KR102546878B1 - 통합 제트 임피던스 측정을 갖는 프린트 헤드 - Google Patents

통합 제트 임피던스 측정을 갖는 프린트 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 압전 액츄에이터; 유사-액츄에이터; 구동 레일; 상기 복수의 압전 액츄에이터와 상기 유사-액츄에이터와 상기 구동 레일 각각에 연결되며 상기 압전 액츄에이터들 중 적어도 하나 또는 유사-액츄에이터를 선택하여 구동 레일에 연결시키도록 구성된 전자 선택 회로; 및 상기 구동 레일에 결합되며, 상기 구동 레일을 구동시키기 위한 파형을 생성하도록 구성되며, 압전 액츄에이터, 또는 유사-액츄에이터에 연결되어 있거나 또는 어떤 압전 액츄에이터들 또는 유사-액츄에이터에도 연결되지 않은 구동 레일 상의 신호를 측정하도록 구성되며, 결과 측정값들을 사용하여 압전 액츄에이터의 임피던스를 산출하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 프린트 헤드에 관한 것이다.

Description

통합 제트 임피던스 측정을 갖는 프린트 헤드{PRINT HEAD WITH INTEGRATED JET IMPEDANCE MEASUREMENT}
본 개시는 프린트 헤드들을 테스트하는 것에 관한 것으로서, 특히, 프린트 헤드의 압전 액츄에이터들의 임피던스를 내부적으로 측정하는 것에 관한 것이다.
압전 잉크 제트 프린트 헤드들은 주파수들의 스윕에 걸쳐 프린트 헤드의 압전 액츄에이터의 임피던스를 측정함으로써 특징화되거나 진단될 수 있는 많은 특징들 및 고장 메커니즘들을 갖는다. 예를 들어, 프린트 헤드의 압전 액츄에이터의 임피던스 측정은 전기 연결성, 개별 잉크 제트들의 기계적 공진 및 유체 공진, 및 프린트 헤드의 인접한 잉크 제트들 사이의 크로스토크와 관련된 문제들을 나타낼 수 있다.
종래, 잉크 제트 임피던스 스윕 측정은 한 번에 하나의 제트에 배선되는 상업용 임피던스 미터로 실행되며, 각각의 제트에 임피던스 미터를 빈번히 재배선하는 시간적 제약으로 인하여 프린트 헤드의 모든 잉크 제트들 상에서 임피던스 스윕 측정을 실행하는 것을 비현실적으로 만든다.
US 6812621 B2 2004.11.02 US 9022515 B2 2015.05.05 US 9457560 B2 2016.10.04
본 개시의 실시예들은 종래 기술의 이들 및 다른 결점을 해결한다.
본 개시의 일 실시예는 복수의 압전 액츄에이터; 유사-액츄에이터; 구동 레일; 상기 복수의 압전 액츄에이터와 상기 유사-액츄에이터와 상기 구동 레일 각각에 연결되며 상기 압전 액츄에이터들 중 적어도 하나 또는 유사-액츄에이터를 선택하여 구동 레일에 연결시키도록 구성된 전자 선택 회로; 및 상기 구동 레일에 결합되며, 상기 구동 레일을 구동시키기 위한 파형을 생성하도록 구성되며, 압전 액츄에이터 또는 유사-액츄에이터에 연결되어 있거나 또는 어떤 압전 액츄에이터들 또는 유사-액츄에이터에도 연결되지 않은 구동 레일 상의 신호를 측정하도록 구성되며, 결과 측정값들을 사용하여 압전 액츄에이터의 임피던스를 산출하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 프린트 헤드를 포함한다.
본 개시의 다른 실시예는 프린트 헤드의 복수의 압전 액츄에이터들 - 여기서, 각각의 압전 액츄에이터는 프린트가 작동하는 동안 압전 액츄에이터들을 구동시키는 프린트 헤드의 전자 선택 회로에 연결됨 - 각각의 임피던스를 측정하기 위한 방법으로서, 프린트 헤드의 구동 레일을 구동시키기 위해 컨트롤러에서 디지털 파형을 생성하는 단계를 포함하는 방법을 포함한다. 구동 레일은 프린트 헤드의 전자 회로에 연결된다. 상기 방법은 또한 구동 레일을 구동시키기 위해 디지털 파형을 아날로그 파형으로 변환시키는 단계, 유사-액츄에이터를 전자 선택 회로를 통해 구동-레일에 연결시키는 단계, 및 기준 임피던스를 결정하기 위해 구동 레일을 구동시키는 아날로그 파형에 기초하여 유사-액츄에이터의 임피던스를 결정하는 단계를 포함한다. 압전 액츄에이터들 중 하나는 전자 선택 회로를 통해 구동-레일에 연결되고, 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스는 기준 임피던스에 기초하여 결정된다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 프린트 헤드의 블록 회로도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 다른 실시예에 따른 프린트 헤드의 블록 회로도를 예시한다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 프린트 헤드 내의 개별 제트들의 임피던스를 측정하기 위한 방법을 예시한다.
