KR101073611B1 - 잉크젯 프린팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린팅 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 드라이버로 다수개의 노즐에 대한 불량 검출이 가능한 잉크젯 프린팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 변형하여 잉크를 토출시키는 피에조 소자를 구비한 복수 개 노즐의 불량을 검출하는 잉크젯 프린팅 시스템으로서, 상기 피에조 소자 및 스위칭 소자를 구비한 노즐이 복수 형성된 구동 드라이버와; 상기 복수 개의 노즐을 차례대로 스캔하여 각 노즐의 피에조 소자에서 출력되는 전류를 측정하는 노즐 전류 측정부와; 노즐이 정상상태인 경우의 피에조 소자에서 출력되는 전류 파형을 저장하는 데이터베이스와; 상기 노즐 전류 측정부로부터 측정된 각 노즐의 전류 파형과 상기 데이터베이스에 저장된 전류 파형을 순차적으로 비교하여 노즐의 불량을 검출하는 노즐상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
잉크젯, 노즐, 피에조, 셀프센싱

Description

잉크젯 프린팅 시스템 {Ink-Jet Printing System}
본 발명은 잉크젯 프린팅 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 드라이버로 다수개의 노즐에 대한 불량 검출이 가능한 잉크젯 프린팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전자부품 제조 및 디스플레이 제조 등 잉크젯 기술이 사용되는 모든 프린팅 시스템에 적용될 수 있다.
잉크젯 기술은 잉크 방울을 분사하여 인쇄하는 기술로 프린터 뿐만 아니라, 액정표시장치(LCD), 유기발광다이오드(OLED), 인쇄회로기판(PCB), 태양전지, 센서 등의 공정으로 응용범위가 점차 넓어지고 있다.
이러한 잉크젯 기술이 제조 공정으로서 응용범위가 확대됨에 따라 노즐을 통한 잉크 드랍(drop)의 신뢰성 확보가 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
종래의 잉크젯 헤드의 작동상태 및 노즐의 토출 불량을 확인하기 위해 사용되는 방법으로 노즐로부터 토출되는 잉크 방울을 카메라를 통해 직접 확인하는 방 법이 사용되었다.
상기와 같은 직접 확인 방법은 잉크 토출의 속도 뿐만 아니라 거동을 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있으나, 각 노즐에 대해서 정확한 얼라인(align)이 이루어져야 하고 노즐의 수만큼 기계적인 이동 및 이미지 프로세싱으로 인한 계산 속도 등이 문제가 되어 신속하게 불량 노즐을 검출하는데 한계가 있다.
상기와 같은 직접 확인 방법의 문제점을 해결하기 위해 피에조(piezo)의 셀프 센싱(self-sensing)을 이용한 불량 노즐 검출 방법이 널리 활용되고 있다.
피에조(piezo)의 셀프 센싱(self-sensing)을 이용한 불량 노즐 검출 방법은 잉크의 토출 현상 중에서 잉크젯 헤드 내의 압력파의 거동을 피에조의 변형량으로부터 간접적으로 측정하고, 정상상태에서 작동상태가 불량인 상태로 변하면 잉크의 압력파의 거동이 바뀌게 되므로 거동의 변화로부터 노즐의 불량 여부를 확인하는 방법이다.
