置及方法 |
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- 2021-12-17 CN CN202111554645.6A patent/CN114393925A/zh active Pending
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