압전 잉크 제트 프린트 헤드들은 일반적으로 잉크 액적들을 프린트 매체를 향하여 발사하기 위해, 일반적으로 주문형 반도체(ASIC)와 같은 전자 선택 회로를 통해, 개별 잉크 제트들이 연결되는 하나 또는 두 개의 파형 구동 레일들을 사용한다. 레일이 두 개인 경우, 파형들의 양의 부분들은 VPP 구동 레일 상에 있는 반면 파형들의 음의 부분들은 VSS 구동 레일 상에 있다. 구동 레일들 각각 상의 베이스 커패시턴스는, 잉크 제트들이 연결되지 않은 상태에서, 대략 50 nF 내지 70 nF이다. 하나의 잉크 제트를 구동 레일에 연결시키는 것은 예를 들어, 55 pF 추가 커패시턴스, 또는 커패시턴스에서 대략 0.1%의 증가를 추가할 수 있다.
본원의 실시예들의 프린트 헤드는 구동 레일에 연결될 때 압전 액츄에이터의 추가 커패시턴스를 측정하고 그것을 기준 커패시턴스에 비교하여 각각의 개별 잉크 제트의 임피던스 및/또는 커패시턴스를 결정함으로써 각각의 개별 잉크 제트에 대한 압전 액츄에이터들의 임피던스를 내부적으로 측정한다. 추가 커패시턴스는 VSS 구동 레일 또는 VPP 구동 레일 상에서 측정될 수 있다. 아래에 논의되는 실시예들에서, VPP 구동 레일이 측정을 위해 사용되지만, 당업자는 VSS 구동 레일 상에서도 그러한 측정을 할 수 있거나 또는 하나의 파형 레일만을 구현하는 프린트 헤드들을 위한 단일 구동 레일 상에서 그러한 측정을 할 수 있음을 인식할 것이다. 본원에서 설명되는 실시예들은 개별 잉크 제트들의 임피던스를 측정하기 위해 임의의 추가 케이블들 또는 장비들을 필요로 하지 않으며 오히려 프린트 헤드에 이르기까지 모든 측정이 내부에서 행해질 수 있어서 유리하다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예들에 따른 프린트 헤드(100)의 예시적 회로 블록도를 예시한다. 당업자가 이해하게 되는 바와 같이, 프린트 헤드는 본원에서 상세히 논의되지 않은 추가 구성요소들을 포함할 수 있다.
프린트 헤드(100)는 전형적으로 외부 전자 장치, 예컨대 신호 소스(104)에 전자적으로 연결되는 프린트 헤드 인터페이스(102)에 연결된다. 외부 전자 장치는 파형 레일들 및 연관된 타이밍 및 제어 신호들과 함께, 프린트 헤드(100)에 이미지 데이터를 제공한다. 프린트 헤드(100)는 개별 잉크 제트(108)의 압전 액츄에이터 또는 유사-액츄에이터(110)를 선택해서 VSS 구동 레일(112)과 VPP 구동 레일(114)에 연결시킬 수 있는 전자 선택 회로(106)를 포함한다. 본원에서 더미 제트라고도 지칭될 수 있는 유사-액츄에이터(110)는 예를 들어 커패시터(116)를 포함할 수 있다. 프린트가 정상 작동하는 동안, 프린트 헤드 인터페이스(102)는 다양한 개별 잉크 제트들(108)의 연결된 압전 액츄에이터들을 구동하여 잉크를 프린트 매체를 향하여 토출시키기 위해 신호 소스(104)에게 파형을 VSS 구동 레일(112) 및 VPP 구동 레일(114)에 제공하도록 지시할 수 있다.
