KR101152631B1 - 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템에 관한 것으로, 피에조를 구비한 복수개 노즐의 불량을 검출하는 시스템에 있어서, 상기 복수개의 노즐이 형성된 헤드; 상기 헤드를 구동시키는 드라이버; 상기 드라이버에 파형을 입력시키는 패턴 발생기; 상기 드라이버와 상기 헤드 사이에 연결되는 어댑터; 상기 어댑터에 연결되는 셀프 센싱 신호 검출회로 및 상기 검출회로와 상기 패턴 발생기에 연결된 AD 컨버터를 구비하는 스캐닝 유닛; 및 상기 스캐닝 유닛과 연결되어 상기 검출회로에서 획득된 데이터를 저장하고, 상기 패턴 발생기와 연결된 컴퓨터;를 포함하여, 불량 노즐 검출에 소요되는 시간을 현격하게 줄일 수 있다.

Description

피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템 {SYSTEM FOR DETECTING ABNORMAL NOZZLE USING SELF-SENSING OF PIEZO}

본 발명은 잉크젯 프린팅 장치의 노즐 성능 또는 노즐 불량 여부를 판별할 수 있는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피에조의 셀프 센싱을 이용하여 불량 노즐 검출에 소요되는 시간을 현저하게 줄일 수 있는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템에 관한 것이다.

잉크젯 공정을 위해서는 정밀한 스테이지(stage), 잉크젯 헤드, 잉크 및 재료, 기판(substrate)이 중요한 요소가 되고 있다. 그 중에서도 잉크를 직접 토출시키는 헤드의 특성이 생산성과 신뢰성을 위하여 가장 중요한 요소가 된다. 전자 인쇄 공정의 도구로서 잉크젯의 신뢰성 확보를 위하여 헤드 또는 노즐의 토출 상태를 모니터링하고 토출 이상이 생겼을 때는 즉시 대처해야 하는 필요성이 증대되고 있다.

기존의 잉크젯 장치의 노즐 토출 상태를 모니터링 하기 위한 방법으로는 CCD 카메라를 구비한 스트로브 LED (strobe-LED)를 이용하여 노즐에서 토출되는 잉크 액적(ink droplet)의 이미지를 직접 촬영하여 관찰하는 방법이 많이 사용되어 왔다. 하지만 기존의 strobe LED를 사용하여 잉크 액적을 직접 촬영하거나 측정하는 것은 많은 노력이 필요하다. 특히, 액적 이미지 획득을 위해 카메라의 설치가 필요하며, 정확한 노즐 위치에 대한 카메라의 기계적인 얼라인먼트(alignment)가 필수적이다. 따라서, 잉크젯 프린팅 시스템에서 실제 프린팅하고 있는 동안 노즐 작동 상태의 오동작 여부를 판단하는 것은 불가능한 문제점이 있다. 또한, 각 노즐에 대한 정확한 얼라인먼트가 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.

피에조의 셀프 센싱을 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.

즉, 피에조 잉크젯 헤드는 피에조를 전압으로 구동하여 변형량을 얻어내는 엑츄에이터이다. 또한 피에조는 반대로 변형량이 존재하면 전하를 발생시켜 셀프 센싱(self-sensing)이 가능한 소자이다. 따라서 피에조에 흐르는 전류를 측정하면 피에조의 변형량의 계산이 가능하다. 최근 잉크젯 피에조의 임피던스의 변화를 이용하여 프린트 헤드의 작동 상태를 측정하기 위한 노력들이 있었다.

이러한 검출 시스템에서 제일 중요한 것이 검출 정확도 및 검출 속도이다. 따라서, 검출 속도를 향상 시키기 위한 회로 개발 및 알고리즘 개발이 필수적이다. 현재까지의 대부분은 회로 개발에 초점이 맞춰져 있다. 그러나 기존 회로는 2가지 문제가 존재한다. 즉, 기존의 드라이브 회로를 변경해야 되는데 상용화된 헤드인 경우에 드라이브를 변경하기 어려운 단점과 드라이브를 변경함으로써 드라이빙 되는 신호가 변경되는 문제가 있다.

또한 각 노즐의 불량을 검출하기 위해 해당 노즐을 켜고 토출시킨 후에 연속적인 토출 신호를 주면서 해당하는 노즐의 평균(average)을 이용하고 다시 다른 노즐을 선택하여 선택된 노즐을 켜서 토출시키면서 측정하는 방법을 사용하였으나 이 때에는 각 노즐 별로의 노즐 선택 후 토출 신호를 주게 되어 통신 속도 및 알고리즘 처리 속도 등에 문제가 있다.

