JP3918914B2 - Micro flow measurement device, method, computer program, and storage medium - Google Patents

Micro flow measurement device, method, computer program, and storage medium Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴の性状を同定する装置、特に微小流量を形成する液滴の性状を同定する装置、および関連する微小流量を測定し、制御する装置に関するものである。また、この方法、コンピュータプログラム、およびこれを記憶した記憶媒体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
薬品の研究、開発および製造過程において、例えばニトロセルロース膜等のストリップに試薬液を再現可能な方法で印刷・添加することが行われてきた。この例としては、公知文献、例えば、特公平7−6975「試薬液の調合及びプリントのための装置及び方法」がある。
【0003】
印刷・添加には、従来から圧力下で供給される液体を液滴化するノズル装置によって試薬の液滴をニトロセルロース膜に向けて射出するという手段がとられてきた。しかし、この試薬の液量やその他の性状が濃縮などにより変化したり、ノズル内その他の経路への固形化したものの堆積により流量が変化したりすることがあったため、試薬の流量などの変化を同定し、さらには流量を調節する必要があった。
【0004】
また、インクジェットプリンタにおけるインク供給機構などにおいても同様の現象がおこり、液の流路等において微小流量の調節を行う必要があった。
【0005】
これらの調節をおこなうための現在流量の検出は、従来、ノズルからの射出量の視認、一定数射出された液滴の重量の検出などによって行われていた。
【0006】
しかし、試薬の添加やインクジェットプリンタのインクの使用においては、そもそも高精度の流量調節が必要であり、また液によって濃縮やノズルその他の流路への堆積が頻繁にあるいはランダムに生じるなどの理由から上記微小流量の調節をリアルタイムに行う必要もあり、上記従来の視認や蓄積速度検出によっては所望の効果を十分に達せられないという欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、微小流量の液体の流量を、高精度かつリアルタイムで測定し制御する装置を提供することを主な目的とする。
【0008】
また、同時に、射出される液滴の容積、粘性、比重、表面張力等を同様に測定し、同定し、さらには流量や性状の制御を行う装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的に鑑みてなされた微小流量測定装置であって、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置と、液体をノズル装置に供給する供給装置と、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置とを備えることを最も主要な特徴とする。
【0010】
一定の口径を有するノズル装置は、流量と相関する速度で液滴を射出することができ、しかも単位時間あたり一定数の液滴を射出するという前提により、液滴間隔が流量に直結したものになる。
【0011】
しかも、液滴間隔がその時点での流量をリアルタイムに反映したものとなっており、さらに間隔というより高精度検出が可能な物理量を検出することにより、本発明の第1の目的の実現を可能にしている。
【0012】
本発明はまた、液体性状測定装置を提供し、この装置は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置と、液体をノズル装置に供給する供給装置と、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置とを備える。
【0013】
この測定する液体性状は、射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力、のいずれか一つであることができる。
【0014】
基本的な原理は上記流量測定装置と同様である。射出液滴の容積は、流量をそのまま反映したものとなっている。また、液自体の粘性、比重、表面張力などは、流量したがって射出速度とも相関し、流量と同様の方法で検出することができる。
【0015】
検出装置は、有利には、液滴射出と同期したストロボ照明を与える機構と、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するカメラと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するプロセッサーとを備える。
【0016】
液滴射出と同期したストロボ照明は、高い頻度、すなわち高周波数で射出され移動する一連の液滴を、ビデオ映像上で静止したままの複数の液滴として捉えることを可能にする。これにより、通常のビデオカメラ、例えば工業用、検査用のビデオカメラによる液滴間隔の検出が容易になる。
【0017】
特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められる。
【0018】
これにより外乱や微小なゆらぎに対してより頑強な液滴間隔検出が可能となる。
【0019】
ノズル装置は、歪電素子を含むことができる。
【0020】
歪電素子を用いたノズルは、口径が一定であり流量と射出速度とが相関し、かつ単位時間あたり一定数の液滴を作成するという機能を容易に実現することができる。
【0021】
本発明はまた、これらの装置から得られる液滴間隔の測定値をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御することができる。
【0022】
この制御は、液滴を形成する液体のノズル装置への圧力の増減によって行うことができる。これは、例えば液滴間隔が基準値よりも大きいときは圧力を弱くし、液滴間隔が基準値よりも小さいときは圧力を強くするように制御する。基準値の許容範囲が広いときはこの制御に一定のヒステリシスを設けてもよい。
【0023】
また、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置への配合を変更することによって行うことができる。ある現在液滴間隔が得られたときに、配合、たとえば各液種の押し出し圧力の、どういう変化が液滴間隔を初期値に戻すかというデータをあらかじめ統計的にもとめておき、コンピュータのメモリに蓄積しておき、このメモリを参照しながら各押し出し圧力の制御を行うことによりこのような機構が実現できる。
【0024】
これらによりさまざまな態様で供給される液体の流量の制御、したがって射出される液滴の容積、速度などの制御が可能となる。
【0025】
本発明はまた、液体性状測定装置からの液滴間隔測定値に事前定義された液滴間隔と性状値との対応を適用して性状値を出力する液体性状同定装置を提供する。
【0026】
これにより、液滴間隔に対応する性状、例えば液滴の容積の具体的な値を人間がすぐに把握できる単位でリアルタイムかつ高精度に表示することができる。
【0027】
このような対応は、コンピュータプログラムにより関数として実現してもよく、事前に測定して得た、液滴間隔と容積などとの対応をメモリに参照テーブル形式で蓄積しておくことにより、現在の液滴間隔に対応するレコードの液滴容積値をピックアップして表示することにより実現してもよい。
【0028】
液滴の容積のほか、粘性、比重、表面張力なども液滴間隔に反映され、事前の、逆算プログラミングあるいは対応測定により、あるときの液滴間隔からそのときの液滴の粘性などを同様に逆算あるいはピックアップすることができる。
【0029】
本発明はまた、流量を測定する方法を提供し、この方法は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含む。
【0030】
この方法により、ノズルに関する流路自体の流量を測定することも可能になる。液滴間隔という、画像処理に適した態様を得ることにより、流量の高精度な検出を可能にしている。
【0031】
本発明はまた、液体性状を測定する方法を提供し、この方法は、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含む。
【0032】
この液体性状は、射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力のいずれか一つであることができる。
【0033】
この検出ステップは、有利には、液滴射出と同期したストロボ照明を与えるステップと、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するステップと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するステップとを備える。