프린트 헤드(100)는 또한, 프린트 헤드 인터페이스(102)로부터 이미지 데이터 및 타이밍 신호들을 수신하고 전자 선택 회로(106)에 전자적으로 연결되는, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)와 같은 컨트롤러(116)를 포함한다. 컨트롤러(116)는 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이, 프린트 작동을 위해 또는 임피던스 측정을 위해, 전자 선택 회로(106)에게 다양한 개별 잉크 제트들(108) 또는 유사-액츄에이터(110)를 구동 레일들(112 및 114)에 연결하도록 지시할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 프린트 헤드(100)는 제트들을 특징화하고/하거나 제트들에 대한 임의의 문제들을 진단하기 위해 주파수들의 스윕에 걸쳐 개별 잉크 제트들(108) 각각의 압전 액츄에이터들 각각에 대한 임피던스 측정을 내부적으로 수행할 수 있다. 컨트롤러(116)는, 임피던스를 측정하는 동안, 개별 제트(108)의 특정 압전 액츄에이터, 유사-액츄에이터(110), 또는 비(no) 액츄에이터들(압전 또는 의사)을 구동 레일들(112 및 116)에 연결하여 임피던스 측정을 수행하기 위해 전자 선택 회로(106)에 명령들을 송신한다. 아래에 언급되는 바와 같이, 유사-액츄에이터(110)는 개별 제트들(108)의 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스를 측정하기 위한 기준 커패시턴스를 제공하고 비 연결된 제트들(108) 또는 유사-액츄에이터들(110)은 베이스라인 판독값(reading)을 제공한다.
컨트롤러(116)는 디지털 신호를 디지털-아날로그 변환기(DAC)(118)로 출력하며 이는 디지털 신호를 아날로그 파형, 예컨대 특정 주파수에서의 사인파로 변환시킨다. 다른 디지털 신호는 DAC(120)로 출력됨으로써, DAC(120)에서의 사인파는 DAC(118)에서의 사인파와 동일한 주파수이다. 커패시터(C2)(130) 및 저항(R2)(132)은 VPP 구동 레일(114) 상의 임피던스를 측정하기 위해 사용되는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(122)에 대한 입력을 형성하기 위해 DAC(120)로부터의 사인파를 VPP 구동 레일(114) 상의 신호와 결합시키도록 기능한다. DAC(120)에서의 사인파는 개별 제트들(108)의 압전 액츄에이터들 또는 유사-액츄에이터들(110) 중 어느 것도 구동 레일(114)에 연결되지 않을 때 ADC 신호를 최소화하기 위해 위상 및 진폭에서 시프트된다.
일부 실시예들에서, 선택적인 증폭기(124)가 측정 전에 ADC(122)에서 수신되는 신호를 증폭시키기 위해 ADC(122) 앞에 위치될 수 있다. 증폭기(126)는 또한 DAC(118)로부터의 아날로그 신호를 증폭시킬 수 있다. 정상 프린팅 중에, 전계 효과 트랜지스터(FET)(M1)는 신호 소스(104)로부터의 외부 VPP 파형 레일을 헤드의 내부 VPP 파형 레일(114)에 연결시킨다. 컨트롤러(116)는, 임피던스를 테스트하는 동안, FET(M1)(134)를 턴 오프하여, VPP 파형 레일(114)을 외부 신호 소스로부터 분리시킨다. 이것은 VPP가 증폭기(126)를 통해 DAC(118)에 의해 구동되는 것을 허용한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 프린트 헤드(100)는 또한 도 1에 도시되지 않은 다양한 다른 구성요소들뿐만 아니라, VPP 베이스 부하(128), 다양한 저항들 및 커패시터들과 같은, 본원에서 더 상세히 논의되지 않은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다.
도 2는 개별 제트들(108)의 압전 액츄에이터들 및 유사-액츄에이터들(110)의 임피던스 측정을 내부적으로 수행하는 다른 예시적 프린트 헤드(200)를 예시한다. 프린트 헤드(200)는, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 다수의 FET들, 커패시터들, 및 저항들을 포함하며, 이는 본원에서 더 이상 논의되지 않을 것이다. 프린트 헤드(200)의 예시의 용이성을 위해, 다수의 컨트롤러(116) 입력들 및 출력들은 분리되어 도시된다. 그러나, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 이들 입력들 및/또는 출력들 각각은 단일 컨트롤러(116) 상에 위치될 수 있다.