뿐만 아니라 상용화된 DAQ(Data AcQuisition, 데이터 수집장치)를 사용하였는데, 이를 위해 데이터를 트리거 신호가 있을 때 받아들이고 이를 컴퓨터로 다운로드 한 다음 다시 트리거를 설정하고 다시 받아들이고 컴퓨터를 이용하여 데이터를 전송시키는 방법을 사용하기 때문에, 고속화하여 데이터를 처리하는데 비효율적인 문제점이 있다. 예를 들어, 이러한 방법을 사용하여 128개의 노즐을 스캔하는 데에는 약 10초 내지 수십 초의 시간이 걸리는 문제가 있다.

따라서 이를 정해진 수의 평균(average)과 정해진 개수의 노즐 만큼을 정해진 주파수만을 패턴 발생기에 설정하면 자동으로 각 노즐에서 순차적으로 토출시키면서 셀프 센싱 데이터를 동시에 획득하여 빠른 속도로 노즐의 불량여부를 검출하는 기술에 대한 필요성이 증대되고 있다.

예를 들면, 종래의 셀프 센싱을 이용한 노즐 불량 검출 방법은 기존의 드라이버를 변경하여 센싱하기 때문에 드라이브 신호가 변화하는 문제점이 있고, 기존 시스템 적용시 드라이버를 새로 제작하고 교체해야 함으로써 제작 비용 또는 교체 비용이 문제가 된다. 또한, DAQ(Data AcQuisition, 데이터 수집장치)를 사용하기 때문에 데이터 획득 및 처리 시간이 길어지는 문제가 있다. 즉, 기존 방법은 스캔하고자 하는 노즐을 선택하고 선택된 노즐을 스캔한 후 이를 일정 주파수의 연속 외부 트리거(trigger)를 통하여 노즐을 토출시키면서 데이터를 획득하여 저장하고, 다시 노즐을 선택하여 스캔하는 경우에는 설정을 변경해야 하고 DAQ에 저장되었던 이전 데이터를 컴퓨터로 다운로드해야 하기 때문에 전체 데이터를 획득하는 데에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 예를 들면, 기존의 방법은 노즐 선택시 통신 시간이 필요하고 선택된 노즐을 ON/OFF하는 데에도 시간이 소요된다. 또한, DAQ를 이용하여 데이터를 획득하고 획득한 데이터를 다운로드하는데 시간이 소요되며, 다른 노즐을 선택하여 스캔하는 경우 설정을 다시 하거나 반복하는 데에도 시간이 소요된다. 즉, DAQ를 사용하면 노즐 토출시에 데이터 획득 및 저장하고 다시 평균을 위한 데이터 획득 및 저장 등의 과정에 시간이 소요된다. 결국 기존의 셀프 센싱 방법은 불량 노즐을 검출하는데 128개의 노즐에 대하여 대략 수십 초 이상의 시간이 소요되는 문제가 있다.

일반적으로 양산 장비에서는 128개의 노즐을 가지는 1개의 헤드에 대해서 1초 내지 2초의 짧은 시간 내에 데이터 처리 및 노즐 불량 진단을 완료해야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 종래의 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템 및 그 알고리즘에 대해서 다시 한 번 설명한다. 도 1은 셀프 센싱을 이용한 종래의 불량 노즐 검출 시스템을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 따른 불량 노즐 검출 시스템의 셀프 센싱 알고리즘을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 기존의 불량 노즐 검출 시스템(1)은 셀프 센싱 알고리즘을 수행하는 소프트웨어(1), 패턴 발생기(21), 드라이버(22), 헤드(30) 및 DAQ(Data AcQuisition, 40)를 포함하여 구성된다. 기존의 불량 노즐 검출 시스템(1)은 드라이버(22)를 변경하여 회로 등을 삽입해야 되기 때문에 실제 시스템에 적용하기 위해서는 드라이브(22)를 변경해야 되는 문제점이 있고, 또한 데이터를 획득하기 위하여 별도의 DAQ(40)를 사용하여야 하는 문제점이 있다. 상용화된 DAQ를 사용하면 1개 트리거에 해당하는 데이터만을 컴퓨터에 전송한 후에 다시 트리거를 설정해야 되기 때문에 노즐별로 스캔하는데 약간의 시간이 소요된다. 또한 각 노즐별로 토출 노즐을 1개씩 켜고 끌 때에도 노즐을 선택할 필요가 있다. 따라서 노즐을 선택하는데 소요되는 시간, 트리거를 설정하는데 소요되는 시간 및 컴퓨터에 데이터를 전송하는데 소요되는 시간이 필요하므로, 그러한 시간을 포함한다면 상당한 시간이 걸리기 때문에 실제 적용을 위하여서는 이러한 시간을 획기적으로 단축하는 것이 필요하다.