【0034】
これらの方法において、特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められる。
【0035】
またこれらの方法において、ノズル装置が歪電素子を含むことができる。
【0036】
また、これらの方法により得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御する方法を提供する。
【0037】
これは、有利には、液滴を形成する液体のノズル装置への圧力を制御するものである。
【0038】
また、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置への配合を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するものであってもよい。
【0039】
本発明はまた、液体性状測定方法から得られる液滴間隔(の測定値)に、事前定義された液滴間隔と性状値との対応を適用し、性状値を出力する液体性状同定方法を提供する。
【0040】
本発明はさらに、少なくとも物理量を検出する手段と記憶手段とを備えた計算機システムに、射出された複数の液滴を含む像を記憶手段に取り込むステップと、記憶手段に取り込まれた像から液滴間隔を計算するステップと、液滴間隔に関する値を出力するステップとを実行させるためのプログラムを提供する。
【0041】
液滴間隔を計算するステップは、有利には、記憶手段に取り込まれた像から特徴量を抽出して液滴間隔を計算することができる。
【0042】
この特徴量は、有利には、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求めることができる。
【0043】
このようなプログラムが、計算機を介したデジタル処理により上記のような高精度の検出を可能にする。
【0044】
本発明はまた、これらのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【0045】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態において、各構成要素は、公知文献、例えば、特公平7−6975「試薬液の調合及びプリントのための装置及び方法」、特開平9−1792「インクジェットシステム」、米国特許4216483「LINEAR ARRAY INK JET ASSEMBLY」、米国特許4383264「DEMAND DROP FORMING DEVICE WITH INTERACTING TRANSDUCER AND ORIFICE COMBINATION」、米国特許4905503「METHOD AND DEVICEFOR MEASURING THE VISCOSITY OF A FLUID」の技術内容を参照あるいは応用したものとすることができ、公知となっている各構成要素の詳細についてはこれらを参照されたい。
【0046】
図1に本願発明の一実施形態の全体構造を示す。
【0047】
1は微小液滴111を射出するためのノズル装置である。特に歪電素子を用いて構成されており、射出流量に比例した初速度で液滴を射出することができる。2は、このノズル装置に液体を搬送する流路であり、液体のリザーバタンク(溶液入れ)21がこの流路の主な部分を形成する。流量はこのリザーバタンクからノズル装置を介して射出される液体の単位時間当たりの量とみなすことができる。3は、この流量を発生させるための加圧装置である。4は、この加圧装置を制御するための加圧装置コントローラーであり、加圧対象に関する現在の圧力を測定する機能と加圧量を制御する機能をもつ。5は、液滴の射出周波数を規定し、撮像系特に後述のストロボ6との同期をとり、さらに液滴を射出する物理的条件、ここでは、射出タイミング、液滴に加える電荷量、射出後の液滴が被る電場の影響を動的に調節するための、各制御用同期信号を生成するコントローラー・ユニットである。液滴間隔の検出装置としては、複数の液滴の間隔を撮像しデジタル静止画として出力可能な高周波ストロボ6およびドロップモニター・カメラ7と、このカメラに接続されカメラからのビデオ信号をデジタル静止画(例えば非圧縮BMP形式またはPNG等の可逆・非可逆圧縮形式)の時系列として順次取り込みそれぞれの静止画像につき平均液滴間隔を計算するプロセッサー8とを備えている。別の実施形態では図示されない信号線がコントローラー・ユニット5からカメラ7に対して設けられ、カメラのシャッターについても同期制御するようにすることができる。プロセッサー8は平均液滴間隔から流量を計算し、その値をコントロール・コンピュータ(PC)10に接続されたアナログRGBモニターである表示装置9に表示する。
【0048】
なお、これらの動作周期例としては、射出およびストロボが同期して47000Hz、カメラの撮像が60Hz程度とすることができる。
【0049】
加圧装置コントローラー4、コントローラー・ユニット5、プロセッサー8を、1台のPC10に収容し、それぞれGP−IBインターフェース、別の形態ではRS−232C等のインタフェース、を通じて外部の装置、加圧装置3、ストロボ6、カメラ7、表示装置9と信号のやりとりを行うとともに、PC10内の内部バスを通じて装置固有のデータや制御信号のやりとりを行うことができるようになっている。PC10内の図示されないメモリに事前に記憶されたプログラムおよび事前に定義された統計データなどにより、流量の測定だけでなく、流量が一定になるよう制御したり、ある時点の液滴間隔の情報をもとにその時点の液滴すなわち液体の粘性、比重、表面張力などの性状の同定を行うこともできるようになっている。PC10は、インターネット用の通信インターフェースや、可搬媒体の読み取り装置を備えており、上記のコンピュータプログラムや統計データを外部の各種媒体からインストールすることができる。
【0050】
以下、添付の図をもとに本実施形態の各態様を説明する。なお、上記および下記の実施形態および実施態様は例としてのものであり、本発明の範囲は頭記の特許請求の範囲によってのみ制限され、当業者にはこの範囲内で各種変形形態の実施が可能である。
【0051】
図2は、液体から微小液滴を射出する態様を示す概略図である。
【0052】
加圧装置3は、図示しない空気供給装置からの加圧空気31を、流路2としてのリザーバタンク21に送り込んでいる。送り込まれる空気の量は、加圧装置3内圧力センサーからの信号をもとに、あるいは別の実施形態ではその信号を用いずに手調整などで、加圧装置内3内レギュレータ32により調節される。
【0053】
信号は、いったん外部の加圧装置コントローラー4の圧力測定部に送られ、加圧装置コントローラー4による判断、あるいはこれをさらに制御するPC10内のプログラム、データ、および/または関係各装置5、8による判断が信号として加圧装置内レギュレーターに送られる。また、別の実施形態では、センサーからの信号が加圧装置内の制御回路のみを介してレギュレーターに送られる(図示せず)ことができる。
【0054】
流路2の特にリザーバタンク21が、加圧装置3により圧力が加えられノズル装置1に対し流路内の液体を押し出すことになる。
【0055】
ノズル装置1は、歪電素子を用いた、電気信号に対して変位を発生する素子で構成され、後述のコントローラーユニットからの制御信号で一定の周期で振動することにより、常に単位時間あたり一定の液滴数を射出する。流量が大きい場合、液滴一滴あたりの重量が大きくなるが、ノズルの射出口の大きさは変わらないため射出される液滴の初速は速くなる。逆に流量が小さい場合は液滴の初速は遅くなる。射出後の液滴は空気抵抗と釣り合うところで速度が安定し一定の間隔で飛翔するが、間隔は初速に比例するので流量が大きい場合は広い液滴間隔を、流量が小さい場合は狭い液滴間隔を形成する。
【0056】
回収容器22は、飛翔した液滴を回収し、回収ポンプ23は回収容器中の液体をチェックバルブ24を介してリザーバタンク2に戻すことになる。
【0057】
チェックバルブ24は、逆流を防止し正確な流量測定を可能にしている。
【0058】
図3は、液滴の射出と撮像との同期をとりかつ射出液滴に関する物理的条件を調節するためコントローラー・ユニット5の構成を示すブロック図である。
【0059】
入力信号I/F501は、照明(ストロボ)6、ノズル1、および液滴偏向装置101のための各制御信号を生成する図中の各回路についての同期的な制御を行うための、特に分配器からの、内部信号のインターフェースを形成する。
【0060】
分配器11は、専用の分岐回路やマルチプレクサ回路で構成してもよく、あるいはPC10の内部バスを用いた論理チャネルを介して実現してもよい。
【0061】
