JP5407676B2 - 液滴吐出ヘッドの吐出検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、着弾液滴の撮像結果に基づいて、液滴吐出ヘッドの吐出（例えば、吐出性能）を検査する液滴吐出ヘッドの吐出検査装置に関するものである。

従来、液滴吐出ヘッドの吐出検査装置として、設計上の着弾位置をマーキングしたアライメントマスクと、液滴吐出ヘッドからの液滴が着弾される被着弾面と、アライメントマスクにマーキングした基準マークを認識すると共に、被着弾面上の着弾液滴を認識する着弾位置認識手段と、基準マークのマーク位置と、着弾液滴の実着弾位置とを比較して、液滴吐出ヘッドの吐出性能を評価する評価手段と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−３４１０２０号公報

しかしながら、このような吐出検査装置では、アライメントマーク上の基準マーク（の外郭や中心点）と被着弾面上の着弾液滴（の外郭や中心点）とを認識し、且つその位置ズレ量を取得する必要があるため、吐出検査が煩雑であるという問題があった。これに対し、アライメントマスクを用いず、データとして記憶されたマスクパターンと、被着弾面上の着弾液滴との位置ズレ量を取得する構成も考えられるが、かかる場合、吐出検査を精度良く行うことができないという問題がある。

本発明は、液滴吐出ヘッドの吐出検査を容易且つ精度良くに行うことができる液滴吐出ヘッドの吐出検査装置を提供することを課題としている。

本発明の液滴吐出ヘッドの吐出検査装置は、液滴吐出ヘッドからの液滴を着弾させる被着弾面を有し、被着弾面に、着弾液滴と同色に塗りつぶされた図形によって着弾位置の許容範囲を示す許容範囲イメージを有するマスクパターンを表示する表示手段と、表示したマスクパターンと被着弾面の着弾液滴とを撮像する撮像手段と、マスクパターンと撮像手段による撮像結果とを比較して、液滴吐出ヘッドの吐出を検査する検査手段と、を備え、表示手段は、被着弾面に対しマトリクス状に配列した複数の光源によって、マスクパターンを表示することを特徴とする。

この構成によれば、着弾位置の許容範囲を示す塗りつぶされた図形が、着弾液滴の色と同色であるため、着弾位置が許容範囲内であれば、着弾液滴が撮像手段によって画像認識されない。ゆえに、撮像結果とマスクパターンとの相違点が、そのまま、許容範囲外に位置する着弾液滴となる。したがって、撮像結果とマスクパターンとの相違点の有無を調べるだけで、容易に着弾位置が許容範囲内にあるか否かを判定することができる。ゆえに、液滴吐出ヘッドの吐出検査を容易且つ精度良くに行うことができる。
また、マトリクス状に配列した複数の光源が、撮像用の照明としても機能するため、特段の照明手段を必要とせず、吐出検査装置を簡単な構成とすることができる。なお、各光源のＯＮ／ＯＦＦ（表示／非表示）による明暗によって、マスクパターンを表示するものであっても良いし、カラー光源によって、マスクパターンを表示するものであっても良い。

本発明の液滴吐出ヘッドの吐出検査装置は、液滴吐出ヘッドからの液滴を着弾させる被着弾面を有し、被着弾面に、着弾液滴と同色に塗りつぶされた図形によって着弾面積の許容範囲を示す許容範囲イメージを有するマスクパターンを表示する表示手段と、表示したマスクパターンと被着弾面の着弾液滴とを撮像する撮像手段と、マスクパターンと撮像手段による撮像結果とを比較して、液滴吐出ヘッドの吐出を検査する検査手段と、を備え、表示手段は、被着弾面に対しマトリクス状に配列した複数の光源によって、マスクパターンを表示することを特徴とする。

この構成によれば、着弾面積の許容範囲を示す塗りつぶされた図形が、着弾液滴の色と同色であるため、着弾面積が許容範囲内であれば撮像手段によって着弾液滴が画像認識されない。ゆえに、撮像結果とマスクパターンの相違点がそのまま許容範囲外の着弾液滴となる。したがって、撮像結果とマスクパターンとの相違点の有無を調べるだけで、容易に着弾面積が許容範囲内であるか否かを判定することができる。ゆえに、液滴吐出ヘッドの吐出検査を容易に精度良く行うことができる。
また、マトリクス状に配列した複数の光源が、撮像用の照明としても機能するため、特段の照明手段を必要とせず、吐出検査装置を簡単な構成とすることができる。