한편, 도 2를 참조하면 기존의 시스템의 셀프 센싱 알고리즘은 각 노즐 별로 1개 노즐씩 선택(이 때 노즐 선택을 위한 통신을 하는데 시간이 소용된다.)해야 되고, 이때 토출 신호를 연속해서 보내더라도 1개 트리거의 데이터인 256개(데이터의 개수는 변경가능)의 데이터를 획득한 후에 컴퓨터로 전송하고 다시 트리거 설정을 하고 다음 트리거까지 일정 정도의 시간이 걸리게 된다. 따라서 100개의 노즐을 10번 평균하였을 때 토출을 위한 트리거 신호를 1KHz로 하였다고 가정하면 데이터 측정에 걸리는 시간은 수십 초 이상이 된다. 따라서 실제 모니터링 모듈에 적용하기에는 부적절한 문제가 있다. 다시 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 시스템(1)의 셀프 센싱 알고리즘은 헤드(130)에서 토출시키고자 하는 노즐을 개별적으로 각각 선택해야 하고 노즐 선택시 ON-OFF설정을 위해 컴퓨터와 통신해야 하는 시간도 필요하기 때문에 노즐 선택하는 단계에서 일정 정도의 시간이 소요되어야 한다. 또한, DAQ(40)를 이용하여 데이터를 획득하고 다운로드 한 후에 다시 트리거를 설정해야 하기 때문에 이와 같은 재설정 과정에서도 시간이 소요될 수밖에 없다. 따라서, 노즐을 개별적으로 선택하고, 선택된 노즐을 ON-OFF시키고 트리거를 설정하고 데이터를 획득 및 저장하고, 다시 평균을 위한 데이터를 획득하고 저장하는 등의 과정을 모두 거쳐야 하기 때문에 신속하게 노즐의 불량 여부를 검출할 수 없는 심각한 문제가 있는 것이다.

본 발명은 노즐의 불량 여부를 신속하게 검출할 수 있고 검출에 소요되는 시간을 줄일 수 있는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 제공한다.

본 발명은 기존의 시스템을 변경하거나 회로를 변경하지 않고 용이하게 적용할 수 있는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 제공한다.

본 발명은 기존 시스템의 헤드와 패턴 발생기에 간단히 어댑터만을 부가함으로써 셀프 센싱을 수행할 수 있는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 제공한다.

본 발명은 모든 셀프 센싱 데이터를 일괄적으로 모니터링 모듈의 메모리에 저장하고 한꺼번에 컴퓨터로 전송하고 처리할 수 있는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 제공한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 피에조를 구비한 복수개 노즐의 불량을 검출하는 시스템에 있어서, 상기 복수개의 노즐이 형성된 헤드; 상기 헤드를 구동시키는 드라이버; 상기 드라이버에 파형을 입력시키는 패턴 발생기; 상기 드라이버와 상기 헤드 사이에 연결되는 어댑터; 상기 어댑터에 연결되는 셀프 센싱 신호 검출회로 및 상기 검출회로와 상기 패턴 발생기에 연결된 AD 컨버터를 구비하는 스캐닝 유닛; 및 상기 스캐닝 유닛과 연결되어 상기 검출회로에서 획득된 데이터를 저장하고, 상기 패턴 발생기와 연결된 컴퓨터;를 포함하며, 상기 어댑터는 상기 피에조의 셀프 센싱 신호 감도 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 제공한다.

상기와 같이 구성함으로써, 기존의 셀프 센싱 시스템을 변경하지 않고서도 간단하게 검출 시간을 줄일 수 있는 새로운 셀프 센싱 시스템을 얻을 수 있다.

상기 어댑터는 상기 드라이버와 상기 헤드 사이에 연결된 3방향 커넥터인 것을 특징으로 한다.

상기 어댑터는 상기 드라이버와 상기 헤드 사이의 출력 저항 또는 출력 임피던스를 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 어댑터는 저항, 캐패시터 또는 전선을 연결하여 임피던스를 변경함으로써 출력 감도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 스캐닝 유닛은 상기 패턴 발생기로부터 토출 신호에 해당하는 디지털 트리거 신호를 받고, 상기 디지털 트리거 신호가 발생할 때마다 모니터링 데이터를 획득하는 것을 특징으로 한다.