図4は、本発明による液滴間隔の検出装置を構成する要素とその各機能との対応を示す概略図である。ノズル装置1を制御するノズル制御信号と、LED型ストロボ照明6を制御する光源制御信号とを用いて、同期をとった制御をすることにより、液滴の静止画像の生成を容易にしている。
【0062】
カメラ7は、ストロボにより高精度で露出時間が制限された液滴像を撮像し、これを例えばNTSCなどのアナログビデオ形式でプロセッサ8に送信する。
【0063】
プロセッサ8では、アナログビデオ形式の液滴像動画、ただし、同期し見かけ上静止しているように見える、を公知の方式でまずはデジタル静止画の時系列に置き換え(81)、さらに各デジタル静止画につき特徴抽出などのデジタル画像処理(82)を行った上で、最後に液滴間隔の測定(83)を行うことになる。
【0064】
測定結果は、RGBモニターなどの適当な表示装置9に表示されるように制御され、さらに必要に応じて、加圧装置を制御するためのフィードバック信号として転送されたり、メモリに蓄積されたりする。
【0065】
静止画の特徴抽出としては、2値化、クラスタリング、クラスタの重心決定といった一般的な手法を用いることができる。
【0066】
液滴間隔の測定83は、同一画像における複数の液滴重心の間隔の平均化などを用いて行うことができ、上記のデジタル化をベースとした公知のその他の様々な統計的手法を用いて精度を上げることができる。
【0067】
図5は、ノズル装置とその同期制御機構との関係を表す図である。
【0068】
ここでは、特に、試薬のニトロセルロース膜への印刷をおこなうため、ユーザ(右上)が、ユーザI/Fを通じて手作業で同期条件を設定する例について説明している。
【0069】
ユーザI/Fの入力装置12から指令を受けたコントロールコンピュータは内部クロックにより適当なタイミングで各装置、すなわち波形生成器53、圧電ドライバ52、および高圧電源装置54に制御信号を送ることができる。この例では圧電ドライバはトリガを外部の発生器524から得ているが、コントロール・コンピュータからの制御信号にトリガを含めることもできる。
【0070】
波形生成器53は、ノズルから射出された液滴111に適当な電荷を持たせるためのチャージピン535の出力波形を生成する。
【0071】
圧電ドライバ52は、ノズルの射出タイミングを制御する。本発明では、有利には射出タイミングが一定周期となるように制御される。
【0072】
高圧電源54は、ノズル射出後の液滴の進行方向に影響を与えるための高電場を形成する高圧プレート536を制御する。
【0073】
射出される液滴111は、チャージピン535により電荷のチャージを受けた度合いにより偏向の度合いが決定され、たとえばニトロセルロース膜の所定の位置に落下することになる。本発明により、例えば液滴の容積が高精度で規定される結果、偏向の度合いについても高精度で制御でき、結局、適量を適当な位置に高精度で印刷・添加することが可能となる。
【0074】
図6は、本発明の装置によりノズルから射出された液滴の撮像例とその特徴量の一つである複数の液滴間隔との対応を示す図である。
【0075】
水玉模様の各楕円が射出された各液滴を表し、太枠が、ストロボの1フラッシュに対応する1静止画の範囲を表している。太枠内の縦細線141は、液滴の水平方向の重心座標を表し、横細線142は、液滴の垂直方向の重心座標を表している。各両方向矢印は、各液滴間隔を表している。
【0076】
図6において、d1は最初の液滴重心間隔であり、d2は次の液滴重心間隔であり、dnは最後の液滴重心間隔である。平均液滴間隔はd1、d2、...dnを足し合わせてnで割る計算をプロセッサー8により行うことで高速かつ容易に行うことができる。
【0077】
このような、撮像処理結果に補助線を付したデジタルイメージは、そのまま表示装置9にデジタル表示することができ、その他の情報、例えば平均液滴間隔の計算結果と併せて表示することにしてもよい。この際、各時点での撮像処理結果をリアルタイムで表示することが可能である。
【0078】
図7は、本発明による、複数の独立した装置において各流路における流量の変化割合と、それぞれ対応する各ノズルから射出された液滴の液滴間隔変化割合との相関を示す図である。
【0079】
具体的には、5基の流量測定装置(Head#1〜Head#5に対応)を用い、加圧装置の圧力を人為的に変化させて流量を変化させ、本装置により測定した液滴間隔のデータと比較した。なお、各条件で一定数の液滴を採取し重量を測定している。この7図からわかるように、流量変化割合と液滴間隔変化割合とが高精度で良好な相関を示しており、以下の計算式が成り立つ。すなわち、
Δf0:初期流量(ある基準時点0での測定値を100%とする)、
Δd0:初期平均液滴間隔(同じ基準時点0での測定値)、
Δfcurrent:現在流量(現在時点currentでの推定流量x%)、
Δdcurrent:現在平均液滴間隔(現在時点currentでの測定値)として、
流量変化率Δf(%)=Δfcurrent/Δf0=Δdcurrent/Δd0、また、流量まで求める場合は、現在流量Δfcurrent=Δf0・(Δdcurrent/Δd0)。
【0080】
図8は、これまでの撮像処理、画像処理、および上記の計算式を用いて、液滴間隔をもとに流量を制御する機構の動作を示す流れ図である。
【0081】
まず、プログラムが開始すると(S150)、基準となる初期値としての液滴間の距離Δd0を測定する(S151)。これは、基準となる初期点での現在の液滴間隔Δdcurrentを、図左側の液滴間隔測定(サブ)ルーチン(S155)により求め、ΔdcurrentをΔd0に代入する(S152)ことで達成される。
【0082】
基準となる初期点とは、ノズル等の系の状態が整備された直後の時点と考えることができる。
【0083】
また、液滴間隔測定(サブ)ルーチン(S152)は、便宜上サブルーチンとして表示しているが、マルチプロセッサによる平行処理、シングルプロセッサにおける割り込み処理などにより、プログラム本流のフローすなわち制御コンテクストとは独立して常に実行されるように構成することもできる。この場合には、静的大域変数などを用いてメモリの所定の位置にその時点での測定結果Δdcurrentを書き込む(S158)ようにプログラムを構成する。
【0084】
現在液滴間隔測定ルーチン(S152)は、前述したとおり現在の液滴間隔Δdcurrentを計算し、この値とともに(S158)、(サブルーチンとして構成されている場合は)制御を本流のフローに戻す(S159)。
【0085】
本流のフローでは得られたΔdcurrentをΔd0に代入して(S152)、このΔd0を初期値の液滴間隔、すなわち100%と定義する。
【0086】
このように初期値の設定が終了すると、次に液滴間隔の経時変化を測定する無限ループ(繰り返し)フェーズ(S153、S154)に移る。なお、無限ループフェーズは、コンピュータの図示しない入力装置からのコマンド入力により適当な時点で中断、あるいは終了することができる。
【0087】
無限ループフェーズでは、一定時間間隔でそのときの液滴間距離が測定される(S153、S155〜S159)。測定は、やはり液滴間距離想定ルーチンを、サブルーチン呼び出しにより直接利用したり、大域変数などを用いて間接的に利用したりして行われる。
【0088】
こうしてその時点で得られたΔdcurrentと既に得られているΔd0とをもとに、計算式Δdcurrent/Δd0×100(%)により液滴間隔の変化割合を求め(S154)、これを、初期点からの「流量の」変化割合として、表示装置9などに表示する。
【0089】
こうした無限ループは、やはり割り込み制御により制御されてもよく、プログラムの無条件分岐命令により制御されてもよい。割り込み制御の場合には、タイマーにより一定時間間隔で、測定および対応する表示が、自動的に繰り返されるようにすることができる。
【0090】
ΔdcurrentとΔd0の組み合わせ、あるいはその二者の比率は、加圧装置等へのフィードバック制御信号のソースとして用いることができる。こういったデジタル値が、コントロール・コンピュータ10の制御等によって直接・間接に加圧装置コントローラー4に内部共用バスあるいは専用チャネルを介して送信され、加圧装置コントローラー4のD/A変換器等を介してアナログ値となり、加圧装置のレギュレーターへの制御信号となる。
【0091】
具体的には、液滴間隔を反映するアナログ値が一定の基準値よりも大きい場合には、加圧量を減らすようにレギュレータが制御を行い、小さい場合には加圧量を大きくするように制御を行う。この制御には、一定のヒステリシスを設けられる。これは、有利には、コントロールコンピュータ10によるプログラムで設けられる。別の実施形態では、レギュレータのレベルで物理的に設けられる。
【0092】
上述の一連の機構が、微小流量を精度よくかつリアルタイムで検出し制御することを実質的に可能にしている。
【0093】
【発明の効果】