종래의 피에조의 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 방법은 각 노즐마다 센싱이 가능한 드라이버 회로가 필요하고 이를 다중 노즐인 헤드에 적용할 경우 불량 노즐 검출을 위한 채널 수가 증가하고, 노즐 개수 증가에 의한 배선 처리 등의 문제가 발생하므로 실제 양산에 적용되기 어려운 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 적어도 하나의 드라이버로 복수 개의 노즐을 구동하는 잉크젯 프린팅 시스템에 있어서, 노즐의 불량을 판단하기 위한 검출 구조 및 데이터 수집 구조를 간소화하여 제조 단가를 획기적으로 절감할 수 있는 잉크젯 프린팅 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 시스템은 변형하여 잉크를 토출시키는 피에조 소자를 구비한 복수 개 노즐의 불량을 검출하는 잉크젯 프린팅 시스템으로서, 상기 피에조 소자 및 스위칭 소자를 구비한 노즐이 복수 형성된 구동 드라이버와; 상기 복수 개의 노즐을 차례대로 스캔하여 각 노즐의 피에조 소자에서 출력되는 전류를 측정하는 노즐 전류 측정부와; 노즐이 정상상태인 경우의 피에조 소자에서 출력되는 전류 파형을 저장하는 데이터베이스와; 상기 노즐 전류 측정부로부터 측정된 각 노즐의 전류 파형과 상기 데이터베이스에 저장된 전류 파형을 순차적으로 비교하여 노즐의 불량을 검출하는 노즐상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상기 노즐 전류 측정부는 출력저항(R0)과 상기 피에조 소자와 동일한 용량의 커패시터(C1)을 포함하는 기준 전류 회로부와 상기 구동 드라이버에서 각 노즐에 구비된 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 노즐의 피에조 소자에서 출 력되는 전류와 상기 기준 전류 회로부에서 출력된 전류를 차감하는 신호 차감부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 노즐 전류 측정부는 상기 구동 드라이버에 구동전압(V1)을 인가하고, 상기 구동 드라이버의 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iN)를 추출하고, 상기 기준 전류 회로부에 구동전압(V1)과 동일한 기준전압(Vref)을 인가하고, 상기 커패시터(C1)의 출력 전류(Ir)를 추출하여, 상기 신호 차감부를 통해 입력된 피에조 소자의 출력 전류(iN)로부터 상기 커패시터(C1)의 출력 전류(Ir)를 차감하여 피에조 소자의 자체 센싱 성분만을 추출하여 노즐 상태 판단부로 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 드라이버는 홀수번째 노즐을 구동하는 제 1 구동 드라이버와 짝수번째 노즐을 구동하는 제 2 구동 드라이버로 분리 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 노즐 전류 측정부는 상기 제 1 구동 드라이버에 형성된 홀수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 홀수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iO)로부터 상기 기준전류 회로부의 커패시터(C1) 출력 전류(Ir)를 차감하여 홀수번째 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분만을 추출하는 제 1 신호 차감부와 상기 제 2 구동 드라이버에 형성된 짝수번재 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 짝수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iE)로부터 상기기준전류 회로부의 커패시터(C1) 출력 전류(Ir)를 차감하여 짝수번째 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분만을 추출하는 제 2 신호 차감부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 구동 드라이버는 홀수번째 노즐을 구동하는 제 1 구동 드라이버와 짝수번째 노즐을 구동하는 제 2 구동 드라이버로 분리되고, 상기 노즐 전류 측정부는 상기 제 1 구동 드라이버의 출력 신호로부터 상기 제 2 구동 드라이버의 출력신호를 차감하는 신호 차감부를 포함하여 각 노즐의 피에조 소자의 셀프 센싱 성분만을 추출하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 노즐 전류 측정부는 홀수번째 노즐의 셀프 센싱 성분은 상기 제 1 구동 드라이버에 형성된 홀수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 홀수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iO)로부터 상기 제 2 구동 드라이버의 모든 스위칭 소자를 턴오프시켜 출력된 신호를 상기 신호 차감부를 통해 차감하여 추출하고, 짝수번째 노즐의 셀프 센싱 성분은 상기 제 1 구동 드라이버의 모든 스위칭 소자를 턴오프시켜 출력된 신호로부터 상기 제 2 구동 드라이버에 형성된 짝수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 