この場合、複数の光源は、液晶パネルにより、構成されていることが好ましい。

この構成によれば、表示手段として、安価な液晶パネルを用いることで、吐出検査装置全体のコストを軽減することができる。

本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの吐出検査装置を示した概略斜視図である。 吐出検査装置を示した制御ブロック図である。 検査描画パターンおよびマスクパターンを示した図である。 吐出検査動作のフローチャートである。 検査工程を説明するための説明図である。 マスクパターンの変形例を示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の液滴吐出ヘッドの吐出検査方法を適用した液滴吐出ヘッドの吐出検査装置について説明する。液滴吐出ヘッドの吐出検査装置は、液滴吐出ヘッドから被着弾面に液滴を着弾させて、その着弾結果を検査することで、液滴吐出ヘッドの吐出（吐出性能）を検査するものである。また、本吐出検査装置は、特定のマスクパターンを用いることで、容易に且つ精度良く吐出検査を行うことができる。

図１に示すように、吐出検査装置１は、検査対象となる液滴吐出ヘッド２と、液滴吐出ヘッド２の下方（吐出方向）に配設されると共に被着弾面３を有する着弾ステージ（表示部および表示手段）４と、着弾ステージ４をＸＹ方向に移動するＸＹテーブル５と、液滴吐出ヘッド２に隣接して配設され、被着弾面３を撮像する撮像カメラ（撮像部および撮像手段）６と、これら構成装置を制御する制御装置７（図２参照）と、を備えている。

液滴吐出ヘッド２は、ピエゾ式のインクジェットヘッドであり、複数のノズル孔から液滴を吐出可能な構成を有している。ＸＹテーブル５により、液滴吐出ヘッド２に対し、着弾ステージ４を相対的に移動させつつ、吐出駆動を行うことで被着弾面３全域に検査描画パターンＳＰを形成する。

ＸＹテーブル５は、着弾ステージ４を搭載し、着弾ステージ４をＸ軸方向に移動するＸ軸テーブル１１と、Ｘ軸テーブル１１を搭載し、Ｘ軸テーブル１１を介して着弾ステージ４をＹ軸方向に移動するＹ軸テーブル１２と、を備えている。これらによって、液滴吐出ヘッド２や撮像カメラ６に対し、着弾ステージ４を相対的にＸＹ方向に移動させる。

撮像カメラ６は、カラー画像が撮像可能なカラーカメラで構成されている。撮像カメラ６は、液滴吐出ヘッド２に隣接し、且つ着弾ステージ４の上方に配設されており、着弾ステージ４側を向いて上方から被着弾面３を撮像する。すなわち、撮像カメラ６は、被着弾面３に対する鉛直方向から被着弾面３を撮像する。撮像カメラ６の撮像範囲は被着弾面３の一部分を撮像する範囲である。そのため、ＸＹテーブル５により、撮像カメラ６に対し、着弾ステージ４を相対的に移動させつつ、撮像を行うことで全域を撮像する。詳細は後述するが、吐出検査動作では、被着弾面３に表示したマスクパターンＭＰと、被着弾面３上の着弾液滴Ｂとを同時に撮像する。

着弾ステージ４は、マスクパターンＭＰを表示する液晶パネル１３と、液晶パネル１３に重畳し、表面を被着弾面３とする透明なクリアプレート１４と、を備えている。液晶パネル１３を駆動することで、クリアプレート１４の被着弾面３にマスクパターンＭＰを表示する。液晶パネル１３は、液晶アレイ、カラーフィルターおよびバックライトを有し、マトリクス状に複数の画素（光源）を形成する。液晶パネル１３は、ＲＧＢ３色の３重構造で構成されており、各画素が任意の色に光表示可能に構成されている。

図２に示すように、制御装置７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３と、ハードディスク（ＨＤＤ：Hard disk drive）２４と、を有している。ＣＰＵ２１は、吐出検査装置１を制御する中央処理装置である。ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１が各種制御を行うための制御プログラムを記憶しており、ＲＡＭ２３は、ワークエリアとして利用される。また、ハードディスク２４は、設定情報データ３１およびマスクパターンデータ３２を含む各種データおよび各種プログラムを書換可能に記憶している。制御装置７は、ＲＯＭ２２やハードディスク２４に記憶されたプログラムに従い、ＣＰＵ２１が各種演算処理を行うことで、各種動作を実行する。また、制御装置７は、構成装置や外部装置から設定情報の更新データを受け、ハードディスク２４内の設定情報データ３１を更新する。なお、請求項にいう検査手段は、制御装置７により構成されている。