本発明により、微小流量の液体の特に液滴の流量を高精度かつリアルタイムで測定することが可能になり、またこれをもとに、微小流量の液体の特に液滴の流量を高精度かつリアルタイムで特に一定制御することも可能になる。また射出液滴の容積、粘性、比重、表面張力など、液体の性状の測定、同定を行うことも可能になり、この測定にもとづく微小流量の制御も可能となる。
【0094】
また本発明により、流量の検出に関して、間隔というより高精度検出が可能な物理量の検出を可能にする。
【0095】
また、外乱や微小なゆらぎに対してより頑強な液滴間隔検出が可能となっている。
【0096】
また本発明は、流量と射出速度とが相関し、かつ単位時間あたり一定数の液滴を作成するという機能を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す全体図である。
【図2】液体から微小液滴を射出する構成を示す概略図である。
【図3】液滴の射出と撮像との同期をとりかつ液滴に関する物理的条件を調節するためコントローラーの構成を示すブロック図である。
【図4】本発明による液滴間隔の検出装置を構成する要素とその各機能との対応を示す概略図である。
【図5】図5は、ノズル装置とその同期制御機構との関係を表す図である。
【図6】本発明の装置によりノズルから射出された液滴の撮像例とその特徴量の一つである複数の液滴間隔との対応を示す図である。
【図7】本発明による、複数の独立した装置において各流路における流量の変化割合と、対応する各ノズルから射出された液滴の液滴間隔変化割合との相関を示す図である。
【図8】液滴間隔をもとに流量を制御する機構の動作を示す流れ図である。
【符号の説明】
1 ノズル
2 流路(の大部分)
3 加圧装置
4 加圧装置コントローラー
5 ノズル−ストロボ同期コントローラー・ユニット
6 ストロボ
7 カメラ
8 液滴間隔測定プロセッサ
9 表示装置
10 コントロール・コンピューター
11 分配器
21 試薬又はインクのリザーバータンク
22 回収容器
23 回収ポンプ
24 チェックバルブ
31 加圧空気
32 レギュレーター
101 液滴偏向装置
111 液滴
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for identifying the properties of a droplet, and more particularly to an apparatus for identifying the properties of a droplet forming a micro flow rate, and an apparatus for measuring and controlling the associated micro flow rate. The present invention also relates to this method, a computer program, and a storage medium storing the same.
[0002]
[Prior art]
In the research, development, and manufacturing processes of chemicals, for example, a reagent solution has been printed and added to a strip such as a nitrocellulose membrane in a reproducible manner. An example of this is known literature, for example, Japanese Patent Publication No. 7-6975 “Apparatus and method for preparation and printing of reagent solution”.
[0003]
For printing / addition, conventionally, a means has been used in which a droplet of a reagent is ejected toward a nitrocellulose film by a nozzle device that drops liquid supplied under pressure. However, the flow rate and other properties of this reagent may change due to concentration, etc., and the flow rate may change due to accumulation of solidified material in the nozzle or other passages. It was necessary to identify and further adjust the flow rate.
[0004]
In addition, the same phenomenon occurs in an ink supply mechanism in an ink jet printer, and it is necessary to adjust a minute flow rate in a liquid flow path.
[0005]
Conventionally, detection of the current flow rate for performing these adjustments has been performed by visually confirming the ejection amount from the nozzle, detecting the weight of a certain number of droplets ejected, or the like.
[0006]
However, the addition of reagents and the use of ink in ink jet printers require high-precision flow rate control in the first place, and the concentration of liquid and accumulation in nozzles and other flow paths occur frequently or randomly. It is necessary to adjust the minute flow rate in real time, and there is a drawback that a desired effect cannot be sufficiently achieved by the conventional visual recognition and accumulation speed detection.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the main object of the present invention is to provide an apparatus for measuring and controlling the flow rate of a minute flow rate of liquid with high accuracy and in real time.
[0008]
It is another object of the present invention to provide a device that simultaneously measures and identifies the volume, viscosity, specific gravity, surface tension, and the like of ejected droplets, and further controls the flow rate and properties.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a micro flow rate measuring device made in view of the above-mentioned object, which is a nozzle device having a constant diameter and ejecting a fixed number of droplets per unit time, and supplying liquid to the nozzle device And a detection device for detecting the interval between a plurality of droplets ejected by the nozzle device.