상기 패턴 발생기는 상기 노즐 중 원하는 노즐의 선택, 원하는 토출 주파수 또는 원하는 평균 회수를 미리 설정하는 것을 특징으로 한다.상기 패턴 발생기는 자동적으로 테스트하고자 하는 노즐이 일정한 주파수로 토출되면서 순차적으로 토출되는 노즐을 변경하여 토출시키는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐이 토출될 때 상기 패턴 발생기에서 상기 디지털 트리거 신호가 자체적으로 발생되고, 자체적으로 발생된 상기 디지털 트리거 신호를 이용하여 노즐의 셀프 센싱 데이터 샘플링을 위한 데이터 획득용 트리거로 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 디지털 트리거 신호에 의해 자동으로 획득된 데이터는 검출 모니터링 모듈로 사용되는 상기 스캐닝 유닛의 메모리에 순차적으로 저장된 후, 데이터 획득이 완료되면 상기 컴퓨터는 최종적으로 모든 데이터를 한꺼번에 받아들이는 것을 특징으로 한다.

상기 불량 노즐 검출 시스템은 상기 헤드가 여러 개 장착된 프린팅 시스템에도 적용되며, 이 경우 상기 검출 시스템은 상기 각각의 헤드에 대해 독립적으로 동시에 구동되기 때문에 상기 헤드가 여러 개 장착된 프린팅 시스템에 적용되더라도 1개의 헤드에 대한 경우와 불량 노즐 검출 시간이 동일한 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템은 검출 데이터 전송 또는 처리에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템은 노즐의 불량 정도를 시각적으로 표시해 주기 때문에 사용자가 불량 노즐을 쉽게 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템은 임피던스를 변경하여 검출 감도를 조절할 수 있기 때문에 보다 정확하게 불량 노즐을 검출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템은 모니터링하는 노즐에 대해서 여러 번에 걸쳐 데이터를 획득한 후에 그 평균값을 이용하기 때문에 불필요한 노이즈를 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템은 기존의 시스템에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 제작 비용 또는 교체 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 셀프 센싱을 이용한 종래의 불량 노즐 검출 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 불량 노즐 검출 시스템의 셀프 센싱 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템의 셀프 센싱 알고리즘을 도시한 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템을 도시한 개략도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템의 구성을 도시한 블록도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템의 셀프 센싱 알고리즘을 도시한 도면이다.

도 3 및 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템(100)은 피에조(piezo)를 구비한 복수개의 노즐의 불량 여부를 검출함으로써 잉크젯 장비의 신뢰성을 담보할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템(100)은, 복수개의 노즐이 형성된 헤드(110), 헤드(110)를 구동시키는 드라이버(120), 드라이버(120)에 파형(pattern)을 입력시키는 패턴 발생기(130, pattern generator), 드라이버(120)와 패턴 발생기(130) 사이에 연결되는 어댑터(150), 어댑터(150)에 연결되는 셀프 센싱 신호 검출회로(170), 검출회로(170) 및 패턴 발생기(130)와 연결된 AD 컨버터(180), 및 셀프 센싱 신호 검출회로(170)와 연결되어 셀프 센싱 신호 검출회로(170)에서 획득된 데이터를 저장하고 패턴 발생기(130)와 연결된 컴퓨터(170)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 셀프 센싱 신호 검출회로(170) 및 AD 컨버터(180) 외에 획득된 데이터 저장을 위한 메모리(미도시) 및 컨트롤러(미도시) 등을 포함하며 검출 모니터링 모듈로 사용될 수 있는 스캐닝 유닛(160)이 형성될 수 있다. 또한, 패턴 발생기(130)와 컴퓨터(140)는 USB(Universal Serial Bus) 타입으로 연결되며, 스캐닝 유닛(160)과 컴퓨터(140)도 USB 타입으로 연결될 수 있다.

패턴 발생기(130)와 연결된 컴퓨터(140)는 헤드(110)에 형성된 다수개의 노즐 중에서 테스트/모니터링/진단하고자 하는 노즐의 선택, 노즐의 속도 스캔 횟수, 트리거 신호 주파수 등에 대해 설정하여 패턴 발생기(130)에 인가할 수 있다. 컴퓨터(140)로부터 설정을 전달받은 패턴 발생기(130)는 드라이버(120)에 신호를 전달하며 신호를 전달받은 드라이버(120)는 헤드(110)를 구동시켜서 노즐을 통해 잉크 액적이 토출된다.

