CN114536975A - 一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法及装置，属于喷墨打印误差检测技术领域。方法包括：计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布；根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印；获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔；基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。本发明可检测喷墨打印过程中墨滴落点定位精度，尤其适用于喷墨打印制造高分辨率显示器件领域。

Description

一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法及装置

技术领域

本发明属于喷墨打印误差检测技术领域，更具体地，涉及一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法及装置。

背景技术

喷墨打印技术是新一代的显示面板制造技术，相较于传统的蒸镀工艺，喷墨打印不需要昂贵的掩模版以及苛刻的真空环境，其非接触式的打印过程具有工艺简单、节能高效的优势，尤其适合大面积OLED显示器件的大规模制备过程，目前喷墨打印被认为是新型显示制造行业的核心技术，已经成为我国战略性新兴产业重点发展方向之一，喷墨打印及其相关技术是目前全球面板行业研究的热点领域。

喷墨打印主要过程为喷头在图案化算法控制下将含有各功能层材料的溶液按照一定的策略喷射到基板的像素坑中，其中各部分内容依然面临诸多难题。如何控制墨滴落点定位精度是喷墨打印中面临的主要问题之一。墨滴落点定位精度直接影响像素坑内墨滴沉积状态进而影响器件的最终显示效果，墨滴落点误差受喷头排布状态、墨滴飞行参数、平台机械误差以及环境湿度等各种因素的耦合影响。

现有的专利与文献中关于墨滴落点定位精度的测量方法主要有静态滴定和小规模图案打印，静态滴定的方式仅仅考虑了喷孔状态，未考虑实际打印过程中平台移动带来的机械误差以及环境流场变化影响；小规模图案打印的方式仅仅只能测量喷头整体墨滴落点定位精度，而无法具体分析单个喷孔墨滴落点状态，进而难以定位到异常的喷孔。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法及装置，旨在解决现有墨滴落点定位精度检测精度不高以及难以定位异常喷孔的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，包括：

计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布；

根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印；

获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔；

基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。

进一步地，喷头上第g行h列喷孔n_g,h投影至打印方向时的落点位置P_g,h表示为：

P_g,h＝[(h-1)L_pt+(g-1)Δx]cosθ

其中，L_pt为同一行相邻两喷孔之间间隔；Δx为同一列相邻两喷孔在行方向上的偏移量，且

θ为喷头模组与打印方向的偏转角度。

进一步地，所述试打印点阵图案的参数包括：点阵行数R、点阵列数C、点阵横向间距L_col和点阵纵向间距L_row；

其中，点阵列数C设置为喷孔总数M×N，点阵横向间距L_col设置为喷孔投影后间距

进一步地，在计算每个墨滴对应的落点偏差值之前，所述方法还包括：通过下视观测相机进行打印结果采集并进行筛选，下视观测相机的视野为R_cam×C_cam，若喷孔在单张图像视野内实际落点数量不等于单张图像视野内理论落点行数r，则剔除该喷孔；其中，

表示向下取整，L_row为试打印点阵图案的点阵纵向间距。

进一步地，所述计算每个墨滴对应的落点偏差值包括：

a.对打印结果中单张图像进行高斯滤波以及灰度反转处理；

b.通过预设灰度值对所述单张图像进行阈值分割，并通过区域面积与圆度进行筛选，提取出墨滴落点区域并划分为多个墨滴连通集；对于每一个墨滴连通集，计算墨滴落点位置质心像素坐标及其对应的实际坐标；

c.依次取下一帧图像，重复步骤a和b直至所有图像处理完毕，与试打印点阵图案进行比较，得到每个墨滴对应的落点偏差值。

进一步地，针对每一喷孔的墨滴落点偏差集，求取其中元素对应的最小凸包外接圆半径；若所述最小凸包外接圆半径大于半径阈值，则剔除对应的喷孔。

进一步地，所述基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，包括：计算剩余喷孔对应的墨滴落点偏差的平均值，得到各剩余喷孔对应的墨滴落点精度值，取精度中位数作为喷头整体偏置补偿值。

第二方面，本发明提供了一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测装置，包括：

第一处理模块，用于计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布；

第二处理模块，用于根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印；

第三处理模块，用于获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔；

第四处理模块，用于基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：存储器和至少一个处理器；所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如第一方面所述的方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

