CN1997522A - 经表面形态修正的打印 - Google Patents

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CN1997522A CNA2005800112203A CN200580011220A CN1997522A CN 1997522 A CN1997522 A CN 1997522A CN A2005800112203 A CNA2005800112203 A CN A2005800112203A CN 200580011220 A CN200580011220 A CN 200580011220A CN 1997522 A CN1997522 A CN 1997522A
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Abstract

本发明的一方面总体涉及一种方法，包括：测量基底表面轮廓，基于该表面轮廓产生控制点滴喷射装置的喷射指令，以及依据该指令由该点滴喷射装置在该基底上沉积点滴。

Description

经表面形态修正的打印
背景技术
在喷墨打印中，墨从一窄口向基底方向喷射。在一种已知为按需喷射式(drop-on-demand)打印类型的喷墨打印中，墨以一系列点滴形式被喷射。可使用具有大量开口(也称为喷嘴)的压电喷墨头产生和控制点滴。可分别控制每个开口以在想要的图像位置或象素有选择地喷射墨。例如，喷墨头可能具有相隔一定间隔的256个开口，该间隔对应至少100象素(点)每英寸(dpi)且有时远大于该值的打印分辨率。该密集的开口阵列允许制作出复杂、高精度的图像。在高性能打印头中，喷嘴口一般具有50微米或更小(例如，25微米左右)的直径，以25-300喷嘴/英寸的间距分离，具有100至3000dpi或更大的分辨率，并提供大约2至50纳克(nanograms)(pl)或更小的点滴尺寸。点滴喷射频率一般为10kHz或更大。按需喷射式压电打印头在美国专利4825227中描述，其全文在此引为参考。
发明内容
本发明的一方面总体涉及一种方法，包括：测量基底表面轮廓，基于该表面轮廓产生控制点滴喷射装置的喷射指令，以及依据该指令用该点滴喷射装置在该基底上沉积点滴。
本方法的实施例可包括以下特征中的一个或多个和/或其它方面的特征。可通过光学方法测量表面轮廓。光学测量表面轮廓可包括在基底和位移测量计阵列之间产生相对运动，并在多个位置监控基底和测量计之间的距离。喷射指令可补偿表面轮廓的变化。例如，喷射指令可补偿点滴飞行时间的变化，以补偿表面轮廓的变化。在某些实施例中，喷射指令用来补偿基底和点滴喷射装置之间的错位。测量表面轮廓可包括在基底和轮廓测量装置之间产生相对运动。沉积点滴可包括在基底和点滴喷射装置之间产生相对运动。该相对运动的速度可为大约1ms-1或更大。该方法还包括：提供一系列基底并顺序测量每个基底，以及在每个基底上沉积点滴。在基底上沉积的点滴的分辨率可以为100dpi或更大(例如，200dipi，300dpi，600dpi或更大)。基底在其表面两点之间可具有约0.1mm或更大(例如，约0.2mm，0.3mm，0.5mm，1mm或更大)的间隔变化。该基底可为食品，例如烘烤制品。点滴喷射装置可为按需喷射式压电打印头。
本发明的另一方面总体涉及一种在基底上沉积点滴的装置，其包括：点滴喷射装置；表面轮廓测量器；以及与该表面轮廓测量器和点滴喷射装置进行通讯的电子处理器，其中，该表面轮廓测量器测量该基底的表面轮廓，且该电子处理器基于该表面轮廓产生控制该点滴喷射装置的喷射指令。
本装置的实施例可包括以下特征中的一个或多个和/或其它方面的特征。该装置还包括：基底传送器，其设置成相对该表面轮廓测量装置和该点滴喷射装置扫描该基底。该电子处理器基于该基底和点滴喷射装置之间的相对运动产生喷射指令，使得喷射指令或基底运动依赖于基底轮廓变化而变化。该基底喷射装置可为喷墨打印头(例如，按需喷射式压电打印头)。该喷墨打印头可具有至少约为100dpi的分辨率。该表面轮廓测量器可为光学表面轮廓测量器。例如，该表面轮廓测量器可包括激光位移测量计阵列(例如，设置成测量从测量计到基底的距离的测量计阵列)或扫描激光轮廓测量计。
本发明的实施例可具有以下优点中的一个或多个：可减少在不平基底表面上沉积点滴时的点滴位置误差；可减少在基底不平的高通过量应用中的点滴位置误差率；可减少由于基底相对于打印头的错位而引起的误差；可通过现有市售元件实现。