한편, 헤드(110)와 드라이버(120)를 연결하는 케이블에는 어댑터(150)가 설치될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템(100)은 헤드(110)와 드라이버(120) 사이에 적어도 1개의 어댑터(150)가 설치된 것에 하나의 특징이 있다고 할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템(100)의 어댑터(150)에는 다수개의 USB 포트(미도시) 등이 형성되어 스캐닝 유닛(160) 또는 컴퓨터(140) 등에 간편하게 연결할 수 있다.

스캐닝 유닛(160)은 컴퓨터(140)와 연결될 수 있는데, 양자를 연결하는 케이블의 일단은 스캐닝 유닛(160)과 USB 형태로 연결될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 구성요소들을 USB 타입으로 연결할 수 있게 구성함으로써, 각 구성요소들을 간편하게 연결할 수 있고 구성요소들의 유지 보수 편의성을 높일 수도 있다.

스캐닝 유닛(160)에 연결된 컴퓨터(140)는 스캐닝 유닛(160)에서 획득한 데이터 등을 전송 받을 수 있다.

드라이버(120)와 헤드(110) 사이에 연결된 어댑터(150)는 헤드(110)의 피에조의 전압 신호, 노즐에서 토출되는 잉크 액적의 속도 정보 등을 스캐닝 유닛(160)으로 전송하여 노즐의 불량 여부를 판별할 수 있도록 한다. 이를 위해, 어댑터(150)는 헤드(110), 드라이버(120) 및 스캐닝 유닛(160)에 연결될 수 있도록 형성된다. 이 때, 어댑터(150)는 드라이버(120)와 헤드(110)를 연결하는 케이블에 연결될 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 기존의 셀프 센싱 시스템을 변경하지 않고서도 간단하게 검출 시간을 줄일 수 있는 새로운 셀프 센싱 시스템을 얻을 수 있다.

한편, 어댑터(150)는 피에조의 셀프 센싱 신호의 감도를 변경할 수 있기 때문에 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 어댑터(150)는 드라이버(120)와 헤드(110) 사이의 출력 저항 또는 출력 임피던스를 변경할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 어댑터(150)는 저항, 캐패시터 또는 전선을 연결하여 출력 저항 또는 출력 임피던스(Impedance)를 변경함으로써 출력 감도를 변화시키거나 높일 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 어댑터(150) 상에서 출력 저항 또는 출력 임피던스를 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 128개의 노즐을 구비한 1개의 헤드(110)를 기준으로 대략 1~2초 이내에 셀프 센싱 데이터를 처리하여 노즐의 불량 여부를 진단할 수 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 원하는 노즐 테스트 횟수, 노즐 개수를 지정하고 이 때 횟수만큼 트리거에 의해 데이터를 획득하고 이를 메모리에 저장하고 최종적으로 모든 데이터를 한꺼번에 받아들여 처리할 수 있다. 이로 인해 노즐 불량 여부 검출에 소요되는 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)의 패턴 발생기(130)는 헤드(110)에 형성된 다수개의 노즐 중 테스트 내지 모니터링하고자 하는 노즐의 개수 및 노즐의 토출 횟수를 지정하고, 지정된 횟수 만큼만 트리거 신호를 발생시키고 이러한 트리거 신호를 사용하여 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 패턴 발생기(130)는 헤드(110)에 형성된 다수개의 노즐 중 선택된 원하는 노즐만 원하는 주파수로 지정된 횟수 만큼 순차적으로 토출시킬 수 있다. 패턴 발생기(130)는 자동적으로 테스트하고자 하는 노즐을 순차적으로 변경하여 토출시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)은 획득된 데이터를 검출 회로(170) 내지 스캐닝 유닛(160)의 메모리에 저장되고, 컴퓨터(140)는 최종적으로 모든 데이터를 한꺼번에 받아들여 처리할 수 있다. 이로 인해 불량 노즐 검출에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 패턴 발생기(130)에서 트리거 발생 시 데이터를 획득한 후 또 다시 트리거를 기다려서 데이터를 획득하는 방법이 아니라 모든 스캔 작업이 완료된 후 한꺼번에 데이터를 획득하는 방법을 사용한다. 이로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)은 노즐의 잉크액적 토출 속도 스캔시 원하는 만큼의 트리거와 미리 지정해 준 수 만큼의 스캔을 통하여 데이터를 획득하고 모든 데이터를 스캐닝 유닛(160)의 메모리에 저장하고, 나중에 한꺼번에 통신을 통해 컴퓨터(140)로 데이터를 전송할 수 있다. 따라서, 연속한 외부 트리거를 이용하여 노즐을 토출시키거나 외부 트리거 제어를 하는 것이 아니라, 정해진 횟수 만큼의 트리거 및 원하는 수 만큼의 데이터를 획득하므로 데이터 획득 및 처리 속도를 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)의 작동에 대해서 설명한다.