[0010]
A nozzle device having a constant aperture can eject droplets at a speed correlating with the flow rate, and on the premise that a certain number of droplets are ejected per unit time, the droplet interval is directly linked to the flow rate. Become.
[0011]
In addition, the droplet interval reflects the flow rate at that time in real time, and the first object of the present invention can be realized by detecting a physical quantity that can be detected with higher accuracy than the interval. I have to.
[0012]
The present invention also provides a liquid property measuring device, which is a nozzle device having a constant aperture and ejecting a fixed number of droplets per unit time, and a supply for supplying liquid to the nozzle device A device and a detection device for detecting an interval between a plurality of droplets ejected by the nozzle device.
[0013]
The liquid property to be measured can be any one of the volume, viscosity, specific gravity, and surface tension of the ejected droplet.
[0014]
The basic principle is the same as that of the flow rate measuring device. The volume of the ejected droplet reflects the flow rate as it is. Further, the viscosity, specific gravity, surface tension, etc. of the liquid itself correlate with the flow rate and hence the injection speed, and can be detected by the same method as the flow rate.
[0015]
The detection device advantageously has a mechanism for providing strobe illumination synchronized with droplet ejection, a camera for capturing images of a plurality of droplets synchronized and stationary by strobe illumination, and extracting feature amounts from the droplet images. And a processor for measuring a droplet interval.
[0016]
Strobe illumination synchronized with droplet ejection allows a series of droplets ejected and moved at high frequency, i.e., high frequency, to be viewed as multiple droplets that remain stationary on the video image. This facilitates detection of the droplet interval by a normal video camera, for example, an industrial or inspection video camera.
[0017]
The feature amount is advantageously obtained by extracting the centroid of the droplet from the droplet image by image processing, measuring several distances between the centroids, and averaging.
[0018]
This makes it possible to detect a drop interval more robust against disturbances and minute fluctuations.
[0019]
The nozzle device can include a strain-electric element.
[0020]
A nozzle using a strain-electric element can easily realize the function of creating a fixed number of droplets per unit time with a constant aperture, a correlation between the flow rate and the ejection speed.
[0021]
The present invention can also feedback-control the supply of the liquid forming the droplets to the nozzle device based on the measurement values of the droplet intervals obtained from these devices so that the droplet intervals are constant.
[0022]
This control can be performed by increasing or decreasing the pressure of the liquid forming the droplets to the nozzle device. For example, when the droplet interval is larger than the reference value, the pressure is decreased, and when the droplet interval is smaller than the reference value, the pressure is increased. When the allowable range of the reference value is wide, a certain hysteresis may be provided for this control.
[0023]
Moreover, it can carry out by changing the mixing | blending to the nozzle apparatus of two or more types of liquid which forms a droplet. When a certain current droplet interval is obtained, statistically obtain in advance data on what changes in the composition, for example, the extrusion pressure of each liquid type, will return the droplet interval to the initial value, and store it in the computer memory. Such a mechanism can be realized by accumulating and controlling each extrusion pressure while referring to this memory.
[0024]
These make it possible to control the flow rate of the liquid supplied in various ways, and thus control the volume, velocity, etc. of the ejected droplets.
[0025]
The present invention also provides a liquid property identification device that outputs a property value by applying a predefined correspondence between a droplet interval and a property value to a droplet interval measurement value from the liquid property measurement device.
[0026]
As a result, it is possible to display the property corresponding to the droplet interval, for example, the specific value of the volume of the droplet, in real time and with high accuracy in a unit that a human can immediately grasp.
[0027]
Such correspondence may be realized as a function by a computer program, and by storing the correspondence between the droplet interval and the volume obtained in advance in a reference table format in a memory, You may implement | achieve by picking up and displaying the droplet volume value of the record corresponding to a droplet space | interval.
[0028]
In addition to the volume of the droplet, viscosity, specific gravity, surface tension, etc. are also reflected in the droplet interval, and the viscosity of the droplet at that time can be similarly changed from the droplet interval at a certain time by using the inverse programming or corresponding measurement in advance. Reverse calculation or pickup can be performed.
[0029]
The present invention also provides a method for measuring a flow rate, the method comprising ejecting droplets from a nozzle device having a constant diameter and ejecting a certain number of droplets per unit time; Detecting an interval between a plurality of droplets ejected by the nozzle device.
[0030]
This method also makes it possible to measure the flow rate of the flow channel itself with respect to the nozzle. By obtaining a mode suitable for image processing called a droplet interval, it is possible to detect the flow rate with high accuracy.
[0031]
The present invention also provides a method for measuring liquid properties, the method comprising ejecting droplets from a nozzle device having a constant aperture and ejecting a constant number of droplets per unit time; And detecting an interval between a plurality of droplets ejected by the nozzle device.
[0032]
This liquid property can be any one of the volume, viscosity, specific gravity, and surface tension of the ejected droplet.
[0033]
This detection step advantageously includes providing a strobe illumination synchronized with droplet ejection, capturing a plurality of droplet images synchronized and stationary by the strobe illumination, and extracting feature quantities from the droplet image. And measuring a droplet interval.
[0034]
In these methods, the feature amount is advantageously obtained by extracting the centroid of the droplet from the droplet image by image processing, and measuring and averaging several distances between the centroids.
[0035]
Further, in these methods, the nozzle device can include a strain electric element.
[0036]
Further, the present invention provides a method for feedback control of supply of a liquid for forming a droplet to a nozzle device based on the droplet interval obtained by these methods so that the droplet interval is constant.
[0037]
This advantageously controls the pressure on the nozzle device of the liquid forming the droplets.
[0038]
Further, the blending of two or more kinds of liquids for forming droplets into the nozzle device may be feedback controlled so that the interval between the droplets is constant.
[0039]
The present invention also provides a liquid property identification method that outputs a property value by applying a correspondence between a predefined droplet interval and a property value to the droplet interval (measured value) obtained from the liquid property measurement method. To do.
[0040]
The present invention further includes a step of capturing an image including a plurality of ejected droplets into a storage unit in a computer system including at least a physical quantity detection unit and a storage unit, and a droplet from the image captured in the storage unit A program for executing the step of calculating the interval and the step of outputting a value related to the droplet interval is provided.
[0041]
The step of calculating the droplet interval can advantageously calculate the droplet interval by extracting the feature amount from the image captured in the storage means.
[0042]
This feature amount can be advantageously obtained by extracting the centroid of the droplet from the droplet image by image processing, and measuring and averaging several distances between the centroids.
[0043]
Such a program enables high-precision detection as described above by digital processing via a computer.
