經表面形態修正的列印的製作方法
2023-05-03 14:00:56
專利名稱:經表面形態修正的列印的製作方法
背景技術：
在噴墨列印中，墨從一窄口向基底方向噴射。在一種已知為按需噴射式(drop-on-demand)列印類型的噴墨列印中，墨以一系列點滴形式被噴射。可使用具有大量開口(也稱為噴嘴)的壓電噴墨頭產生和控制點滴。可分別控制每個開口以在想要的圖像位置或象素有選擇地噴射墨。例如，噴墨頭可能具有相隔一定間隔的256個開口，該間隔對應至少100象素(點)每英寸(dpi)且有時遠大於該值的列印解析度。該密集的開口陣列允許製作出複雜、高精度的圖像。在高性能列印頭中，噴嘴口一般具有50微米或更小(例如，25微米左右)的直徑，以25-300噴嘴/英寸的間距分離，具有100至3000dpi或更大的解析度，並提供大約2至50納克(nanograms)(pl)或更小的點滴尺寸。點滴噴射頻率一般為10kHz或更大。按需噴射式壓電列印頭在美國專利4825227中描述，其全文在此引為參考。
發明內容本發明的一方面總體涉及一種方法，包括測量基底表面輪廓，基於該表面輪廓產生控制點滴噴射裝置的噴射指令，以及依據該指令用該點滴噴射裝置在該基底上沉積點滴。
本方法的實施例可包括以下特徵中的一個或多個和/或其它方面的特徵。可通過光學方法測量表面輪廓。光學測量表面輪廓可包括在基底和位移測量計陣列之間產生相對運動，並在多個位置監控基底和測量計之間的距離。噴射指令可補償表面輪廓的變化。例如，噴射指令可補償點滴飛行時間的變化，以補償表面輪廓的變化。在某些實施例中，噴射指令用來補償基底和點滴噴射裝置之間的錯位。測量表面輪廓可包括在基底和輪廓測量裝置之間產生相對運動。沉積點滴可包括在基底和點滴噴射裝置之間產生相對運動。該相對運動的速度可為大約1ms-1或更大。該方法還包括提供一系列基底並順序測量每個基底，以及在每個基底上沉積點滴。在基底上沉積的點滴的解析度可以為100dpi或更大(例如，200dipi，300dpi，600dpi或更大)。基底在其表面兩點之間可具有約0.1mm或更大(例如，約0.2mm，0.3mm，0.5mm，1mm或更大)的間隔變化。該基底可為食品，例如烘烤製品。點滴噴射裝置可為按需噴射式壓電列印頭。
本發明的另一方面總體涉及一種在基底上沉積點滴的裝置，其包括點滴噴射裝置；表面輪廓測量器；以及與該表面輪廓測量器和點滴噴射裝置進行通訊的電子處理器，其中，該表面輪廓測量器測量該基底的表面輪廓，且該電子處理器基於該表面輪廓產生控制該點滴噴射裝置的噴射指令。
本裝置的實施例可包括以下特徵中的一個或多個和/或其它方面的特徵。該裝置還包括基底傳送器，其設置成相對該表面輪廓測量裝置和該點滴噴射裝置掃描該基底。該電子處理器基於該基底和點滴噴射裝置之間的相對運動產生噴射指令，使得噴射指令或基底運動依賴於基底輪廓變化而變化。該基底噴射裝置可為噴墨列印頭(例如，按需噴射式壓電列印頭)。該噴墨列印頭可具有至少約為100dpi的解析度。該表面輪廓測量器可為光學表面輪廓測量器。例如，該表面輪廓測量器可包括雷射位移測量計陣列(例如，設置成測量從測量計到基底的距離的測量計陣列)或掃描雷射輪廓測量計。
本發明的實施例可具有以下優點中的一個或多個可減少在不平基底表面上沉積點滴時的點滴位置誤差；可減少在基底不平的高通過量應用中的點滴位置誤差率；可減少由於基底相對於列印頭的錯位而引起的誤差；可通過現有市售元件實現。
本發明的一個或多個實施例的細節在附圖和下面的說明書中闡述。本發明的其它特徵、目的和優點將通過說明書、附圖以及權利要求
而顯見。
圖1示出在不平基底上列印時飛行時間差異的效果的示意圖。
圖2A和2B為用於在不平基底上沉積點滴的點滴噴射裝置部分的示意圖。圖2A示出沿處理方向的裝置，而圖2B示出沿橫交方向的裝置的一部分。
圖3示出在不平基底上沉積點滴的過程的流程圖。
在各圖中相同的參考標記代表相同的元素。
具體實施方式在特定方面中，本發明涉及在不平表面(例如，不規則表面和/或平滑曲面)上沉積點滴(例如，噴墨列印)。
參考圖1，點滴沉積裝置110，例如噴墨列印頭，將點滴111沉積至不規則基底101上，所述基底例如為食品(如，烘烤製品，例如餅乾)或食品包裝。在操作過程中，基底101相對裝置110移動(沿箭頭130所示方向)，該裝置110朝向基底噴射點滴。在一典型實施例中，基底被順序送至列印位置，且每個基底可具有隨機變化的不同的表面形態。該基底和該裝置之間的實際間隔距離相對於名義基底位置(線120表示的)和點滴沉積裝置110之間的名義間隔距離D而變化。