(1)本发明通过计算喷孔投影落点坐标以及设计点阵图案能够保证各种阵列化排布喷头进行全喷孔参与的打印，并获得各墨滴落点与喷孔的对应关系，保证测量过程中能够直观的获得各个喷孔的墨滴落点情况。

(2)本发明所述的方法能够通过比较图像视野内实际落点数量判断对应喷孔是否存在散点或者少喷的异常状况并进行标识，并且对于正常喷射的喷孔，通过计算其落点偏差集的最小凸包外接圆半径表征其重复喷射的一致性状况，通过半径阈值筛选获得喷射状态稳定的喷孔集合，能够高效的实现实际工艺生产过程中对于异常喷孔的识别筛选。

(3)作为优化，本发明所述的方法通过对稳定喷射的所有喷孔的落点误差均值进行进一步分析处理获得喷头整体落点定位精度补偿值以及最终的正式参与打印的喷孔集合，保证墨滴落点定位精度以及喷孔稳定性在实际工艺要求的范围内。

(4)本发明所述方法能够基于现有的硬件设备进一步提高墨滴落点定位精度的测量效率，操作简单无需添加额外硬件设备，并且通过喷孔筛选机制保证参与打印喷孔的稳定性，筛选后打印效果提升明显，本发明可以测量喷墨打印中墨滴落点定位精度，保证优良的器件打印效果，尤其适用于喷墨打印制造高分辨率显示器件的应用场合。

附图说明

图1是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法依托的喷墨打印系统结构示意图；

图2是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法流程图；

图3是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法中喷孔投影落点位置计算示意图；

图4是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法中试打印点阵图案示意图；

图5是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法中喷孔喷射落点情况示意图；

图6是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法中单喷孔一致性指标示意图；

图7是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法中喷头整体落点精度计算示意图。

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。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图1是本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法依托的喷墨打印系统结构示意图，如图1所示，喷墨打印系统主要包括喷头模组、视觉检测单元、运动单元以及信号控制单元，下面将对其逐一进行具体解释说明。

喷头模组主要包括墨路11、喷头12以及喷头驱动板卡13，其中喷头12上的喷孔按照M行N列的形式排列分布；墨路11负责对各个喷孔供墨；喷头驱动板卡13负责接收控制信号并输出喷墨信号。

视觉检测单元主要包括下视相机与镜头21以及配套的同轴光源22，下视相机以及镜头21、同轴光源22布置在喷头12侧面，与喷头模组联动。

运动单元包括基板Y轴运动平台31、喷头X轴运动平台32、喷头Z轴运动平台33以及相应的运动电机。其中基板Y轴运动平台31主要用于放置基板并在打印过程中控制基板移动；喷头X轴运动平台32、喷头Z轴运动平台33主要用于放置喷头模组并控制打印初始位置以及打印高度；运动电机布置在各运动轴上，以实现各运动轴的独立运动。

信号控制单元主要包括喷头控制主板41、相机同步采集触发卡42、运动控制器43和上位机44，其中喷头控制主板41主要输出喷墨控制信号；相机同步采集触发卡42用于输出相机采图的控制信号；运动控制器43主要用于控制相应各运动轴的运动；上位机44主要设置打印精度测试过程中所有相关控制信号。

图2为本发明提供的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法流程图，方法包括操作S1-操作S4。

操作S1，计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布。

如图3所示，通过向打印方向投影的形式将呈M行N列排布的阵列喷孔转换为等效的呈直线排布形式的喷孔，同时需要考虑喷头模组在安装过程中与打印方向的安装偏差角度，以右下角喷孔为起始喷孔n_1,1，采用如下方式计算喷头上第g行h列喷孔n_g,h投影至打印方向时的落点位置P_g,h：

P_g,h＝[(h-1)L_pt+(g-1)Δx]cosθ

其中L_pt为同一行相邻两喷孔之间间隔，M为喷孔总行数，Δx为第k行喷孔相较于第k-1行喷孔在行方向上偏移量，θ为喷头模组与打印方向偏转角度。

操作S2，根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印。

如图4所示，通过投影后的喷孔直线排布规律，设计全喷孔参与的点阵图案并进行打印，其中打印图案的主要参数包括点阵行数R、点阵列数C、点阵横向间距L_col以及点阵纵向间距L_row。为保证喷头中的每一个喷孔都参与图案打印，需将将点阵列数C设置为喷孔总数P＝M×N，并将点阵横向间距L_col设置为喷孔投影后间距L_t：