짝수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iE)를 상기 신호 차감부를 통해 차감하여 추출하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 노즐 전류 측정부는 상기 구동 드라이버와 신호 차감부 사이 및 상기 기준 전류 회로부와 신호 차감부 사이에 각각 용이한 신호 검출을 위해 전압을 강하시키는 전압 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 전압 분배기는 저항을 이용한 전압 분배기 또는 OP앰프 인 것 을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐 상태 판단부는 상기 노즐 전류 측정부로부터 출력된 각 노즐의 셀프 센싱 신호에 포함된 드리프트(drift)를 제거하기 위한 디지털 필터와 상기 디지털 필터를 통해 드리프트가 제거된 각 노즐의 셀프 센싱 신호(Si)를 저장하는 제 1 메모리와 상기 데이터베이스로부터 출력된 정상상태의 각 노즐의 셀프 센싱 신호(SCi)를 저장하는 제 2 메모리와 상기 제 1 메모리의 셀프 센싱 신호(Si)와 제 2 메모리의 정상상태 셀프 센싱 신호(SCi)를 비교하여 노즐 상태를 판단하는 노즐 상태 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 노즐 상태 판단모듈은 상기 제 1 메모리의 셀프 센싱 신호(Si)의 신호값(xi)와 제 2 메모리의 셀프 센싱 신호(SCi)의 신호값(xoi)를 하기의 수학식에 의해 비교하여 순차적으로 각 노즐 상태를 확인하되,
Figure 112009033635216-pat00001
상기 두 신호값의 차이(variance)가 설정된 기준값과 같거나 작으면 정상상태로 판단하고, 상기 기준값보다 크면 불량상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 시스템은 적어도 하나의 드라이버로 복수 개의 노즐을 구동하는 잉크젯 프린팅 시스템에 있어서, 노 즐의 불량을 판단하기 위한 검출 구조 및 데이터 수집 구조를 간소화하여 제조 단가를 획기적으로 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 구성도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린팅 시스템은 상기 피에조 소자 및 스위칭 소자를 구비한 노즐이 복수 형성된 구동 드라이버(10)와 상기 복수 개의 노즐을 차례대로 스캔하여 각 노즐의 피에조 소자에서 출력되는 전류를 측정하는 노즐 전류 측정부(20)와 노즐이 정상상태인 경우의 피에조 소자에서 출력되는 전류 파형을 저장하는 데이터베이스(30)와 상기 노즐 전류 측정부로부터 측정된 각 노즐의 전류 파형과 상기 데이터베이스에 저장된 전류 파형을 순차적으로 비교하여 노즐의 불량을 검출하는 노즐상태 판단부(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 구동 드라이버(10)는 출력 임피던스를 조절하기 위해 출력 저항(R0,110)이 구비되고, 구동전압(V1)이 상기 출력 저항(R0)을 거쳐 직렬로 연결된 헤드부에 공급된다.
상기 헤드부는 도 3a와 같이 복수 개의 노즐이 병렬적으로 연결되어 형성되 고, 각 노즐에는 피에조 소자(120)와 스위칭 소자(130)가 형성된다.
상기 노즐 전류 측정부(20)는 출력저항(R0)과 상기 피에조 소자와 동일한 용량의 커패시터(C0)을 포함하는 기준 전류 회로부(210)와 상기 구동 드라이버(10)에서 각 노즐에 구비된 스위칭 소자(130)를 순차적으로 턴온시켜 각 노즐의 피에조 소자(120)에서 출력되는 전류와 상기 기준 전류 회로부(210)에서 출력된 전류를 차감하는 신호 차감부(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 구동 드라이버(10)에 형성된 출력저항과 기준 전류 회로부에 형성된 출력저항은 동일한 값을 가지는 저항을 사용하는 것이 바람직하고, 저항값의 정밀한 제어를 위해 상기 기준 전류 회로부에 형성된 출력저항은 가변저항을 사용할 수 있다.
상기 노즐 전류 측정부(20)는 구동 드라이버의 복수 개의 노즐의 스위칭 소자(130)를 순차적으로 턴온 시켜 첫번째 노즐부터 마지막 노즐까지의 피에조 소자의 출력 전류를 측정하고, 첫번째 노즐 피에조 소자(120)의 출력 전류 신호로부터 상기 기준 전류 회로부(210)의 출력 전류 신호를 차감하여 구동 전압에 의한 성분이 제거된 피에조 소자 만의 셀프 센싱 신호만을 획득하는 과정을 반복하여 마지막 노즐 피에조 소자 까지 셀프 센싱 신호를 획득하게 된다.
도 3을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보면, 구동드라이버(10)의 각 노즐의 피에조 소자 출력 전류(ii)는 하기의 <수학식 1>과 같이 구동요소인 커패시턴스에 의한 성분과 피에조 소자의 변형에 의한 셀프-센싱 성분으로 구분된다.
Figure 112009033635216-pat00002
여기서, i은 노즐의 번호를 의미하는 양의 정수이고, ic가 커패시턴스에 의한 성분이고, ip가 피에조 소자의 변형에 의한 셀프-센싱 성분이다.
그리고 도 3a의 회로도에서 출력 임피던스에 의한 전압 강하는 하기의 <수학식 2>로 표현할 수 있다.