[0044]
The present invention also provides a computer-readable storage medium storing these programs.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the embodiment of the present invention, each component is a well-known document, for example, Japanese Patent Publication No. 7-6975 “Apparatus and Method for Reagent Liquid Preparation and Printing”, Japanese Patent Laid-Open No. 9-1792 “Inkjet System”, US Patent. 4216483 “LINEAR ARRAY INK JET ASSEMBLY”, US Pat. No. 4,383,264 “DEMAND DROP FORMING DEVICE WITH INTERSTRUCTING TRANSDUCE AND DEVICIN LIFE AND DEVIC LIFE” For details of each known component that can be referred to .
[0046]
FIG. 1 shows the overall structure of an embodiment of the present invention.
[0047]
Reference numeral 1 denotes a nozzle device for ejecting the micro droplet 111. In particular, the electrostrictive element is configured by using a strain electric element, and the liquid droplets can be ejected at an initial velocity proportional to the ejection flow rate. Reference numeral 2 denotes a flow path for transporting liquid to the nozzle device, and a liquid reservoir tank (solution container) 21 forms the main part of the flow path. The flow rate can be regarded as the amount of liquid ejected from the reservoir tank through the nozzle device per unit time. Reference numeral 3 denotes a pressurizing device for generating this flow rate. Reference numeral 4 denotes a pressurization device controller for controlling the pressurization device, which has a function of measuring the current pressure related to the pressurization target and a function of controlling the pressurization amount. 5 defines the ejection frequency of the droplet, synchronizes with the imaging system, particularly a strobe 6 described later, and further physical conditions for ejecting the droplet, here the ejection timing, the amount of charge applied to the droplet, after ejection It is a controller unit that generates a synchronization signal for each control for dynamically adjusting the influence of the electric field applied to each droplet. As a droplet interval detection device, a high-frequency strobe 6 and a drop monitor camera 7 that can capture an interval between a plurality of droplets and output them as a digital still image, and a video signal from the camera connected to the camera are converted into a digital still image. A processor 8 that sequentially captures as a time series (for example, a non-compressed BMP format or a reversible / irreversible compression format such as PNG) and calculates an average droplet interval for each still image. In another embodiment, a signal line (not shown) may be provided from the controller unit 5 to the camera 7 so that the camera shutter can also be controlled synchronously. The processor 8 calculates the flow rate from the average droplet interval and displays the value on a display device 9 which is an analog RGB monitor connected to a control computer (PC) 10.
[0048]
As an example of these operation cycles, the emission and strobe can be synchronized to 47000 Hz, and the camera can capture images at about 60 Hz.
[0049]
The pressurizing device controller 4, the controller unit 5, and the processor 8 are accommodated in one PC 10, and each is connected to an external device, the pressurizing device 3, through an interface such as a GP-IB interface, or an RS-232C in another form. In addition to exchanging signals with the strobe 6, camera 7, and display device 9, device-specific data and control signals can be exchanged through an internal bus in the PC 10. Not only the flow rate measurement but also the flow rate is controlled by a program stored in advance in a memory (not shown) in the PC 10 and predefined statistical data. Originally, it is possible to identify properties such as the viscosity, specific gravity, and surface tension of the liquid droplet at that time. The PC 10 includes a communication interface for the Internet and a portable medium reading device, and can install the computer program and statistical data from various external media.
[0050]
Hereinafter, each aspect of the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments and embodiments described above and below are examples, and the scope of the present invention is limited only by the scope of the appended claims, and those skilled in the art can implement various modifications within the scope. Is possible.
[0051]
FIG. 2 is a schematic view showing a mode of ejecting microdroplets from a liquid.
[0052]
The pressurizing device 3 sends pressurized air 31 from an air supply device (not shown) to the reservoir tank 21 as the flow path 2. The amount of air fed in is adjusted by the regulator 32 in the pressurizing device 3 based on a signal from the pressure sensor in the pressurizing device 3 or by manual adjustment without using the signal in another embodiment. The
[0053]
The signal is once sent to the pressure measurement unit of the external pressurization device controller 4, and is determined by the pressurization device controller 4 or by the program, data, and / or related devices 5 and 8 in the PC 10 for further controlling this. The determination is sent as a signal to the regulator in the pressurizer. In another embodiment, the signal from the sensor can be sent to the regulator (not shown) only through the control circuit in the pressurizer.
[0054]
In particular, the reservoir tank 21 in the flow channel 2 is pressurized by the pressurizing device 3 to push out the liquid in the flow channel to the nozzle device 1.
[0055]
The nozzle device 1 is composed of an element that generates a displacement with respect to an electric signal using a strain electric element, and constantly vibrates at a constant period by a control signal from a controller unit described later, thereby constantly maintaining a constant per unit time. Inject droplet number. When the flow rate is large, the weight per droplet increases, but the initial velocity of the ejected droplet becomes faster because the size of the nozzle outlet does not change. Conversely, when the flow rate is small, the initial velocity of the droplet is slow. After ejection, the droplets stabilize at a speed that balances the air resistance and fly at a constant interval, but the interval is proportional to the initial velocity, so a wide droplet interval when the flow rate is large and a narrow droplet interval when the flow rate is small. Form.
[0056]
The collection container 22 collects the flying droplets, and the collection pump 23 returns the liquid in the collection container to the reservoir tank 2 via the check valve 24.
[0057]
The check valve 24 prevents backflow and enables accurate flow measurement.
[0058]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the controller unit 5 in order to synchronize the ejection and imaging of the droplet and adjust the physical conditions related to the ejected droplet.
[0059]
The input signal I / F 501 is a distributor for performing synchronous control for each circuit in the figure that generates control signals for the illumination (strobe) 6, the nozzle 1, and the droplet deflecting device 101. Form an internal signal interface.
[0060]
The distributor 11 may be constituted by a dedicated branch circuit or a multiplexer circuit, or may be realized through a logical channel using the internal bus of the PC 10.
[0061]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the correspondence between the elements constituting the droplet interval detection device according to the present invention and the functions thereof. By using the nozzle control signal for controlling the nozzle device 1 and the light source control signal for controlling the LED type strobe illumination 6 to perform synchronized control, it is easy to generate a still image of the droplet.
[0062]
The camera 7 captures a droplet image with a high precision and a limited exposure time using a strobe, and transmits the image to the processor 8 in an analog video format such as NTSC.
[0063]
The processor 8 replaces the analog video format droplet image moving image, which appears to be still in synchronization with the time series of the digital still image by a known method (81), and further each digital still image. After performing digital image processing (82) such as feature extraction, the droplet interval is finally measured (83).
[0064]
The measurement result is controlled to be displayed on an appropriate display device 9 such as an RGB monitor, and further transferred as a feedback signal for controlling the pressurizing device or stored in a memory as necessary.