本发明的一个或多个实施例的细节在附图和下面的说明书中阐述。本发明的其它特征、目的和优点将通过说明书、附图以及权利要求而显见。
附图说明
图1示出在不平基底上打印时飞行时间差异的效果的示意图。
图2A和2B为用于在不平基底上沉积点滴的点滴喷射装置部分的示意图。图2A示出沿处理方向的装置，而图2B示出沿横交方向的装置的一部分。
图3示出在不平基底上沉积点滴的过程的流程图。
在各图中相同的参考标记代表相同的元素。
具体实施方式
在特定方面中，本发明涉及在不平表面(例如，不规则表面和/或平滑曲面)上沉积点滴(例如，喷墨打印)。
参考图1，点滴沉积装置110，例如喷墨打印头，将点滴111沉积至不规则基底101上，所述基底例如为食品(如，烘烤制品，例如饼干)或食品包装。在操作过程中，基底101相对装置110移动(沿箭头130所示方向)，该装置110朝向基底喷射点滴。在一典型实施例中，基底被顺序送至打印位置，且每个基底可具有随机变化的不同的表面形态。该基底和该装置之间的实际间隔距离相对于名义基底位置(线120表示的)和点滴沉积装置110之间的名义间隔距离D而变化。
当基底足够平坦且间隔距离没有显著偏离D时，点滴的飞行时间TOF由下式给出：
TOF = D v d ,
其中，vd为点滴速度。当该点滴以有规律的间隔τ被喷射时，基底上邻近点滴之间的距离x由下式给出：
x＝τ×vs，
其中，vs为该基底和该点滴沉积装置之间的相对速度。
当基底不平坦时，实际飞行时间tactual由下式给出：
t actual = D - Δd v d ,
其中，Δd为基底和名义基底位置120之间的差值。如果没有补偿，由于基底不规则导致的飞行时间的变化会产生点滴位置误差量Δx，Δx由下式给出：
Δx = Δt × v s = Δd v s v d ,
其中Δt＝tactual-TOF。然而，在本实施例中，以-Δt调节点滴喷射之间的时间差，以适应由基底不规则导致的飞行时间的变化，从而降低(消除)与飞行时间变化有关的点滴位置误差。
基于表面轮廓或基底表面形态调整点滴喷射之间的时间差。在某些实施例中，可用光学方法获得基底表面轮廓。参考图2A和图2B，点滴沉积系统200包括激光位移测量计阵列210。在本实施例中，阵列210包括测量基底201不同部分的距离的8个激光位移测量计211-218。传送器240扫描阵列210下面的基底201。该阵列垂直该基底和点滴喷射装置220之间的相对运动的方向(在下文中称为“横交(cross-web)”方向)横跨基底201。在图2A中，所示出的点滴喷射装置220在先前在阵列210下方被扫描的另一基底211上沉积点滴215。点滴喷射装置220包括沿横交方向延伸的多个喷嘴(未示出)。在某些实施例中，喷嘴密度和相应的被沉积的点滴的分辨率可以相对很高。例如，在特定应用(例如，喷墨打印)中，分辨率可以为约100点/英寸(dpi)或更多，例如300dpi或更多。在该基底和点滴喷射装置220之间的相对运动的方向(在下文中称为“处理(process)”方向)上的沉积点滴分辨率，依赖于该系统的喷射频率。处理方向分辨率也可相对很高(例如，约100dpi，300dpi，600dpi或更多)。在很多应用中，处理方向分辨率和横交方向分辨率相同。
当基底201在阵列210下方移动时，每个位移测量计测量该测量计与该基底之间的距离。为了完成测量这些距离，每个位移测量计指引激光束至基底表面201。每个光束从该基底表面的不同部分反射，且每个反射光束被各个位移测量计的光接收元件(例如，电荷耦合装置或位置传感探测器)检测。基于反射光在光接收元件上的位置，每个位移测量计依据射出的反射激光束对该基底表面的位置进行三角测量，给出基底表面相对于测量计的位移值。当基底201在位移测量计下面移动时，位移测量计做出多次位移测量。被测量的位移对应于点滴喷射装置220和基底之间的变化的间隔距离。对阵列210下面的基底进行扫描从而可获得整个基底的表面轮廓。
参考图3，电子处理器230(例如，计算机)接收该表面轮廓，并基于此产生喷射指令控制点滴喷射装置220的喷射指令。喷射指令指示点滴喷射装置220每个点滴喷射循环中哪些喷嘴工作。该点滴喷射循环由来自编码器(未示出)的信号控制，该编码器监控基底和点滴喷射装置的相对位置并对应于处理方向分辨率在预定位移后触发点滴喷射。处理器230基于从客户端接收的任务数据产生喷射指令。例如在打印应用中，任务数据对应于图像。在这样的应用中，客户端一般为计算机，且任务数据为桌面出版程序的输出。在光栅图像处理(RIP)中，处理器230基于任务数据和表面轮廓产生控制喷射装置220的喷射指令。喷射指令包括有关每个喷射循环中哪个喷嘴将工作的信息，和为了补偿点滴飞行时间的变化的对应于编码器信号的每个喷嘴的工作的相对时间设定(例如，Δt)。