設定情報データ３１は、設定情報を記憶するデータであり、設定情報として、検査描画パターンデータ４１と、位置範囲データ４２と、液滴色データ４３と、液滴種類データ４４と、を有している。これらのデータは、上記更新データに基づいて、随時更新される。位置範囲データ４２は、着弾位置の許容範囲を示すデータである。液滴色データ４３は、使用する液滴の色を示すデータである。液滴種類データ４４は、使用する液滴の種類を示すデータである。

検査描画パターンデータ４１は、検査描画パターンＳＰを記憶するものである。検査描画パターンＳＰは、更新データによって変更可能であり、例えば、図３（ａ）に示すようなマトリクス状に着弾液滴Ｂを形成する検査描画パターンＳＰを用いる。なお、検査描画パターンＳＰに代えて、当該検査描画パターンＳＰを描画するための、液滴吐出ヘッド２の駆動とそれに同期するＸＹテーブルの駆動との駆動シーケンスデータを記憶する構成であっても良い。

マスクパターンデータ３２は、マスクパターンＭＰを記憶するデータである。マスクパターンＭＰは、設定情報データ３１に記憶された設定情報に基づいて形成され、更新される。マスクパターンＭＰは、検査描画パターンＳＰに対応して配置された許容範囲イメージＡを有しており、許容範囲イメージＡは、着弾液滴Ｂと同色に塗りつぶされた図形（いわゆる塗り図形）で形成され、着弾位置の許容範囲を示している（図３（ｂ）参照）。すなわち、マスクパターンＭＰは、設定情報に基づいて、許容範囲イメージＡの形状や色、配置等が更新する。例えば、位置範囲データ４２の更新に伴って、許容範囲イメージＡを形成する画素の数を変更する。

ここで図４および図５を参照して、吐出検査動作について説明する。図４に示すように、吐出検査動作は、制御装置７の制御下において実行されるものであり、吐出検査動作では、表示工程（Ｓ１）と、検査吐出工程（Ｓ２）と、撮像工程（Ｓ３）と、検査工程（Ｓ４）と、を順に実行する。

表示工程（Ｓ１）では、液晶パネル１３により、被着弾面３上に、マスクパターンデータ３２におけるマスクパターンＭＰを表示する。設定情報に基づいて、マスクパターンＭＰが更新されるため、液晶パネル１３により、設定情報に基づいて、マスクパターンＭＰの表示を変更（遷移）する。

検査吐出工程（Ｓ２）では、検査描画パターンデータ４１における検査描画パターンＳＰに基づいて、液滴吐出ヘッド２による検査吐出を実施する。具体的には、検査描画パターンＳＰに基づいて、ＸＹテーブル５を駆動しつつ、液滴吐出ヘッド２を駆動することで、被着弾面３に検査描画パターンＳＰを形成する。

撮像工程（Ｓ３）では、ＸＹテーブル５を駆動しつつ、撮像カメラ６を駆動して、被着弾面３全域を撮像する。この被着弾面３の撮像によって、表示したマスクパターンＭＰと、被着弾面３上の各着弾液滴Ｂとが同時に撮像される。かかる際、許容範囲イメージＡが着弾液滴Ｂと同色に塗りつぶされた図形であるため、着弾液滴Ｂが、マスクパターンＭＰの許容範囲イメージＡ内に位置する場合には、着弾液滴Ｂが撮像カメラ６によって画像認識されず、許容範囲イメージＡ外に位置する場合には、着弾液滴Ｂが撮像カメラ６によって画像認識される。すなわち、許容範囲外の着弾液滴Ｂのみが画像認識される（図５参照）。

図５に示すように、検査工程（Ｓ４）では、撮像工程における撮像結果と、マスクパターンデータ３２におけるマスクパターンＭＰとを比較して、液滴吐出ヘッド２の吐出性能を検査する。具体的には、撮像結果とマスクパターンＭＰとの相違点を抽出する。上記したように、撮像結果には許容範囲外の着弾液滴Ｂのみ認識されるため、相違点がそのまま許容範囲外の着弾液滴Ｂとなる。この抽出した相違点の数や位置に基づいて、液滴吐出ヘッド２の吐出性能を検査する。この検査工程を実行することによって、吐出検査動作が終了する。