[0065]
For the feature extraction of still images, general methods such as binarization, clustering, and cluster centroid determination can be used.
[0066]
The droplet interval measurement 83 can be performed by, for example, averaging the intervals of a plurality of droplet centroids in the same image, and using various other known statistical methods based on the above digitization. The accuracy can be increased.
[0067]
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the nozzle device and its synchronization control mechanism.
[0068]
Here, in particular, an example is described in which the user (upper right) manually sets the synchronization condition through the user I / F in order to print the reagent on the nitrocellulose film.
[0069]
The control computer that receives a command from the input device 12 of the user I / F can send a control signal to each device, that is, the waveform generator 53, the piezoelectric driver 52, and the high-voltage power supply device 54 at an appropriate timing by an internal clock. In this example, the piezoelectric driver obtains the trigger from an external generator 524, but the control signal from the control computer can also include the trigger.
[0070]
The waveform generator 53 generates an output waveform of the charge pin 535 for giving an appropriate charge to the droplet 111 ejected from the nozzle.
[0071]
The piezoelectric driver 52 controls nozzle ejection timing. In the present invention, the injection timing is advantageously controlled to be a constant period.
[0072]
The high-voltage power source 54 controls the high-pressure plate 536 that forms a high electric field for influencing the traveling direction of the droplet after the nozzle is ejected.
[0073]
The degree of deflection of the ejected droplet 111 is determined by the degree of charge charged by the charge pin 535, and falls, for example, at a predetermined position on the nitrocellulose film. According to the present invention, for example, as a result of defining the volume of a droplet with high accuracy, the degree of deflection can be controlled with high accuracy, and eventually, an appropriate amount can be printed and added to an appropriate position with high accuracy.
[0074]
FIG. 6 is a diagram showing a correspondence between an example of imaging of a droplet ejected from a nozzle by the apparatus of the present invention and a plurality of droplet intervals that are one of the feature amounts.
[0075]
Each ellipse with a polka dot pattern represents each ejected droplet, and a thick frame represents a range of one still image corresponding to one flash of a strobe. The vertical thin line 141 in the thick frame represents the barycentric coordinate in the horizontal direction of the droplet, and the horizontal thin line 142 represents the barycentric coordinate in the vertical direction of the droplet. Each double arrow represents each droplet interval.
[0076]
In FIG. 6, d1 is the first droplet center of gravity interval, d2 is the next droplet center of gravity interval, and dn is the last droplet center of gravity interval. The average droplet spacing is d1, d2,. . . By calculating the sum of dn and dividing by n by the processor 8, it can be performed at high speed and easily.
[0077]
Such a digital image in which an auxiliary line is added to the imaging processing result can be digitally displayed on the display device 9 as it is, and may be displayed together with other information, for example, the calculation result of the average droplet interval. Good. At this time, it is possible to display the imaging processing result at each time point in real time.
[0078]
FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the change rate of the flow rate in each flow path and the change rate of the droplet interval of each droplet ejected from each corresponding nozzle in a plurality of independent apparatuses according to the present invention.
[0079]
Specifically, using five flow rate measuring devices (corresponding to Head # 1 to Head # 5), the flow rate is changed by artificially changing the pressure of the pressurizing device, and the droplet interval measured by this device Compared with the data. Note that a certain number of droplets are collected under each condition and the weight is measured. As can be seen from FIG. 7, the flow rate change rate and the droplet interval change rate show a good correlation with high accuracy, and the following calculation formula is established. That is,
Δf 0 : Initial flow rate (measured value at a certain reference time 0 is 100%),
Δd 0 : Initial average droplet interval (measured value at the same reference time 0),
Δf current : Current flow rate (estimated flow rate x% at the current time current),
Δd current : Current average droplet interval (measured value at the current time current)
Flow rate change rate Δf (%) = Δf current / Δf 0 = Δd current / Δd 0 If the flow rate is calculated, the current flow rate Δf current = Δf 0 ・ (Δd current / Δd 0 ).
[0080]
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the mechanism that controls the flow rate based on the droplet interval using the conventional imaging processing, image processing, and the above calculation formula.
[0081]
First, when the program starts (S150), the distance Δd between the droplets as an initial reference value is set. 0 Is measured (S151). This is because the current droplet interval Δd at the reference initial point current Is obtained by the droplet interval measurement (sub) routine (S155) on the left side of the figure, and Δd current Δd 0 This is achieved by substituting into (S152).
[0082]
The reference initial point can be considered as the time immediately after the state of the system such as the nozzle is improved.
[0083]
In addition, the droplet interval measurement (sub) routine (S152) is displayed as a subroutine for convenience, but independent of the main flow of the program, that is, the control context by parallel processing by a multiprocessor, interrupt processing by a single processor, and the like. It can also be configured to always be executed. In this case, the measurement result Δd at that time is stored at a predetermined position in the memory using a static global variable or the like. current Is configured to write (S158).
[0084]
As described above, the current droplet interval measurement routine (S152) performs the current droplet interval Δd. current With this value (S158), control is returned to the main flow (if configured as a subroutine) (S159).
[0085]
Δd obtained in the main flow current Δd 0 (S152), this Δd 0 Is defined as the initial droplet spacing, ie 100%.
[0086]
When the setting of the initial value is completed in this way, the process proceeds to the infinite loop (repetition) phase (S153, S154) for measuring the change with time of the droplet interval. The infinite loop phase can be interrupted or terminated at an appropriate time by inputting a command from an input device (not shown) of the computer.
[0087]
In the infinite loop phase, the distance between droplets at that time is measured at regular time intervals (S153, S155 to S159). The measurement is also performed by directly using the inter-droplet distance estimation routine by calling a subroutine or indirectly using a global variable or the like.
[0088]
Thus, Δd obtained at that time current And already obtained Δd 0 Based on the above, the calculation formula Δd current / Δd 0 The change rate of the droplet interval is obtained from × 100 (%) (S154), and this is displayed on the display device 9 or the like as the change rate of “flow rate” from the initial point.
[0089]
Such an infinite loop may also be controlled by interrupt control or by an unconditional branch instruction of a program. In the case of interrupt control, measurement and corresponding display can be automatically repeated at regular time intervals by a timer.
[0090]
Δd current And Δd 0 Or a ratio of the two can be used as a source of a feedback control signal to a pressurizing device or the like. Such digital values are directly or indirectly transmitted to the pressurizer controller 4 through the internal shared bus or a dedicated channel under the control of the control computer 10, and the D / A converter, etc. of the pressurizer controller 4 is transmitted. It becomes an analog value, and becomes a control signal to the regulator of the pressurizing device.
[0091]
Specifically, when the analog value reflecting the droplet interval is larger than a certain reference value, the regulator controls to reduce the pressurization amount, and when it is small, the pressurization amount is increased. Take control. This control is provided with a certain hysteresis. This is advantageously provided by a program by the control computer 10. In another embodiment, it is physically provided at the regulator level.