프린트 헤드(100)와 유사하게, 프린트 헤드(200)는 특정 압전 액츄에이터(108), 유사-액츄에이터(110), 또는 비 액츄에이터들(압전 또는 의사)을 구동 레일(202)에 연결시키기 위해 전자 선택 회로(106)(도 2에 미도시)를 포함할 수 있다. 프린트 헤드(200)는 또한 다른 구동 레일(203)을 포함할 수 있으며, 이는 커패시터(C9)를 통해 구동 레일(202)에 결합된다. AC-기반 측정들의 경우, 레일들은 대등하다. 그러나, 구동 레일들(202 및 203)은 그들 사이에 DC 오프셋 바이어스를 갖는다. 본 실시예에서, 단순한 시그마-델타(sigma-delta) DAC들(206 및 208)은 컨트롤러(116)에 위치될 수 있고, 저항들 및 커패시터들로 구성되는 저역 통과 필터들(210)은, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, DAC들(206 및 208)의 출력들을 필터링하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, DAC들(206 및 208)은 컨트롤러(116)로부터 분리되어 위치될 수 있고 저역 통과 필터들(210)을 포함할 수 있다.
프린트 헤드(100)와 유사하게, DAC(206)는 특정 주파수에서 사인파와 같은 파형을 구동 레일(202)로 출력한다. DAC(208)로부터 파형이 출력되는데, 이는 DAC(206)로부터의 파형과 동일한 주파수이지만, 진폭 및 위상이 시프트되어 구동 레일(202)로부터 시그마-델타 ADC(212)로의 신호에 합산된다. 도 2에 도시되지 않았지만, 시그마-델타 ADC(212)는 또한 인입 신호를 필터링하기 위해 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 시그마-델타 ADC(212)는 압전 액츄에이터들(108) 각각의 임피던스를 결정하기 위해 디지털 신호를 컨트롤러(116)로 출력시킨다.
프린트 헤드(200)에서, 도 2에 도시된 모든 FET들은 임피던스 측정 기간 동안 비활성화되며, 그 다음, 각각의 측정 사이에서, M1 및 M12를 제외한 모두가 활성화되는, 그들의 정규 정지 상태로 다시 설정된다.
일부 실시예들에서, ADC(212)로의 신호의 동기 정류가 구현될 수 있다. 그러한 실시예에서, 2개의 동기 정류기들이 사용되며, 각각은 VPP 구동 레일(114 또는 202)로 송신되는 주파수에서 구동되며, 하나는 90도 위상 시프트를 갖는다. 그 다음, 2개의 ADC들(210)이 각 정류기마다 하나씩 사용될 수 있다. 이것은 시그마-델타 ADC들을 사용할 때 노이즈 레벨을 낮출 수 있으며, 이는 시그마-델타 ADC들이 도 1에 도시된 것과 같은 대형 프린트 헤드들에 대해서도 동작할 수 있게 한다.
도 3은 프린트 헤드들(100 및 200) 중 하나의 전형적인 임피던스 측정 시험에 대한 흐름도를 예시한다. 임피던스 측정 시험은 임의의 문제들이 프린트 헤드(100 또는 200)에 존재하는지를 판단하기 위해, 전류 등과 같은, 다수의 다른 유형들의 판독값들을 포함할 수 있다. 다음의 것은 임피던스 시험을 가리키는 것이지만, 당업자는 하나의 특정 문제가 시험되고 있는 경우에 개별 측정들을 수행하되 측정들 중 그 나머지 측정들은 수행하지 않는 채로 수행할 수 있다는 점을 인식할 것이다.
우선, 작동(300)에서, 프린트 헤드(100 또는 200)가 파워 업된다. 프린트 헤드(100 또는 200)는 측정이 상승된 온도에 있는 경우 워밍업되고, 초기 프린트 헤드 온도가 기록된다.
작동(302)에서, 유사-액츄에이터들(110)은 다음 단락에서 설명되는 바와 같이, 실제 제트들(108)과 동일한 방식으로 단락들(shorts)에 대해 검사될 수 있다. 임의의 단락된 더미 제트들(110)은 모든 추가 작동들에서 마스킹된다.
작동(304)에서, 실제 제트들(108)은 저 진폭 파형으로 DAC(118 또는 210)를 구동시킴으로써 단락들에 대해 검사될 수 있다. 파형 진폭은 제트가 단락되는 경우에 제트 선택 회로(106)에 대한 임의의 손상을 회피하기 위해 충분히 낮다. 파형 레일 신호 진폭은 ADC(122 또는 212)에 의해 측정된다. 진폭은 단락된 제트가 선택될 때 상당히 감소된다. 임의의 단락된 실제 제트(108)는 모든 후속 작동들에서 마스킹된다.