사용자는 컴퓨터(140)를 통해 헤드(110)에 형성된 다수개의 노즐 중에서 테스트/모니터링/진단하고자 하는 노즐을 선택하기 위한 설정을 입력하고 선택된 노즐에 대해 몇 차례에 걸쳐 반복적으로 잉크 액적 토출 속도를 스캔(scan)할 것인지 입력한다. 또한, 패턴 발생기(130)가 드라이버(120)에 트리거 신호 (제팅 신호 트리거 및 데이터 획득 트리거)를 인가할 수 있도록 설정한다. 이 때, 패턴 발생기(130)는 한꺼번에 테스트하고자 하는 노즐을 선택할 수 있다.

이러한 설정이 완료되면 드라이버(120)는 헤드(110)의 노즐 중 전체 노즐을 선택하여 스캐닝할 수도 있지만, 일부 노즐만을 선택적으로 스캐닝할 수도 있다. 예를 들어, 헤드(110)에 형성된 노즐이 128개이고 이 중 1번에서 100번까지 100개의 노즐을 선택하여 테스트하며, 각각의 노즐에 대해서 10번씩 토출시키며 작동 상태를 셀프 센싱으로 스캐닝하는 경우를 가정해 본다. 이 때, 총 트리거 개수는 1000개(즉, 100개 노즐X10번 평균)가 된다.

각 트리거 마다 셀프 센싱 데이터가 받아들여 진다. 이 때 데이터 획득을 위해 한 개의 트리거 마다 얻어지는 데이터 개수와 데이터 샘플링 주파수를 설정할 수 있다. 예를 들면, 트리거가 발생되면 1MS/s로 256개의 데이터를 받을 수 있다. 따라서, 1000개의 트리거가 발생될 때의 총 데이터 개수는 256000개가 된다. 이러한 데이터를 저장하기 위한 메모리 공간이 모니터링 모듈에 있어야 한다. 이 때 토출을 위한 트리거 주파수는 일정하도록 설정된다. 예를 들어, 트리거 주파수가 2kHz라고 하면, 트리거 주기(T)는 0.5ms가 되고 실제로 100개의 노즐을 10번 평균하는데 걸리는 시간은 0.5초(0.5msⅹ100개 노즐ⅹ10회)가 된다. 미리 설정된 노즐의 선택 및 토출 정보가 패턴 발생기(pattern generator, 130)에 미리 다운로드되어 트리거와 트리거 정보 사이(T=0.5ms)에 변경되므로 설정을 위하여 계속하여 통신할 필요가 없게 된다. 이것은 잉크젯 프린팅을 위하여 이미지(이미지는 노즐의 ON-OFF 정보가 됨)를 프린트하기 위해 데이터를 다운로드한 후 스테이지가 움직이면서 엔코더 신호를 이용하여 트리거가 작동되는 것과 같은 원리로 스캔이 되기 때문에 효율이 좋다. 종래의 기술과 다른 점은 엔코더와 같이 외부 트리거를 이용하는 것이 아니라 자체적으로 토출될 때마다 디지털 트리거가 자동으로 발생되어 이를 데이터 획득을 위한 트리거로 사용하는 점이다. 본 발명은 기존의 패턴 발생기의 기능을 그대로 사용하기 때문에 셀프 센싱을 위하여 추가로 드라이브 또는 패턴 발생기를 개발할 필요가 없게 된다.

설정된 총 트리거 수, 예를 들면, 1000개의 트리거에 해당하는 데이터 세트가 한꺼번에 스캐닝 유닛(160)의 메모리에 저장된다. 이 때 메모리의 용량은 전체 노즐을 원하는 평균횟수만큼 저장할 수 있을 정도의 용량을 갖는 것이 바람직하다. 이 때 저장된 전체 토출 잉크 속도 데이터는 모니터링 모듈에서 자체 프로세서를 통하여 계산하고 불량여부를 판단하여 컴퓨터로 최종결과를 가져올 수 있다. 반면에 메모리에 저장된 데이터를 컴퓨터로 한꺼번에 전송하여 이를 컴퓨터에서 계산하여 불량여부를 판단할 수도 있다.