Figure 112009033635216-pat00003
여기서, 첫번째 노즐의 스위칭 소자만 턴온 시키고 나머지 노즐의 스위칭 소자를 턴오프할 경우 i1만 남고 나머지 전류 성분은 0이된다.
따라서, 도 3b와 같이 전압강하(V1out)를 측정하면 i1의 값을 산출할 수 있으며, i1은 하기와 같은 <수학식 3>으로 표현될 수 있다.
Figure 112009033635216-pat00004
그리고 기준 전류 회로부에 구동 전압(V1)과 동일한 기준 전압(Vref)이 인가되고, 출력 저항(R0)을 통과하고 커패시터(C0) 출력전류(iref)는 하기의 <수학식 4> 와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009033635216-pat00005
이어서, 상기 신호 차감부(220)는 상기 구동 드라이버(10)로부터 출력된 첫번째 노즐의 피에조 소자 출력전류(i1)에서 상기 기준 전류 회로부(210)로부터 출력된 출력전류(iref)를 차감한다. 여기서, 신호 차감부(220)는 차동 증폭기가 사용될 수 있다.
도 4는 도 3을 블럭도로 표현한 것으로, 도 4와 같이 구동전압 V1이 기준전압(Vref)와 같다면, 구동 요소(Driving component)로서 커패시터 성분인 iC1과 iCo가 동일하므로 상쇄되고 도 5와 같이 피에조 소자의 변형에 의한 셀프 센싱 성분(iP1, S1)만을 획득할 수 있다. 여기서, 상기 셀프 센싱 성분은 시간-진폭의 파형으로 획득될 수 있다.
그리고 노즐 전류 측정부의 하이 패스 필터(HPF, 240)를 통해 이득(gain)을 조절하면 하나의 채널을 통해 각 노즐의 셀프 센싱 성분을 순차적으로 획득할 수 있다.
상기와 같은 과정을 반복하여 상기 노즐 전류 측정부(20)는 두번째 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분(iP2, S2)부터 마지막 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성 분(iPN, SN)까지 순차적으로 스캐닝한다.
그리고 구동전압(V1)은 매우 높은 값일 뿐만 아니라, 전압 강하가 크지 않으므로 신호 검출이 어려우므로 용이한 셀프 센싱 성분의 검출을 위해 전압을 강하시키는 전압 분배기(230)를 상기 신호 차감부 전단에 더 포함할 수 있다.
여기서, 전압 분배기(230)는 도 3과 같은 저항을 이용한 분배기, OP AMP 등 전압분배를 통한 전압강하가 가능한 모든 전압 분배기가 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 블럭도이다.
제 1 실시예는 1개의 구동 드라이버로 구성된 것이지만, 제 2 실시예는 2개의 구동 드라이버로 구성되어 홀수번째 노즐과 짝수번째 노즐이 분리 구동 제어되는 구성이다.
제 2 실시예는 구동 드라이버가 홀수번째 노즐과 짝수번째 노즐을 번갈아 구동하는 제 1 및 2 구동 드라이버로 분리 구성되고, 홀수번째 노즐의 피에조 출력신호를 처리하는 채널과 짝수번째 노즐의 피에조 출력신호를 처리하는 2개의 DAQ 채널이 필요한 점을 제외하고는 작동 방법은 제 1 실시예와 동일하므로 구별되는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 제 1 구동 드라이버(11)의 구동전압(V1), 제 2 구동 드라이버의 구동전압(V2) 및 기준전압(Vref)은 모두 동일하고, 제 1 구동 드라이버의 첫번째 노즐(노즐1)의 스위칭 소자를 턴온한 상태에서 나머지 노즐 및 제 2 구동 드라이버(12) 의 모든 노즐의 스위칭 소자를 턴오프 한다.
이를 통해, 첫번째 노즐(노즐1)의 피에조 소자 출력 전류(i1)를 측정하고, 제 1 신호차감부(221)를 통해 상기 i1로부터 커패시터 출력전류(iref)를 차감하여 1채널을 통한 첫번째 노즐에 대한 셀프 센싱 신호(S1)를 획득한다.