當基底足夠平坦且間隔距離沒有顯著偏離D時，點滴的飛行時間TOF由下式給出TOF=Dvd,]]>其中，vd為點滴速度。當該點滴以有規律的間隔τ被噴射時，基底上鄰近點滴之間的距離x由下式給出x＝τ×vs，其中，vs為該基底和該點滴沉積裝置之間的相對速度。
當基底不平坦時，實際飛行時間tactual由下式給出tactual=D-dvd,]]>其中，Δd為基底和名義基底位置120之間的差值。如果沒有補償，由於基底不規則導致的飛行時間的變化會產生點滴位置誤差量Δx，Δx由下式給出x=tvs=dvsvd,]]>其中Δt＝tactual-TOF。然而，在本實施例中，以-Δt調節點滴噴射之間的時間差，以適應由基底不規則導致的飛行時間的變化，從而降低(消除)與飛行時間變化有關的點滴位置誤差。
基於表面輪廓或基底表面形態調整點滴噴射之間的時間差。在某些實施例中，可用光學方法獲得基底表面輪廓。參考圖2A和圖2B，點滴沉積系統200包括雷射位移測量計陣列210。在本實施例中，陣列210包括測量基底201不同部分的距離的8個雷射位移測量計211-218。傳送器240掃描陣列210下面的基底201。該陣列垂直該基底和點滴噴射裝置220之間的相對運動的方向(在下文中稱為「橫交(cross-web)」方向)橫跨基底201。在圖2A中，所示出的點滴噴射裝置220在先前在陣列210下方被掃描的另一基底211上沉積點滴215。點滴噴射裝置220包括沿橫交方向延伸的多個噴嘴(未示出)。在某些實施例中，噴嘴密度和相應的被沉積的點滴的解析度可以相對很高。例如，在特定應用(例如，噴墨列印)中，解析度可以為約100點/英寸(dpi)或更多，例如300dpi或更多。在該基底和點滴噴射裝置220之間的相對運動的方向(在下文中稱為「處理(process)」方向)上的沉積點滴解析度，依賴於該系統的噴射頻率。處理方向解析度也可相對很高(例如，約100dpi，300dpi，600dpi或更多)。在很多應用中，處理方向解析度和橫交方向解析度相同。
當基底201在陣列210下方移動時，每個位移測量計測量該測量計與該基底之間的距離。為了完成測量這些距離，每個位移測量計指引雷射束至基底表面201。每個光束從該基底表面的不同部分反射，且每個反射光束被各個位移測量計的光接收元件(例如，電荷耦合裝置或位置傳感探測器)檢測。基於反射光在光接收元件上的位置，每個位移測量計依據射出的反射雷射束對該基底表面的位置進行三角測量，給出基底表面相對於測量計的位移值。當基底201在位移測量計下面移動時，位移測量計做出多次位移測量。被測量的位移對應於點滴噴射裝置220和基底之間的變化的間隔距離。對陣列210下面的基底進行掃描從而可獲得整個基底的表面輪廓。
參考圖3，電子處理器230(例如，計算機)接收該表面輪廓，並基於此產生噴射指令控制點滴噴射裝置220的噴射指令。噴射指令指示點滴噴射裝置220每個點滴噴射循環中哪些噴嘴工作。該點滴噴射循環由來自編碼器(未示出)的信號控制，該編碼器監控基底和點滴噴射裝置的相對位置並對應於處理方向解析度在預定位移後觸發點滴噴射。處理器230基於從客戶端接收的任務數據產生噴射指令。例如在列印應用中，任務數據對應於圖像。在這樣的應用中，客戶端一般為計算機，且任務數據為桌面出版程序的輸出。在光柵圖像處理(RIP)中，處理器230基於任務數據和表面輪廓產生控制噴射裝置220的噴射指令。噴射指令包括有關每個噴射循環中哪個噴嘴將工作的信息，和為了補償點滴飛行時間的變化的對應於編碼器信號的每個噴嘴的工作的相對時間設定(例如，Δt)。
在某些實施例中，基底的通過量很大。例如，vs可以為約1ms-1或更多(例如，約3ms-1，5ms-1，8ms-1，10ms-1或更多)。而且，在很多應用中，vd從約3ms-1至約8ms-1。在這些速度下，點滴位置誤差可為約0.125至3.33毫米每間隔變化一毫米。因此，在高解析度應用(例如，大於約100dpi，如300dpi或更大)中，如果沒有補償，每間隔變化一毫米的幾分之一(例如，0.1mm)可導致與象素間距相當的點滴位置誤差。為了補償與這個範圍的點滴速率對應的飛行時間變化，Δt在約0.125×10-2至3.33×10-2秒每間隔變化一毫米之間。在實施例中，基底在橫交方向約為3英寸或更寬(例如，5至10英寸或更寬)。