작동(306)에서, 실제 제트들(108)은, 부저(buzzing) 명령이 지정된 경우, 미리 결정된 시간 길이 동안, 예컨대 5초 동안 펄스형 파형들을 사용하여 VSS 구동 레일(112) 및 VPP 구동 레일(114 또는 202) 상의 -40V 및 +20V와 같은 펄스들을 사용하여 "부저화" 될 수 있다. 부저화(buzzing)는 프린트 헤드(100 또는 200)에서 나노미터-갭 캡 개방들을 치유하는 것을 돕는다.
작동(308)에서, 전자 선택 회로(106) 출력 스위칭이 시험된다. 전자 선택 회로(106)의 출력들은 VSS 구동 레일(112) 상의 -10 V 및 VPP 구동 레일(114 또는 202) 상의 0 V로, 한번에 하나씩, 예를 들어 2.078 MHz와 같은 미리 결정된 주파수에서 VPP와 VSS 사이에서 토글될 수 있다. VPP 구동 레일(114 또는 202)에서의 신호는 전자 선택 회로(106) 출력 스위칭 전류로부터 나오고 ADC(122 또는 212)에 의해 측정될 수 있다. 이것은 정규(normal) 임피던스 측정값보다 덜 정확하므로 전자 선택 회로(106) 작동 검증에 주로 사용된다. 작동(308)은 또한 프린트 헤드(100 또는 200)에서 나노미터-갭 캡 개방들을 치유하는 것을 도울 수 있다.
작동(310)에서, 특정 주파수 스윕의 각각의 주파수에서의 임피던스는 각각의 압전 액츄에이터(108)에 대해 측정된다. 상기 언급된 바와 같이, 프린트 헤드(100 또는 200) 상의 유사-액츄에이터(110) 커패시터들은 특정 주파수 스윕에 걸쳐 각각의 주파수에 대한 각각의 압전 액츄에이터(108)의 임피던스를 결정하기 위해 임피던스 측정을 위한 기준 커패시턴스들로서 사용된다. 이러한 측정은 예를 들어, 주파수 스윕에서 각각의 주파수 포인트에 대해 5500개의 압전 액츄에이터들(108)을 포함하는 전형적인 프린트 헤드의 모든 압전 액츄에이터들(108)을 측정하기 위해 2.8 초 걸릴 수 있다. 즉, 제1 주파수에서 제1 파형이 생성되고, 전자 선택 회로(106)는 다양한 압전 액츄에이터들(108) 중 하나로 스위칭하여 그 주파수에서 그 스위칭된 압전 액츄에이터(108)에 대한 판독값을 수집한다. 짧은 안정 시간(settling time) 후에, ADC(122 또는 212)로부터의 판독값은 예를 들어, 250 ㎲와 같은, 미리 결정된 측정 적분 간격(integration interval) 동안 수집된다.
이것은 각각의 압전 액츄에이터(108), 각각의 유사-액츄에이터(110)에 대해 반복되고, 제트들이 연결되지 않은 판독값들로 배치된다. 압전 액츄에이터들(108) 또는 유사-액츄에이터들(110)이 연결되지 않은 채 임피던스 측정들을 수행하는 것은 베이스라인 판독값을 허용한다. 그 다음, 제2 파형은 제2 주파수에서 생성되고 프로세스가 반복된다. 이것은 원하는 주파수 스윕 범위 전체가 측정될 때까지 수행될 수 있다.
커패시턴스 대 주파수의 플롯들은 종종 압전 액츄에이터(108) 커패시턴스가 통상적으로 플롯에 걸쳐 자릿수(orders-of-magnitude)만큼 변하지 않으므로 더 용이하게 정보를 관측하고 더 빨리 정보를 수집한다. 이와 같이, 취해진 측정값은 임피던스 측정값이지만, 커패시터의 임피던스는 주파수에 걸쳐 하나로서 스케일링되므로, 컨트롤러(116)는 각각의 압전 액츄에이터(108)에 대한 임피던스 측정 자체 대신에, 또는 이에 더하여 측정된 임피던스를 생성하도록 요구되는 커패시턴스를 보고할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(116)는 임의의 필요한 계산들을 수행하기 위해 프린트 헤드(100 또는 200) 내부 또는 외부에 위치되는 다른 컨트롤러 또는 프로세서에 ADC(122 또는 212) 판독값들을 보고할 수 있다.