以上のような構成によれば、着弾位置の許容範囲を示す塗りつぶされた図形が、着弾液滴の色と同色であるため、着弾位置が許容範囲内であれば、着弾液滴Ｂが撮像カメラ６によって画像認識されない。ゆえに、撮像結果とマスクパターンＭＰとの相違点が、そのまま、許容範囲外に位置する着弾液滴Ｂとなる。したがって、撮像結果とマスクパターンＭＰとの相違点の有無を調べるだけで、容易に着弾液滴Ｂの位置が許容範囲内にあるか否かを判定することができる。ゆえに、液滴吐出ヘッド２の吐出検査を容易且つ精度良くに行うことができる。

また、マスクパターンＭＰの表示を変更可能（遷移可能）な表示手段を用い、設定情報に基づいて、マスクパターンＭＰを変更させることができるため、各種変更や各種変化を設定することで、これらに対応したマスクパターンＭＰに容易に変更することができる。ゆえに、これらに対応した吐出検査を容易に行うことができる。

さらに、被着弾面３に対しマトリクス状に配列した複数の光源（液晶パネル１３）によって、マスクパターンＭＰを表示することにより、当該複数の光源が、撮像用の照明としても機能するため、特段の照明手段を必要とせず、吐出検査装置を簡単な構成とすることができる。

またさらに、当該複数の光源を液晶パネル１３によって構成することにより、表示手段として、安価な液晶パネル１３を用いることで、吐出検査装置１全体のコストを軽減することができる。

なお、本実施形態においては、設定情報として、位置範囲データ４２を記憶し、許容範囲イメージＡが着弾位置の許容範囲を示す構成であったが、着弾液滴Ｂの着弾面積の許容範囲を示す面積範囲データを記憶し、許容範囲イメージＡが着弾面積の許容範囲を示す構成であっても良い。かかる場合、着弾位置が許容範囲外であるか否か、に代えて、着弾面積が許容範囲外であるか否かを判定することができ、吐出性能の検査に用いることができる。

また、本実施形態においては、単一の液滴吐出ヘッド２の吐出検査に本発明を適用したが、複数の液滴吐出ヘッド２を搭載したヘッドユニットの吐出検査に、本発明を適用しても良い。

さらに、本実施形態においては、液滴吐出ヘッド２が単色の液滴を吐出し、単色の着弾液滴Ｂを検査する構成であったが、液滴吐出ヘッド２が複数色（例えばＲＧＢ色）の液滴を吐出し、複数色の着弾液滴Ｂを検査する構成であっても良い。かかる場合、マスクパターンＭＰとして、各色の着弾液滴Ｂに対応した色の許容範囲イメージＡを有したものを用いる（図６（ａ）参照）。

またさらに、本実施形態においては、着弾位置に対し、ＸＹ方向の許容範囲を設定し、ＸＹ方向において範囲外であるか否かを判定したが、Ｘ軸方向の許容範囲を設定し、Ｘ軸方向において許容範囲外であるか否かを判定する構成であっても良い。かかる場合、マスクパターンＭＰとして、Ｙ軸方向に延在した許容範囲イメージＡを有したものを用いる（図６（ｂ）参照）。なお、Ｙ軸方向の許容範囲のみ設定する構成であっても良い。

また、本実施形態においては、被着弾面３にマスクパターンＭＰを表示する表示手段として、液晶パネル１３を用いたが、マスクパターンＭＰの表示を遷移可能な表示手段であれば、例えば、マトリクス状に配列した複数のＬＥＤランプを用いても良いし、有機ＥＬパネルや電子ペーパーを用いるものであっても良い。また、砂鉄等の粉粒体でマスクパターンＭＰを形成し、粉粒体に磁力、電磁力または圧力等を作用して、マスクパターンＭＰを遷移させるものであっても良い。ひいては、被着弾面３にマスクパターンＭＰを上書き印刷して、マスクパターンＭＰを遷移させるものであっても良い。また、被着弾面３上にマスクパターンＭＰを投写するものであっても良い。

さらに、上記効果は得られないが、着弾液滴Ｂと同色の許容範囲イメージＡを有するマスクパターンＭＰが表示可能な表示手段であれば、表示を遷移可能なものに限るものではない。例えば、表示手段として、被着弾面３にマスクパターンＭＰが印刷もしくは形成された部材を用いても良いし、図６（ａ）のようなマスクパターンＭＰを固定で表示する液晶パネル１３を用いても良い。