불량노즐의 판별은 각각의 노즐에 대해 지정된 횟수의 평균(예를 들면, 10회)을 구하고, 이 평균과 정상상태 데이터를 비교해서 선택된 노즐의 불량 여부를 판별하게 된다. 그리고, 판별된 최종 결과는 컴퓨터(140)에도 한꺼번에 전송되고, 사용자가 시각적인 정보를 이용해 불량 여부, 불량의 심각도 등을 알 수 있도록 컴퓨터(140)의 화면에 디스플레이 될 수 있다. 이 때, 여러 차례 반복하여 속도를 스캔하고 그 평균을 이용하여 불량 여부를 판별함으로써 노이즈의 악영향을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)은 노즐별로 구비된 피에조의 셀프 센싱 전압 신호를 검출하는 것이라고 할 수 있다. 본 발명에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)은 셀프 센싱 신호를 얻기 위하여 드라이버(120)의 출력 임피던스와 헤드(110) 사이의 전압을 측정하는 것이 바람직하다. 헤드(110)에 가해지는 전압에 의해서 피에조에 변형이 발생하고 이로 인해 노즐 또는 헤드(110)에 압력파가 가해지고 그 결과 잉크 액적이 토출되기 때문에, 잉크토출 속도로부터 피에조의 전압 신호를 알 수 있다. 이를 위해서는 브릿지 회로 뿐만 아니라 일반적인 회로를 사용할 수도 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)은 기존의 드라이버 또는 회로를 변경하지 않고 드라이버(120)와 헤드(110) 사이에 3방향 어댑터(150) 내지 커넥터를 연결할 수 있다. 2방향의 어댑터 내지 커넥터는 각각 헤드(110)와 드라이버(120)에 연결이 되고 가운데 있는 커넥터는 셀프센싱 모니터링 모듈(160)에 연결할 수 있다. 이때 어댑터에는 출력 저항 또는 출력 임피던스를 변경하도록 하여 출력의 감도를 조절할 수 있다. 이러한 어댑터를 제거 하고 바로 드라이버(120)와 헤드(110)로 연결하더라도 토출 특성에 영향을 거의 주지 않을 수 있다. 또한 기존 드라이버를 그대로 활용이 되기 때문에 간편하게 토출 특성을 모니터링 할 수 있다.

이러한 어댑터(150)에서 얻은 검출 신호는 스캐닝 유닛(160)에서 데이터를 획득한다. 스캐닝 유닛(160)은 패턴 발생기(130)로부터 토출 신호에 해당하는 디지털 신호를 트리거 신호를 받아서 디지털 신호가 발생할 때마다 모니터링 데이터를 획득하도록 모니터링 모듈을 구성할 수 있다. 이때 달라지는 것은 패턴 발생기(130)에서는 각 노즐의 선택 및 토출 주파수, 평균횟수를 미리 정하여 매번 노즐 선택을 위한 시간을 획기적으로 줄이는 것이다. 이러한 방법은 실제 프린팅 할때와 엔코더 신호의 트리거 신호에 대해서 각 노즐의 ON-OFF를 한 스왓(swath)을 시작하기 전에 미리 다운로드 하는 것과 비슷한 기능으로 이를 쉽게 프로그래밍 하도록 기능(function)화 하는 것을 포함할 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 불량 노즐 검출 시스템(100)의 셀프 센싱 알고리즘이 간략하게 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 패턴 발생기(130)에서 미리 설정된 노즐과 토출 주파수 그리고 평균 횟수를 자동으로 변경하여 토출할 수 있다. 또한 이러한 토출 트리거 마다 데이터를 획득하여 모니터링 모듈의 메모리에 저장할 수 있다. 이 때 데이터 저장을 위한 트리거 신호는 패턴 발생기(130)에 발생한 토출 트리거 신호를 이용한다. 이를 위해서는 각 트리거마다 저장된 데이터를 컴퓨터로 통신을 바로 하는 것이 아니라, 모니터링 모듈에 있는 메모리에 저장한 후에 토출 신호가 모두 끝난 후에 컴퓨터로 전송하는 것이다. 이때 컴퓨터로 전송하기 전에 미리 저장된 데이터를 사용하여 불량 여부를 판단할 수도 있고, 이 불량 여부를 컴퓨터로 전송하여 결과 값만 사용자에게 모니터링 할 수도 있다. 또한 이러한 계산을 컴퓨터에 전송한 후에 컴퓨터에서 계산하여 노즐의 불량 여부를 판단할 수 도 있다. 이러한 방법으로 하면 실제 데이터 획득 시간은 100개의 노즐을 10번 평균하여 1KHz로 토출시킨다면 약 1초가 걸린다. 토출 주파수를 빨리하면 그 만큼 검출 시간이 더 빨라지게 할 수 있다. 이 때 토출 주파수는 1번 트리거마다 획득하는 데이터 개수에 따른 시간을 고려하여 토출 주파수를 정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 불량 노즐 검출 시스템은 프린팅 및 공정 도중에 주기적인 모니터링 신호와 정상상태의 비교를 통하여 불량 노즐의 유무 및 심각성을 실시간으로 파악할 수 있고, 불량 노즐 발생시 그 불량 노즐을 제외하고 프린팅 할 수 있도록 프린팅 알고리즘을 변경하여 헤드 교체시까지 자동으로 프린팅이 계속되게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제시하는 방법은 여러 헤드를 가지는 시스템에서 각 헤드의 불량을 검출하는 시스템에도 적용할 수 있으며, 각 헤드별로 독립적으로 동시에 불량 검출이 이루어지도록 하여 여러 개의 헤드를 갖는 시스템이더라도 1개의 헤드 검출 시간과 동일한 시간에 헤드의 불량 여부를 검출할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 불량 노즐 검출 시스템 110: 헤드
120: 드라이버 130: 패턴 발생기
140: 컴퓨터 150: 어댑터