작동(312)에서, 압전 액츄에이터들(108) 사이의 제트 크로스토크가 측정될 수 있다. 개별 압전 액츄에이터(108) 커패시턴스들은 특정 주파수, 예컨대 256 KHz에서 측정되고, 그 다음, 커패시턴스들은 다시 쌍으로 - 즉, 2개의 물리적으로 인접한 압전 액츄에이터들(108)이 연결될 때 재측정된다. 크로스토크는 2개의 개별 판독값들의 합과 한 쌍의 압전 액츄에이터들(108)의 동시 판독값 사이의 차이이다. 압전 액츄에이터들(108) 사이의 베이스 전기 커플링, 즉 트레이스들(traces) 사이의 커패시턴스는 의미있는 기계적 또는 유체적 크로스토크 측정값들을 제공하기 위해 이들 판독값들로부터 차감되어야만 한다.
작동(314)에서, 엔딩 헤드 온도가 기록되고 프린트 헤드(100 또는 200)는 파워 다운된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 논의된 특징들이 특정 순서 및 흐름으로 도시되지만, 측정들은 도 3에 도시되고 상기 논의된 것으로부터 상이한 순서들로 취해질 수 있다. 즉, 상기 작동들은 도 3에 도시된 특정 순서에 제한되지 않는다.
이들 측정들 중 임의의 것에 걸쳐, 프린트 헤드(100 또는 200)는 VPP 레일(114 또는 202)에 어떤 압전 액츄에이터(108) 또는 유사-액츄에이터(110)도 연결되어 있지 않은 상태에서 주기적인 측정을 수행할 수 있다. 이것은 프린트 헤드(100 또는 200)가 제로-드리프트(zero-drift)를 보상하는 것을 허용한다.
작동(310)으로 돌아가서, 임피던스 스윕들은 잉크 제트들의 전기적 작동과 기계적 작동 둘 다를 확인할 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 압전 액츄에이터(108)와 아래의 다이어프램(diaphragm) 층 또는 위의 칩-온-플렉스(COF: chip-on-flex) 접촉부 사이의 약한 연결도 또한 임피던스 스윕을 사용하여 식별될 수 있다. 그러한 약한 연결은 실제 커패시턴스가 낮은 주파수에서 낮게 시작하게 되고 대략 9 MHz에서 거의 제로로 떨어지게 되는 결과를 초래할 것이다. 손실 또는 가상 커패시턴스는 높게 시작하여 피크에 달한 다음, 높은 주파수들에서 실제 커패시턴스와 함께 떨어진다. 병렬 전도성(parallel conductivity)은 커패시턴스가 낮은 주파수에서 높은 쪽에서 시작하여 높은 주파수들에서 정상으로 떨어지는 반면, 손실은 높게 시작하여 높은 주파수들에서 제로를 향하여 떨어질 때 식별될 수 있다. 병렬 전도성은 전형적으로 압전 영역으로 누출되는 잉크에 의해 야기된다.
기계적 연결들을 참조하면, 축소된 정규 형상의 커패시턴스 스윕은 연결되지 않은 크랙된 압전 요소가 있다는 것을 나타낼 수 있다. 또한, 주파수 범위에 걸쳐 높은 커패시턴스를 갖는 임피던스 스윕은 크랙되거나 박리된 압전 요소를 나타낼 수 있다. 크랙되거나 박리된 압전 요소의 경우, 기계적 공진들은 비효율적인 전기적-기계적 커플링으로 인해 낮은 진폭을 갖는다. 높은 커패시턴스로서 나타나지 않는 더 감지하기 힘든 압전 크랙들은 다이어프램 공진들 및 압전 요소의 방사상 공진의 변화들에 의해 여전히 검출될 수 있다.
기계적 및 유체적 공진들은 손실(가상) 커패시턴스 대 주파수 플롯들에서 피크들로서 나타난다. 건식의(dry), 사전-잉크-충전된 임피던스 스윕들은 2개의 일차 공진들을 나타낸다. 제1의 일차 공진은 다이어프램 드럼-헤드 공진이며, 이는 예를 들어, 900 KHz 주위일 수 있다. 다이어프램의 드럼-헤드 모션은 잉크를 분출시키기 위해 사용되는 제팅(jetting) 시에, 즉, 프린트 헤드의 바디 챔버 밖으로 및 그 안으로 다이어프램을 벤딩 시에 사용되는 모션과 근사하다. 다이어프램 공진의 주파수, 폭 및/또는 진폭의 변화들은 종종 제팅 성능에서의 변화들, 즉, 액적들을 토출시키기 위해 요구되는 구동 전압과 상관된다.