在某些实施例中，基底的通过量很大。例如，vs可以为约1ms-1或更多(例如，约3ms-1，5ms-1，8ms-1，10ms-1或更多)。而且，在很多应用中，vd从约3ms-1至约8ms-1。在这些速度下，点滴位置误差可为约0.125至3.33毫米每间隔变化一毫米。因此，在高分辨率应用(例如，大于约100dpi，如300dpi或更大)中，如果没有补偿，每间隔变化一毫米的几分之一(例如，0.1mm)可导致与象素间距相当的点滴位置误差。为了补偿与这个范围的点滴速率对应的飞行时间变化，Δt在约0.125×10-2至3.33×10-2秒每间隔变化一毫米之间。在实施例中，基底在横交方向约为3英寸或更宽(例如，5至10英寸或更宽)。
合适的位移测量计为Keyence公司(WoodcliffLake，NJ)的LC系列的超高精度位移测量计。这种位移测量计使用红光二极管激光器(670nm)，其可聚焦为大小约为20微米或更小的光点。测量以50kHz的取样频率工作。在所述实施例中，阵列210具有8个位移测量计，但一般而言，可以使用任意个数的位移测量计。可以选择位移测量计的个数，使得阵列210横跨基底并为横交表面轮廓提供足够的分辨率，以充分补偿基底的表面变化。在某些实施例中，位移测量计的数量可以与点滴喷射装置220中喷嘴的个数相同。然而，更通常的方法是，可以通过使用比横交点滴分辨率更低分辨率的表面轮廓来充分补偿飞行时间的变化。例如，表面轮廓分辨率可以约为点滴分辨率的10％或更少(例如，5％，2％，1％，0.5％，0.1％或更少)。为了给每个喷嘴提供修正，处理器230可对表面轮廓数据进行插值，以提供与该点滴喷射装置具有相同分辨率的调整过的表面轮廓。例如，处理器可对来自邻近位移测量计的表面轮廓数据进行线性插值，或可使用其它函数(例如，高阶几何函数)对该数据进行插值。
阵列210的最大横交分辨率对应于位移测量计的数量，但可以较低分辨率操作阵列210。例如，表面轮廓变化的平均长度量级远大于(例如，两倍大于)横交分辨率时，需要检测较少的基底上的位置，而获得一表面轮廓，并据此对开启指令进行适当修正。
阵列210还可包括：相对处理方向错开排列的位移测量计行。例如，当该位移测量计的物理宽度限制分辨率时，错开排列2行或多行测量计(相对于横交方向彼此偏置)，可提供整体增加的阵列分辨率。
表面轮廓的处理方向分辨率与位移测量计的采样频率和基底速度有关。这个分辨率可与横交分辨率相同或不同，并可与处理方向的点滴分辨率相同或不同。
一种适合的点滴喷射装置为喷墨打印头，例如可从Spectra公司(Hanover，NH)购买到的Galaxy或Nova系列的打印头。打印头的另一个实例在2003年7月3日的No.US-2004-0004649-A1号名为“打印头”的美国专利申请以及2003年10月10日的No.60/510459号名为“具有薄膜的打印头”的临时专利申请中描述，两者的全部内容在此引为参考。在某些实施例中，点滴喷射装置220包括打印头阵列。
所述实施例利用激光位移测量计产生表面轮廓，也可使用其它轮廓测量装置。例如，可使用扫描激光检测系统在基底表面经过该点滴喷射装置下方之前沿横交方向扫描该基底表面。可购买到的激光检测系统的实例包括ShapeGrabberAI系列的自动检测系统(来自ShapeGrabber公司，Ottawa，Canada)。扫描检测系统的另一个实例是VIVID系列扫描器，可从KonicaMinolta(Minolta USA，Ramsey，NJ)买到。该检测系统的扫描频率应相对基底速度足够快，以提供所需的表面轮廓分辨率。或者，可离线进行轮廓测量，并使处理适应该轮廓测量。在实施例中，示例基底的轮廓或一组基底的平均轮廓可以被确定并用来产生喷射指令。
而且，所述实施例通过调整喷射脉冲时间降低了点滴位置误差，也可使用其它补偿模式。例如，基底轮廓信息可用于调整点滴速度以适应表面变化。例如，在多数压电喷墨打印头中，点滴速度依赖于施加至压电致动器的喷射脉冲电压而变化(例如，电压更高时，速度就更大)。因此，当由于基底轮廓使间隔距离增加时，更大的喷射脉冲电压可使点滴速度增加，并且增加量足够保持点滴的飞行时间大致恒定。