点阵行数R代表着每个喷孔打印的墨滴落点数量，为了更为精准的判断各个喷孔重复喷射一致性，点阵行数R应至少大于10，并且点阵行数越多本方法所表征的喷孔稳定性越为可靠；点阵纵向间距L_row的设置主要是为了避免相邻行的墨滴融合，因此需要保证纵向间距L_row大于正常墨滴直径，例如设置点阵纵向间距L_row＝100um，点阵图案设计完成后在基板上选定图案化规划起点S₀＝(x₀,y₀)并驱动喷墨打印系统开始图案打印。

操作S3，获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔。

示例性的，优先采用以下方法进行各个喷孔墨滴落点偏差计算：

a.取出下视观测相机拍摄的图像S_A,B进行高斯滤波处理，对处理后的图像进行灰度反转；

b.通过预设灰度值D_gray对图像进行阈值分割，并通过区域面积与圆度进行筛选，提取出落点区域并划分为子连通集D_n＝{drop_m|1≤m≤q}，其中q为实际识别出的墨滴数量。对于每一个墨滴连通集drop_m，通过以下方法计算落点位置质心像素坐标(x_m,y_m)：

其中f(p,q)为图像S_A,B中(p,q)点处灰度值，p为图像横向像素坐标，q为图像纵向像素坐标，A_m为连通集drop_m灰度值之和；

c.对于获得的墨滴连通集drop_m质心像素坐标(x_m,y_m)，通过以下方式计算其对应的实际坐标值(x_mt,y_mt)：

其中x_A,B、y_A,B为图像S_A,B中心位置坐标，f为图像分辨率；

d.依次取下一帧图像，重复a-c过程至所有图像处理完毕，与试打印点阵图案进行比较，获取所有实际落点位置误差信息矩阵X＝(x_err_i,j)∈F^R×C,Y＝(y_err_i,j)∈F^R×C，其中x_err_i,j表示第j号喷孔第i次喷射的墨滴在X方向上的落点误差，y_err_i,j表示第j号喷孔第i次喷射的墨滴在Y方向上的落点误差，误差矩阵中的每一列为同一个喷孔的落点误差信息，即喷头上第g行h列喷孔n_g,h对应第h+M(g-1)列落点误差信息。

进一步地，在计算每个墨滴对应的落点偏差值之前，所述方法还包括：通过下视观测系统采集打印结果并统计实际打印落点数量筛选喷射异常的喷孔。

如图5所示，通过下视观测相机依次采集各位置打印结果进行，实际过程中喷孔的主要状态可分为散喷、少喷以及正常三种状态，其主要不同在于最终落下墨滴数量具有明显差异，散喷状态的喷孔落在基板上的墨滴铺展面积小但相对独立，墨滴数量远大于理论墨滴数量，少喷状态的喷孔落在基板上的墨滴数量小于理论墨滴数量，由此根据图像视野内实际落点数量对喷孔进行筛选，下视观测相机的视野为R_cam×C_cam，对于喷孔n优先采用以下方法判断其状态Status_n：

其中，r是单张图像视野内理论落点行数；m_n代表喷孔n在单张图像视野内实际落点数量；Status_n＝2代表喷孔为散点异常状态；Status_n＝1代表喷孔为正常喷射状态；Status_n＝0代表喷孔为少喷空喷异常状态；对于识别到的散点与少喷喷孔，将其标记为异常喷孔并进行剔除。

操作S4，基于剩余的T个喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。

如图6所示，对于第j号喷孔，其对应的落点误差集D_j可由实际落点位置误差矩阵获得：

D_j＝{(x_i,y_i)|x_i∈X[:,j],y_i∈Y[:,j]}

其中(x_i,y_i)表示该喷孔第i次喷射的实际落点误差，X[:,j]、Y[:,j]分别表示第j号喷孔喷射的所有落点的实际X向与Y向误差。

针对于第j号喷孔的落点误差集D_j，求取其中元素对应的最小凸包外接圆，记录圆心坐标(x_c_j,y_c_j)以及半径r_c_j作为表征该喷孔落点精度的参数，r_c_j越大代表该喷孔落点更分散。通过设定最小凸包外接圆半径阈值r_limit来剔除喷射落点太过分散的喷孔，获得稳定喷射喷孔集合n_good＝{j|j<P∧r_c_j<r_limit}。