また、本実施形態においては、設定情報として、位置範囲データ４２、液滴色データ４３および液滴種類データ４４を有していたが、例えば、液滴吐出ヘッド２の種類やＸＹテーブル５の種類、撮像カメラ６の種類を設定情報として加え、これらに対応してマスクパターンＭＰを更新する構成であっても良い。また、液滴吐出ヘッド２の設置位置や角度、姿勢を設定情報として加え、これらを検出する検出手段からの更新データに基づいて、マスクパターンＭＰを更新する構成であっても良い。さらに、吐出検査に係わる各種状況や状態を設定情報として加える構成であっても良い。

なお、本実施形態においては、上記マスクパターンＭＰと撮像結果との比較結果に基づいて、単に各着弾液滴Ｂが許容範囲外であるか否かを判定したが、上記撮像工程および撮像結果とマスクパターンとの比較動作を利用して、単一の着弾液滴Ｂの着弾位置や着弾面積を測定する構成であっても良い。すなわち、上記撮像工程および比較動作によって、着弾液滴Ｂが許容範囲イメージＡの許容範囲外であるか否かを判定することができるため、許容範囲イメージＡを変形（例えば、徐々に小さく）しつつ、撮像工程および比較動作を繰り返すことで、着弾液滴Ｂの着弾位置や着弾面積を測定することができる。このように着弾位置や着弾面積を測定し、これを吐出性能の検査に用いる構成であっても良い。

また、本実施形態では、マスクパターンＭＰの背景（許容範囲イメージＡを除く領域）については言及しなかったが、背景を非表示としても良いし、背景を白色で表示させても良い。ひいては、背景を、液滴の色に対し補色または波長が大きく異なる色に表示し、許容範囲外の着弾液滴Ｂを強調する構成としても良い（図６（ｃ）参照）。

さらに本実施形態においては、液滴吐出ヘッド２や撮像カメラ６を固定とし、着弾ステージ４を移動させる構成であったが、着弾ステージ４を固定とし、液滴吐出ヘッド２や撮像カメラ６を移動させる構成であっても良い。

なお、本実施形態において、液晶パネル１３の画素ピッチは、着弾位置や着弾面積の許容範囲と同等かそれ以下の大きさであれば、図３に示したものに限定しない。ただし、画素ピッチが小さいほど、マスクパターンＭＰを柔軟に遷移させることができ、また、複雑な形状の許容範囲イメージＡを厳密に表示することができる。

１：吐出検査装置、 ２：液滴吐出ヘッド、 ３：被着弾面、 ４：着弾ステージ、 ６：撮像カメラ、 ７：制御装置、 １３：液晶パネル、 ４２：位置範囲データ、 ４３：液滴色データ、 ４４：液滴種類データ、 Ａ：許容範囲イメージ、 Ｂ：着弾液滴、 ＭＰ：マスクパターン、 ＳＰ：検査描画パターン

Claims (3)

1. 液滴吐出ヘッドからの液滴を着弾させる被着弾面を有し、前記被着弾面に、着弾液滴と同色に塗りつぶされた図形によって着弾位置の許容範囲を示す許容範囲イメージを有するマスクパターンを表示する表示手段と、
   表示した前記マスクパターンと前記被着弾面の前記着弾液滴とを撮像する撮像手段と、
   前記マスクパターンと前記撮像手段による撮像結果とを比較して、前記液滴吐出ヘッドの吐出を検査する検査手段と、を備え、
   前記表示手段は、前記被着弾面に対しマトリクス状に配列した複数の光源によって、前記マスクパターンを表示することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出検査装置。
2. 液滴吐出ヘッドからの液滴を着弾させる被着弾面を有し、前記被着弾面に、着弾液滴と同色に塗りつぶされた図形によって着弾面積の許容範囲を示す許容範囲イメージを有するマスクパターンを表示する表示手段と、
   表示した前記マスクパターンと前記被着弾面の前記着弾液滴とを撮像する撮像手段と、
   前記マスクパターンと前記撮像手段による撮像結果とを比較して、前記液滴吐出ヘッドの吐出を検査する検査手段と、を備え、
   前記表示手段は、前記被着弾面に対しマトリクス状に配列した複数の光源によって、前記マスクパターンを表示することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出検査装置。
3. 前記複数の光源は、液晶パネルにより、構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドの吐出検査装置。

Images