제2의 일차 공진은 다이어프램에 의해서 보다는 압전 요소 자체에 의해 제어된다. 공진 진폭은 압전 요소가 덜 구속됨으로써 다이어프램으로부터 박리되는 경우에 일반적으로 더 높다. 이러한 공진에서는 크랙들이 가장 잘 나타날 수 있는데, 특히, 나머지 압전 부품들이 이러한 제2의 일차 공진에서 공진하기에 충분히 큰 치수들을 갖지 않는 경우에는 수직 크랙과 수평 크랙의 조합이 가장 잘 나타날 수 있다. 제2의 일차 공진은 제1의 일차 공진과 달리, 잉크-충진에 의해 크게 영향을 받지 않는다.
유체 공진들은 충전된 프린트 헤드들(100 또는 200) 상에 존재한다. 잉크가 있으면, 다이어프램 공진은 사라진다. 헬름홀츠(Helmholtz) 공진이라 부르는 낮은 진폭이지만 중요한, 저주파수 공진이 존재한다. 그것은 오리피스 뒤쪽으로부터의 전체 단일-제트 유체 경로에 민감하다. 예를 들어 대략 550 KHz의 다른 공진이 존재하는데, 이 경우, 일반적으로 단일 -제트 피처들 내의 기포들이 그 기포의 크기 및 위치 여하에 따라 공진을 더 높거나 또는 더 낮은 주파수로 시프트시킨다. 이러한 주파수 시프트에 의해 버블들을 검출하는 것이 아마도 프린트 헤드(100 또는 200)에서의 임피던스 측정의 지배적인 사용법일 것이다.
본 개시의 양태는 특별히 생성된 하드웨어, 펌웨어, 디지털 신호 프로세서들 상에서, 또는 프로그래밍된 명령들에 따라 작동하는 프로세서를 포함하는 특별히 프로그램밍된 컴퓨터 상에서 작동할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같은 용어들 컨트롤러 또는 프로세서는 마이크로프로세서들, 마이크로컴퓨터들, 주문형 반도체들(ASICs), 및 전용 하드웨어 컨트롤러들을 포함하도록 의도된다. 본 개시의 하나 이상의 양태들은 하나 이상의 컴퓨터들(모니터링 모듈을 포함함) 또는 그 밖의 다른 장치들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램 모듈들과 같은, 컴퓨터-사용가능 데이터 및 컴퓨터-실행가능 명령들로 구현될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈들은 컴퓨터 또는 다른 장치들에서 프로세서에 의해 실행될 때 특정 업무들을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형들을 구현하는 루틴들, 프로그램들, 객체들, 구성요소들, 데이터 구조들 등을 포함한다. 컴퓨터 실행가능 명령들은 하드 디스크, 광 디스크, 착탈식 저장 매체, 고체 상태 메모리, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 등과 같은 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 저장될 수 있다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 프로그램 모듈들의 기능은 다양한 양태들에서 원하는 바와 같이 결합되거나 분산될 수 있다. 게다가, 기능은 펌웨어 또는 집적 회로, FPGA 등과 같은 하드웨어 등가물들에서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 특정 데이터 구조들은 본 개시의 하나 이상의 양태들을 보다 효과적으로 구현하기 위해 사용될 수 있고, 그러한 데이터 구조들은 본원에서 설명되는 컴퓨터 실행가능 명령들 및 컴퓨터-사용가능 데이터의 범위 내에서 고려된다.

Claims (19)

  1. 프린트 헤드로서,
    복수의 압전 액츄에이터;
    유사-액츄에이터;
    구동 레일;
    상기 복수의 압전 액츄에이터와 상기 유사-액츄에이터와 상기 구동 레일 각각에 연결되며 상기 압전 액츄에이터들 중 적어도 하나 또는 상기 유사-액츄에이터를 선택하여 상기 구동 레일에 연결시키도록 구성된 전자 선택 회로; 및
    상기 구동 레일에 결합되며, 상기 구동 레일을 구동시키기 위한 파형을 생성하도록 구성되며, 압전 액츄에이터, 또는 유사-액츄에이터에 연결되어 있거나 또는 어떤 압전 액츄에이터들 또는 유사-액츄에이터에도 연결되지 않은 상기 구동 레일 상의 신호를 측정하도록 구성되며, 측정된 신호들을 사용하여 압전 액츄에이터의 임피던스를 산출하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는, 프린트 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러에 연결되는 디지털-아날로그 변환기를 더 포함하며, 상기 디지털-아날로그 변환기는 상기 구동 레일을 구동시키기 위한 파형을 나타내는 디지털 신호를 상기 구동 레일을 구동시키기 위한 아날로그 신호로 변환하도록 구성되는, 프린트 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 디지털-아날로그 변환기에 전기적으로 연결되는 저역 통과 필터를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 레일로부터의 신호를 수신하고 상기 구동 레일로부터의 상기 신호를 나타내는 디지털 신호를 출력하여 상기 임피던스를 결정하도록 구성되는 아날로그-디지털 변환기를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 변환되기 전에 상기 구동 레일로부터의 상기 신호를 증폭하도록 구성되는 증폭기를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러로부터의 디지털 신호를 수신하고 아날로그 신호를 출력하도록 구성되는 디지털-아날로그 변환기; 및
    상기 구동 레일로부터의 상기 신호 및 상기 아날로그-디지털 변환기에서 수신될 상기 아날로그 신호를 결합시키기 위한 결합기를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 디지털-아날로그 변환기에 전기적으로 연결되는 저역 통과 필터를 더 포함하는, 프린트 헤드.