Claims (10)

1. 피에조를 구비한 복수개 노즐의 불량을 검출하는 시스템에 있어서,
   상기 복수개의 노즐이 형성된 헤드;
   상기 헤드를 구동시키는 드라이버;
   상기 드라이버에 파형을 입력시키는 패턴 발생기;
   상기 드라이버와 상기 헤드 사이에 연결되는 어댑터;
   상기 어댑터에 연결되는 셀프 센싱 신호 검출회로 및 상기 검출회로와 상기 패턴 발생기에 연결된 AD 컨버터를 구비하는 스캐닝 유닛; 및
   상기 스캐닝 유닛과 연결되어 상기 검출회로에서 획득된 데이터를 저장하고, 상기 패턴 발생기와 연결된 컴퓨터;를 포함하며,
   상기 어댑터는 상기 피에조의 셀프 센싱 신호 감도 변경이 가능한 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터는 상기 드라이버와 상기 헤드 사이에 연결된 3방향 커넥터인 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터는 상기 드라이버와 상기 헤드 사이의 출력 저항 또는 출력 임피던스를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터는 저항, 캐패시터 또는 전선을 연결하여 임피던스를 변경함으로써 출력 감도를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스캐닝 유닛은 상기 패턴 발생기로부터 토출 신호에 해당하는 디지털 트리거 신호를 받고, 상기 디지털 트리거 신호가 발생할 때마다 모니터링 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 패턴 발생기는 상기 노즐 중 원하는 노즐의 선택, 원하는 토출 주파수 또는 원하는 평균 회수를 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 패턴 발생기는 자동적으로 테스트하고자 하는 노즐이 일정한 주파수로 토출 되면서 순차적으로 토출되는 노즐을 변경하여 토출시키는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 노즐이 토출될 때 상기 패턴 발생기에서 상기 디지털 트리거 신호가 자체적으로 발생되고, 자체적으로 발생된 상기 디지털 트리거 신호를 이용하여 노즐의 셀프 센싱 데이터 샘플링을 위한 데이터 획득용 트리거로 사용되는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 디지털 트리거 신호에 의해 자동으로 획득된 데이터는 검출 모니터링 모듈로 사용되는 상기 스캐닝 유닛의 메모리에 순차적으로에 저장된 후, 데이터 획득이 완료되면 상기 컴퓨터는 최종적으로 모든 데이터를 한꺼번에 받아들이는 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 불량 노즐 검출 시스템은 상기 헤드가 여러 개 장착된 프린팅 시스템에도 적용되며, 이 경우 상기 검출 시스템은 상기 각각의 헤드에 대해 독립적으로 동시에 구동되기 때문에 상기 헤드가 여러 개 장착된 프린팅 시스템에 적용되더라도 1개의 헤드에 대한 경우와 불량 노즐 검출 시간이 동일한 것을 특징으로 하는 피에조 셀프 센싱을 이용한 불량 노즐 검출 시스템.

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