이어서, 제 2 구동 드라이버(12)의 첫번째 노즐(노즐2)의 스위칭 소자를 턴온한 상태에서 나머지 노즐 및 제 1 구동 드라이버(11)의 모든 노즐의 스위칭 소자를 턴오프 한다.
이를 통해, 첫번째 노즐(노즐2)의 피에조 소자 출력 전류(i2)를 측정하고, 제 2 신호차감부(222)를 통해 상기 i2로부터 커패시터 출력전류(iref)를 차감하여 2채널을 통한 첫번째 노즐(노즐 2)에 대한 셀프 센싱 신호(S2)를 획득한다.
상기와 같이 제1 구동드라이버(11)의 홀수번째 노즐과 제 2 구동드라이버(12)의 짝수번째 노즐을 번갈아 턴온하여 노즐1로부터 노즐N까지의 셀프 센싱신호(SN)를 순차적으로 스캔한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 블럭도이다.
제 2 실시예의 경우 제1 구동 드라이버의 구동전압(V1)과 제 2 구동 드라이버의 구동전압(V2) 및 기준전압(Vref)이 모두 동일하여야 하고, 별도의 기준전압(Vref)을 이용한 기준전류 회로부의 구성이 필요하고, 2개의 신호 차감부와 2개 의 채널이 필요하게 된다.
그러나 본 발명의 제 3 실시예는 제 1 구동 드라이버의 출력 성분으로부터 제 2 구동드라이버의 출력 성분을 차감하여 각 노즐의 셀프 센싱 성분을 획득할 수 있다.
예를 들어, 제 1 구동 드라이버의 노즐 1만 턴온 시켰을 경우
Figure 112009033635216-pat00006
상기와 같이 i1을 제외한 나머지 값은 모두 0이 되므로 i1 값을 얻을 수 있다. 상기 i1 값을 얻기 위해 제 1 구동 드라이버의 구동전압(V1)과 제 2 구동 드라이버의 구동전압(V2)는 동일하여야 한다.
그리고 상기 제 1 구동 드라이버의 출력 값(i1)으로부터 제 2 구동 드라이버의 출력 값을 차감하여 첫번째 노즐(노즐1)의 피에조 소자 셀프 센싱 신호를 얻을 수 있다.
여기서, 제 2 구동 드라이버의 모든 노즐의 스위칭 소자는 턴오프된 상태이므로 구동은 하지 않지만 구동 요소에 대한 출력신호는 가지고 있으므로 상기 제 1 구동 드라이버의 출력 값(i1)으로부터 상기 제 2 구동 드라이버의 출력신호를 차감하여 셀프 센싱 신호를 얻을 수 있다.
이어서, 제 2 구동 드라이버의 노즐 2만 턴온 시켰을 경우
Figure 112009033635216-pat00007
상기와 같이 i2를 제외한 나머지 값은 모두 0이 되므로 i2값을 얻을 수 있다. 여기서, 짝수번째 노즐의 전류값은 부호가 (-)로 홀수번째 노즐과 반대로 된다.
상기 제 1 구동 드라이버의 출력 값으로부터 제 2 구동 드라이버의 출력 값(i2)을 차감하여 두번째 노즐(노즐2)의 피에조 소자 셀프 센싱 신호를 얻을 수 있다.
이로 인해 제 3 실시예는 기준전압(Vref)과 기준전류 회로부가 필요없으며, 구동드라이버의 출력 신호를 처리하기 위한 채널이 1개만 필요하므로 상기 제 2 실시예의 구성을 보다 간소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐상태 판단부의 상세 블럭도이고, 도 9는 도 8의 노즐상태 판단부에 따라 노즐 상태를 판단하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8 및 9를 참조하면, 상기와 같이 각 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분(Si, S1 ~ SN)이 노즐 전류 측정부(20)를 통해 스캐닝되면 상기 각 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분(Si, S1 ~ SN)이 노즐상태 판단부(40)로 순차적으로 입력되고 데이터베이스(30)에 저장된 정상상태의 셀프 센싱 성분(SCi, SC1 ~ SCN)과 비교하여 각 노즐의 상태를 판단하게 된다.
여기서, 상기 데이터베이스(30)에 저장된 정상상태의 셀프 센싱 성분(SC1 ~ SCN)은 각 노즐이 정상상태에서 측정되어 미리 저장된다.