  8. 프린트 헤드의 복수의 압전 액츄에이터들 - 여기서, 각각의 압전 액츄에이터는 프린트가 작동하는 동안 압전 액츄에이터들을 구동시키는 상기 프린트 헤드의 전자 선택 회로에 연결됨 - 각각의 임피던스를 측정하기 위한 방법으로서,
    상기 프린트 헤드의 상기 전자 선택 회로에 연결된, 상기 프린트 헤드의 구동 레일을 구동시키기 위해 컨트롤러에서 디지털 파형을 생성하는 단계;
    상기 구동 레일을 구동시키기 위해 상기 디지털 파형을 아날로그 파형으로 변환시키는 단계;
    상기 구동 레일의 결과 아날로그 파형을 결정하는 단계;
    유사-액츄에이터를 상기 전자 선택 회로를 통해 상기 구동 레일에 연결시키는 단계;
    기준 임피던스를 결정하기 위해 상기 구동 레일의 상기 아날로그 파형에 기초하여 상기 유사-액츄에이터의 임피던스를 결정하는 단계;
    상기 압전 액츄에이터들 중 하나를 상기 전자 선택 회로를 통해 상기 구동 레일에 연결시키는 단계; 및
    상기 기준 임피던스에 기초하여 상기 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터들 또는 상기 유사-액츄에이터들 중 어느 것도 연결되어 있지 않은 때의 상기 구동 레일의 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스를 결정하는 단계는 상기 압전 액츄에이터들 또는 상기 유사-액츄에이터들 중 어느 것도 연결되어 있지 않은 때의 상기 구동 레일의 임피던스에 기초하여 상기 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터들 각각의 상기 결정된 임피던스를 상기 기준 임피던스에 비교함으로써 상기 복수의 압전 액츄에이터들 각각의 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전자 선택 회로에 연결되어 있는 모든 압전 액츄에이터들 및 유사-액츄에이터들로부터 분리될 때의 상기 구동 레일의 임피던스를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제8항에 있어서, 직류 바이어스 신호를 상기 구동 레일에 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 단락된 압전 액츄에이터들을 검출하기 위해 상기 구동 레일의 상기 아날로그 파형의 진폭을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 후속 임피던스 측정들로부터 검출된 단락된 압전 액츄에이터를 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제8항에 있어서, 물리적으로 인접한 압전 액츄에이터들의 쌍들의 임피던스를 동시에 그리고 개별적으로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제8항에 있어서, 상기 아날로그 파형은 주기적 파형이고 상기 전자 선택 회로의 구동 레일은 압전 액츄에이터가 연결되어 있는 동안 및 압전 액츄에이터가 연결되어 있지 않을 때 측정되는, 방법.
  17. 제8항에 있어서, 상기 복수의 압전 액츄에이터들의 상기 임피던스를 결정하는 단계는 2개의 구동 파워 레일들에 대한 연결들 사이에서 압전 액츄에이터를 토글링하고 상기 2개의 구동 레일들 중 적어도 하나 상의 신호의 진폭 및 위상을 측정함으로써 상기 임피던스를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제8항에 있어서, 2개의 구동 파워 레일들에 대한 연결들 사이에서 압전 액츄에이터를 토글링하고 상기 2개의 구동 파워 레일들 중 적어도 하나 상의 전류를 측정함으로써 임피던스 크기를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제8항에 있어서, 상기 압전 액츄에이터들 각각의 상기 임피던스를 결정하는 동안 상기 프린트 헤드 내의 다수의 전계 효과 트랜지스터들을 비활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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