或者，或另外，当横交基底变化与处理方向上的变化相比可以忽略时，可变化所述间隔距离以适应不规则的基底表面。例如，点滴喷射装置和/或传送基底的传送器可被安装于在操作过程中变化两者相对位置的致动器上。这样，尽管基底表面轮廓中有变化，也能保持恒定的飞行时间。
在某些实施例中，基底可包括可食用物，例如固体食品和泡沫。在可食用基底上打印的实例在2004年1月20日提交的名为“可食用基底上打印”的NO.10/761008美国专利申请中被描述，其全部内容在此引为参考。其它不规则基底的实例包括包装产品，例如食品包装(如，瓶子，罐，和不规则食品盒)，消费电子产品，玩具(如，娃娃)，和服装。
点滴沉积包括非墨打印应用。例如，所述实施例可被应用至各种制造过程，如微电子中的流体(如，焊料)的精确配送，和平板显示制造中的流体(如，有机发光二极管材料或滤色材料)的精确配送。
表面轮廓信息可用于降低与除了表面不规则以外的其它基底不均匀相关的沉积误差。例如，基底轮廓可用于补偿基底相对点滴喷射装置的取向变化。一实例是在矩形基底上打印矩形图像。使用上述装置，依据基底轮廓可检测出基底相对于打印头的偏差。因此，打印任务数据经光栅图像处理以适应该偏差，并以相对基底正确的取向打印图像。
已描述本发明的多个实施例。然而，应该理解：在不背离本发明精神和范围的情况下可以做出各种修改。因此，其它实施例在所附权利要求范围内。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：
测量基底表面轮廓；
基于所述表面轮廓产生控制点滴喷射装置的喷射指令；以及
根据所述指令由点滴喷射装置在所述基底上沉积点滴。
2.如权利要求1所述的方法，其中，光学测量所述表面轮廓。
3.如权利要求2所述的方法，其中，光学测量所述表面轮廓包括：在所述基底和位移测量计阵列之间产生相对运动，并在多个位置检测所述基底和所述测量计之间的距离。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述喷射指令补偿点滴飞行时间的变化，以补偿所述表面轮廓的变化。
5.如权利要求1所述的方法，其中，测量所述表面轮廓包括：在所述基底和轮廓测量装置之间产生相对运动。
6.如权利要求5所述的方法，其中，沉积点滴包括：在所述基底和点滴喷射装置之间产生相对运动。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述相对运动的速度约为1ms-1或更大。
8.如权利要求1所述的方法，其中，还包括：提供一系列基底并顺序测量每个基底的轮廓，以及在每个基底上沉积点滴。
9.如权利要求1所述的方法，其中，在所述基底上沉积的点滴的分辨率约为100dpi或更大。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底具有在其表面两点之间约0.1mm或更大的间隔变化。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述基底为食品。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述食品为烘烤产品。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述点滴喷射装置为按需喷射式压电打印头。
14.一种在基底上沉积点滴的装置，包括：
点滴喷射装置；
表面轮廓测量器；以及
与所述表面轮廓测量器和点滴喷射装置进行通讯的电子处理器，其中，所述表面轮廓测量器测量所述基底的表面轮廓，且所述电子处理器基于所述表面轮廓产生控制所述点滴喷射装置的喷射指令。
15.如权利要求14所述的装置，其中，还包括：基底传送器，其设置成相对所述表面轮廓测量装置和所述点滴喷射装置扫描所述基底。
16.如权利要求14所述的装置，其中，所述电子处理器基于所述基底和点滴喷射装置之间的相对运动产生喷射指令，从而，所述喷射指令或基底运动依赖于基底轮廓变化而变化。
17.如权利要求14所述的装置，其中，所述基底喷射装置为喷墨打印头。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述喷墨打印头具有至少约为100dpi的分辨率。
19.如权利要求14所述的装置，其中，所述表面轮廓测量器为光学表面轮廓测量器。
20.如权利要求19所述的装置，其中，所述光学表面轮廓测量器包括测量计阵列，所述测量计阵列设置成测量从所述测量计到所述基底的距离。
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