그리고 상기 노즐 상태 판단부(40)는 상기 노즐 전류 측정부(20)로부터 채널(DAQ)을 통해 셀프 센싱 성분이 입력될때마다 실시간으로 상기 데이터베이스(30)에 저장된 정상상태의 셀프 센싱 성분과 비교하여 노즐의 상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라, 주기적으로 상기 채널을 통해 입력된 모든 셀프 센싱 성분을 스캐닝 하여 제 1 메모리(420)에 저장한 후 데이터베이스에 저장된 정상상태의 셀프 센싱 성분을 제 2 메모리(430)에 저장한 후 노즐 상태 판단 모듈이 각 노즐을 순차적으로 비교하여 노즐의 상태를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 측정된 셀프 센싱 성분(S1 ~ SN)에는 도 10과 같이 드리프트(Drift)로 인한 노이즈가 신호가 포함될 수 있으며, 이를 무시하고 데이터베이스에 저장된 정상상태의 셀프 센싱 성분과 비교할 경우 상기 두 신호의 차이보다 노이즈의 드리프트 양이 커서 검출에 어려움이 있을 수 있다.
따라서, 노즐 상태 판단부는 상기 측정된 셀프 센싱 성분(S1 ~ SN)의 드리프트를 제거하기 위한 디지털 필터(410)를 더 포함하여 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
노즐 상태 판단 모듈(440)은 측정된 셀프 센싱 성분(Si)의 신호(xi)와 데이터베이스에 저장된 정상 상태의 셀프 센싱 성분(SCi)의 신호(xoi)를 하기와 같은 식에 의해 차이값(Variance)를 계산하고, 값이 미리 설정된 기준값보다 작거나 같을 경우 노즐상태가 정상이므로 합격으로 판단하고, 기준값보다 클 경우 노즐상태가 불량이므로 불합격으로 판단한다.
Figure 112009033635216-pat00008
여기서, 상기 기준값은 측정의 정밀도에 따라 측정신호의 오차 및 노이즈를 고려한 마진을 적용하여 임의로 설정될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린팅 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 제 1실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 노즐의 피에조 소자 출력 전류 측정에 대한 예시 회로도이다.
도 4는 도 3의 블럭도이다.
도 5는 피에조 소자의 셀프 센싱 성분을 획득하는 것을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 구동 드라이버와 노즐 전류 측정부의 상세 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 노즐상태 판단부의 상세 블럭도이고, 도 9는 도 8의 노즐상태 판단부에 따라 노즐 상태를 판단하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 실제 신호에 드리프트가 포함된 신호를 도시한 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 구동 드라이버 20 : 노즐전류 측정부
210 : 기준전류 회로부 220 : 신호차감부
230 : 전압분배기 30 : 데이터베이스
40 : 노즐 상태 판단부 410 : 디지털 필터
420 : 제 1 메모리 430 : 제 2 메모리
440 : 노즐 상태 판단모듈

Claims (11)

  1. 변형하여 잉크를 토출시키는 피에조 소자를 구비한 복수 개 노즐의 불량을 검출하는 잉크젯 프린팅 시스템으로서,
    상기 피에조 소자 및 스위칭 소자를 구비한 노즐이 복수 형성된 구동 드라이버와;
    상기 복수 개의 노즐을 차례대로 스캔하여 각 노즐의 피에조 소자에서 출력되는 전류를 측정하는 노즐 전류 측정부와;
    노즐이 정상상태인 경우의 피에조 소자에서 출력되는 전류 파형을 저장하는 데이터베이스와;
    상기 노즐 전류 측정부로부터 측정된 각 노즐의 전류 파형과 상기 데이터베이스에 저장된 전류 파형을 순차적으로 비교하여 노즐의 불량을 검출하는 노즐상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 전류 측정부는
    출력저항(R0)과 상기 피에조 소자와 동일한 용량의 커패시터(C1)을 포함하는 기준 전류 회로부와;
    상기 구동 드라이버에서 각 노즐에 구비된 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 노즐의 피에조 소자에서 출력되는 전류와 상기 기준 전류 회로부에서 출력된 전류를 차감하는 신호 차감부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노즐 전류 측정부는
    상기 구동 드라이버에 구동전압(V1)을 인가하고, 상기 구동 드라이버의 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iN)를 추출하고,
    상기 기준 전류 회로부에 구동전압(V1)과 동일한 기준전압(Vref)을 인가하고, 상기 커패시터(C1)의 출력 전류(Ir)를 추출하여,