[0092]
The above-described series of mechanisms substantially enables a minute flow rate to be detected and controlled accurately and in real time.
[0093]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to measure the flow rate of a very small amount of liquid, particularly a droplet, with high accuracy and in real time. This makes it possible to perform particularly constant control. It is also possible to measure and identify the properties of the liquid, such as the volume, viscosity, specific gravity, and surface tension of the ejected droplets, and to control the minute flow rate based on this measurement.
[0094]
Further, according to the present invention, it is possible to detect a physical quantity that can be detected with higher accuracy than an interval with respect to detection of a flow rate.
[0095]
In addition, it is possible to detect a droplet interval more robust against disturbances and minute fluctuations.
[0096]
Furthermore, the present invention can easily realize the function of correlating the flow rate with the ejection speed and creating a certain number of droplets per unit time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration for ejecting micro droplets from a liquid.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a controller for synchronizing ejection of a droplet and imaging and adjusting a physical condition related to the droplet.
FIG. 4 is a schematic diagram showing correspondence between elements constituting the droplet interval detection device according to the present invention and respective functions thereof;
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a nozzle device and a synchronization control mechanism thereof.
FIG. 6 is a diagram showing a correspondence between an example of imaging of a droplet ejected from a nozzle by the apparatus of the present invention and a plurality of droplet intervals, which is one of its feature amounts.
FIG. 7 is a diagram showing a correlation between a flow rate change rate in each flow path and a drop interval change rate of droplets ejected from each corresponding nozzle in a plurality of independent apparatuses according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of a mechanism for controlling the flow rate based on the droplet interval.
[Explanation of symbols]
1 nozzle
2 Channels (most)
3 Pressurizer
4 Pressurizer controller
5 Nozzle-strobe synchronization controller unit
6 Strobe
7 Camera
8 Droplet spacing processor
9 Display device
10 Control computer
11 Distributor
21 Reagent or ink reservoir tank
22 Collection container
23 Collection pump
24 Check valve
31 Pressurized air
32 Regulator
101 Droplet deflecting device
111 droplets

Claims (14)

一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置(1)と、液体をノズル装置(1)に供給する供給装置と、ノズル装置(1)により射出された複数の液滴間の間隔を検出する検出装置(6、7、8)とを備えることを特徴とする微小流量測定装置。  A nozzle device (1) having a constant diameter and ejecting a fixed number of droplets per unit time, a supply device for supplying liquid to the nozzle device (1), and a nozzle device (1) And a detection device (6, 7, 8) for detecting an interval between a plurality of droplets. 前記検出装置(6、7、8)が、液滴射出と同期したストロボ照明を与える機構(5、6)と、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するカメラ(7)と、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するプロセッサー(8)とを備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。The detection device (6, 7, 8) provides a mechanism (5, 6) for providing strobe illumination synchronized with droplet ejection, and a camera (7) for capturing images of a plurality of droplets synchronized and stationary by the strobe illumination. The apparatus according to claim 1 , further comprising: a processor (8) that extracts a feature amount from the droplet image and measures a droplet interval. 前記特徴量が、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められることを特徴とする請求項2に記載の装置。 3. The apparatus according to claim 2 , wherein the feature amount is obtained by extracting a centroid of a droplet from a droplet image by image processing, and measuring and averaging several distances between the centroids. ノズル装置(1)が歪電素子を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。4. A device according to any one of the preceding claims , characterized in that the nozzle device (1) comprises a strained electrical element. 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。The apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the supply device is feedback-controlled so that the droplet interval is constant based on the measured value of the droplet interval. 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置のノズルへの供給圧力をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。The apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the supply pressure to the nozzle of the supply device is feedback-controlled so that the droplet interval is constant based on the measured value of the droplet interval. 液滴間隔の前記測定値をもとに、液滴間隔が一定になるよう、前記供給装置において液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置(1)への配合をフィードバック制御する請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。Based on the measurements of the droplet spacing so that the droplets interval is constant, claim feedback control of the blending of the nozzle device of the two or more liquids for forming a droplet in the supply device (1) The apparatus according to any one of 1 to 4 . 流量を測定する方法であって、一定の口径を有するノズル装置であって単位時間あたり一定数の液滴を射出するノズル装置から液滴を射出するステップと、ノズル装置(1)により射出された複数の液滴間の間隔を検出するステップとを含むことを特徴とする微小流量測定方法。  A method of measuring a flow rate, a step of ejecting droplets from a nozzle device having a constant diameter and ejecting a predetermined number of droplets per unit time, and ejected by the nozzle device (1) And a step of detecting an interval between the plurality of droplets. 前記検出ステップが、液滴射出と同期したストロボ照明を与えるステップと、ストロボ照明によって同期・静止した複数の液滴の像を撮像するステップと、液滴像から特徴量を抽出して液滴間隔を測定するステップとを備えることを特徴とする、請求項8に記載の方法。The detection step includes a step of providing strobe illumination synchronized with droplet ejection, a step of capturing images of a plurality of droplets synchronized and stationary by the strobe illumination, and extracting a feature amount from the droplet image to detect a droplet interval. The method of claim 8 , further comprising the step of: 前記特徴量が、液滴像から液滴の重心を画像処理で抽出し、重心間の距離を数ヶ所測定して平均化することにより求められることを特徴とする請求項9に記載の方法。The method according to claim 9 , wherein the feature amount is obtained by extracting a centroid of a droplet from a droplet image by image processing, and measuring and averaging several distances between the centroids. ノズル装置(1)が歪電素子を含むことを特徴とする、請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。11. A method according to any one of claims 8 to 10 , characterized in that the nozzle device (1) comprises a strained electrical element. 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置(1)への供給を液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。12. The method according to claim 8 , further comprising a step of feedback-controlling the supply of the liquid forming the droplets to the nozzle device (1) based on the obtained droplet intervals so that the droplet intervals are constant. The method according to one item. 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する液体のノズル装置(1)への圧力を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。12. The method according to claim 8 , further comprising a step of feedback-controlling the pressure of the liquid forming the droplets to the nozzle device (1) based on the obtained droplet interval so that the droplet interval is constant. The method according to claim 1. 得られる液滴間隔をもとに、液滴を形成する二種類以上の液体のノズル装置(1)への配合を、液滴間隔が一定になるようフィードバック制御するステップをさらに含む、請求項8から11のいずれか一項に記載の方法。Based on the droplet spacing obtained, the incorporation into form droplets of two or more of the nozzle device of the liquid (1), further comprising the step of feedback control such that the droplet spacing is constant, claim 8 To 11. The method according to any one of 11 to 11 .
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