对于最终获得的满足要求的喷孔集合n_good，计算其中喷孔对应的落点的平均值得到各喷孔落点精度值X_good，Y_good：

其中T代表最终获得的满足要求的喷孔总数，根据各喷孔落点精度值选取出喷孔x向与y向精度中位数x_mid与y_mid作为最终喷头误差补偿值。

进一步地，如图7所示，在完成喷头整体落点精度计算后，还需要依据打印精度x向与y向要求值x_aim与y_aim，选取最终用于正式打印的喷孔集合n_finally：

n_finally＝{n_j|n_j∈n_good,x_j∈x_mid±x_aim,y_j∈y_mid±y_aim}

根据最终喷头整体落点精度计算结果，选取所有属于n_finally集合内的喷孔作为合格喷孔参与后续打印过程，不属于集合内的喷孔将其视为异常喷孔并通过喷头驱动板卡进行屏蔽。

综上所述，按照本发明的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，可以通过对稳定喷射的所有喷孔的落点误差均值进行进一步分析处理获得喷头整体落点定位精度补偿值以及最终的正式参与打印的喷孔集合，保证墨滴落点定位精度以及喷孔稳定性在实际工艺要求的范围内。并且通过喷孔筛选机制保证参与打印喷孔的稳定性，筛选后打印效果提升明显，保证优良的器件打印效果。

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 (10)

1.一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，包括：

计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布；

根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印；

获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔；

基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。

2.根据权利要求1所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，喷头上第g行h列喷孔n_g,h投影至打印方向时的落点位置P_g,h表示为：

P_g,h＝[(h-1)L_pt+(g-1)Δx]cosθ

其中，L_pt为同一行相邻两喷孔之间间隔；Δx为同一列相邻两喷孔在行方向上的偏移量，且

θ为喷头模组与打印方向的偏转角度。

3.根据权利要求2所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，所述试打印点阵图案的参数包括：点阵行数R、点阵列数C、点阵横向间距L_col和点阵纵向间距L_row；

其中，点阵列数C设置为喷孔总数M×N，点阵横向间距L_col设置为喷孔投影后间距

4.根据权利要求1所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，在计算每个墨滴对应的落点偏差值之前，所述方法还包括：通过下视观测相机进行打印结果采集并进行筛选，下视观测相机的视野为R_cam×C_cam，若喷孔在单张图像视野内实际落点数量不等于单张图像视野内理论落点行数r，则剔除该喷孔；其中，

表示向下取整，L_row为试打印点阵图案的点阵纵向间距。

5.根据权利要求1或4所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，所述计算每个墨滴对应的落点偏差值包括：

a.对打印结果中单张图像进行高斯滤波以及灰度反转处理；

b.通过预设灰度值对所述单张图像进行阈值分割，并通过区域面积与圆度进行筛选，提取出墨滴落点区域并划分为多个墨滴连通集；对于每一个墨滴连通集，计算墨滴落点位置质心像素坐标及其对应的实际坐标；

c.依次取下一帧图像，重复步骤a和b直至所有图像处理完毕，与试打印点阵图案进行比较，得到每个墨滴对应的落点偏差值。

6.根据权利要求5所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，针对每一喷孔的墨滴落点偏差集，求取其中元素对应的最小凸包外接圆半径；若所述最小凸包外接圆半径大于半径阈值，则剔除对应的喷孔。

7.根据权利要求1所述的喷墨打印中墨滴落点定位精度检测方法，其特征在于，所述基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，包括：计算剩余喷孔对应的墨滴落点偏差的平均值，得到各剩余喷孔对应的墨滴落点精度值，取精度中位数作为喷头整体偏置补偿值。

8.一种喷墨打印中墨滴落点定位精度检测装置，其特征在于，包括：

第一处理模块，用于计算喷头上各喷孔投影至打印方向时的落点位置，其中，喷头上各喷孔按照M行N列的形式排列分布；

第二处理模块，用于根据各所述落点位置设计全喷孔参与的试打印点阵图案，并进行打印；

第三处理模块，用于获取打印结果，并计算每个墨滴对应的落点偏差值，得到各喷孔喷射的墨滴落点偏差集；若所述墨滴落点偏差集分散情况大于预设阈值，则剔除对应的喷孔；

第四处理模块，用于基于剩余喷孔对应的墨滴落点偏差集，得到喷头整体偏置补偿值，完成墨滴落点定位精度检测。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和至少一个处理器：

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

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