    상기 신호 차감부를 통해 입력된 피에조 소자의 출력 전류(iN)로부터 상기 커패시터(C1)의 출력 전류(Ir)를 차감하여 피에조 소자의 자체 센싱 성분만을 추출하여 노즐 상태 판단부로 전송하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 구동 드라이버는
    홀수번째 노즐을 구동하는 제 1 구동 드라이버와;
    짝수번째 노즐을 구동하는 제 2 구동 드라이버로 분리 구성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 노즐 전류 측정부는
    상기 제 1 구동 드라이버에 형성된 홀수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 홀수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iO)로부터 상기 기준전류 회로부의 커패시터(C1) 출력 전류(Ir)를 차감하여 홀수번째 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분만을 추출하는 제 1 신호 차감부와;
    상기 제 2 구동 드라이버에 형성된 짝수번재 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 짝수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iE)로부터 상기기준전류 회로부의 커패시터(C1) 출력 전류(Ir)를 차감하여 짝수번째 노즐의 피에조 소자 셀프 센싱 성분만을 추출하는 제 2 신호 차감부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 드라이버는
    홀수번째 노즐을 구동하는 제 1 구동 드라이버와 짝수번째 노즐을 구동하는 제 2 구동 드라이버로 분리되고;
    상기 노즐 전류 측정부는
    상기 제 1 구동 드라이버의 출력 신호로부터 상기 제 2 구동 드라이버의 출력신호를 차감하는 신호 차감부를 포함하여 각 노즐의 피에조 소자의 셀프 센싱 성분만을 추출하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 노즐 전류 측정부는
    홀수번째 노즐의 셀프 센싱 성분은
    상기 제 1 구동 드라이버에 형성된 홀수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 홀수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iO)로부터 상기 제 2 구동 드라이버의 모든 스위칭 소자를 턴오프시켜 출력된 신호를 상기 신호 차감부를 통해 차감하여 추출하고;
    짝수번째 노즐의 셀프 센싱 성분은
    상기 제 1 구동 드라이버의 모든 스위칭 소자를 턴오프시켜 출력된 신호로부 터 상기 제 2 구동 드라이버에 형성된 짝수번째 노즐의 스위칭 소자를 순차적으로 턴온시켜 각 짝수번째 노즐의 피에조 소자 출력 전류(iE)를 상기 신호 차감부를 통해 차감하여 추출하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  8. 제 2 내지 제 7항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 노즐 전류 측정부는
    상기 구동 드라이버와 신호 차감부 사이 및 상기 기준 전류 회로부와 신호 차감부 사이에 각각 용이한 신호 검출을 위해 전압을 강하시키는 전압 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전압 분배기는
    저항을 이용한 전압 분배기 또는 OP앰프 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 상태 판단부는
    상기 노즐 전류 측정부로부터 출력된 각 노즐의 셀프 센싱 신호에 포함된 드리프트(drift)를 제거하기 위한 디지털 필터와;
    상기 디지털 필터를 통해 드리프트가 제거된 각 노즐의 셀프 센싱 신호(Si)를 저장하는 제 1 메모리와;
    상기 데이터베이스로부터 출력된 정상상태의 각 노즐의 셀프 센싱 신호(SCi)를 저장하는 제 2 메모리와;
    상기 제 1 메모리의 셀프 센싱 신호(Si)와 제 2 메모리의 정상상태 셀프 센싱 신호(SCi)를 비교하여 노즐 상태를 판단하는 노즐 상태 판단모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 상태 판단모듈은
    상기 제 1 메모리의 셀프 센싱 신호(Si)의 신호값(xi)와 제 2 메모리의 셀프 센싱 신호(SCi)의 신호값(xoi)를 하기의 수학식에 의해 비교하여 순차적으로 각 노즐 상태를 확인하되;
    Figure 112009033635216-pat00009
    상기 두 신호값의 차이(variance)가 설정된 기준값과 같거나 작으면 정상상태로 판단하고, 상기 기준값보다 크면 불량상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅 시스템.
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