合適的位移測量計為Keyence公司(WoodcliffLake，NJ)的LC系列的超高精度位移測量計。這種位移測量計使用紅光二極體雷射器(670nm)，其可聚焦為大小約為20微米或更小的光點。測量以50kHz的取樣頻率工作。在所述實施例中，陣列210具有8個位移測量計，但一般而言，可以使用任意個數的位移測量計。可以選擇位移測量計的個數，使得陣列210橫跨基底並為橫交表面輪廓提供足夠的解析度，以充分補償基底的表面變化。在某些實施例中，位移測量計的數量可以與點滴噴射裝置220中噴嘴的個數相同。然而，更通常的方法是，可以通過使用比橫交點滴解析度更低解析度的表面輪廓來充分補償飛行時間的變化。例如，表面輪廓解析度可以約為點滴解析度的10％或更少(例如，5％，2％，1％，0.5％，0.1％或更少)。為了給每個噴嘴提供修正，處理器230可對表面輪廓數據進行插值，以提供與該點滴噴射裝置具有相同解析度的調整過的表面輪廓。例如，處理器可對來自鄰近位移測量計的表面輪廓數據進行線性插值，或可使用其它函數(例如，高階幾何函數)對該數據進行插值。
陣列210的最大橫交解析度對應於位移測量計的數量，但可以較低解析度操作陣列210。例如，表面輪廓變化的平均長度量級遠大於(例如，兩倍大於)橫交解析度時，需要檢測較少的基底上的位置，而獲得一表面輪廓，並據此對開啟指令進行適當修正。
陣列210還可包括相對處理方向錯開排列的位移測量計行。例如，當該位移測量計的物理寬度限制解析度時，錯開排列2行或多行測量計(相對於橫交方向彼此偏置)，可提供整體增加的陣列解析度。
表面輪廓的處理方向解析度與位移測量計的採樣頻率和基底速度有關。這個解析度可與橫交解析度相同或不同，並可與處理方向的點滴解析度相同或不同。
一種適合的點滴噴射裝置為噴墨列印頭，例如可從Spectra公司(Hanover，NH)購買到的Galaxy或Nova系列的列印頭。列印頭的另一個實例在2003年7月3日的No.US-2004-0004649-A1號名為「列印頭」的美國專利申請以及2003年10月10日的No.60/510459號名為「具有薄膜的列印頭」的臨時專利申請中描述，兩者的全部內容在此引為參考。在某些實施例中，點滴噴射裝置220包括列印頭陣列。
所述實施例利用雷射位移測量計產生表面輪廓，也可使用其它輪廓測量裝置。例如，可使用掃描雷射檢測系統在基底表面經過該點滴噴射裝置下方之前沿橫交方向掃描該基底表面。可購買到的雷射檢測系統的實例包括ShapeGrabberAI系列的自動檢測系統(來自ShapeGrabber公司，Ottawa，Canada)。掃描檢測系統的另一個實例是VIVID系列掃描器，可從KonicaMinolta(Minolta USA，Ramsey，NJ)買到。該檢測系統的掃描頻率應相對基底速度足夠快，以提供所需的表面輪廓解析度。或者，可離線進行輪廓測量，並使處理適應該輪廓測量。在實施例中，示例基底的輪廓或一組基底的平均輪廓可以被確定並用來產生噴射指令。
而且，所述實施例通過調整噴射脈衝時間降低了點滴位置誤差，也可使用其它補償模式。例如，基底輪廓信息可用於調整點滴速度以適應表面變化。例如，在多數壓電噴墨列印頭中，點滴速度依賴於施加至壓電致動器的噴射脈衝電壓而變化(例如，電壓更高時，速度就更大)。因此，當由於基底輪廓使間隔距離增加時，更大的噴射脈衝電壓可使點滴速度增加，並且增加量足夠保持點滴的飛行時間大致恆定。
或者，或另外，當橫交基底變化與處理方向上的變化相比可以忽略時，可變化所述間隔距離以適應不規則的基底表面。例如，點滴噴射裝置和/或傳送基底的傳送器可被安裝於在操作過程中變化兩者相對位置的致動器上。這樣，儘管基底表面輪廓中有變化，也能保持恆定的飛行時間。
在某些實施例中，基底可包括可食用物，例如固體食品和泡沫。在可食用基底上列印的實例在2004年1月20日提交的名為「可食用基底上列印」的NO.10/761008美國專利申請中被描述，其全部內容在此引為參考。其它不規則基底的實例包括包裝產品，例如食品包裝(如，瓶子，罐，和不規則食品盒)，消費電子產品，玩具(如，娃娃)，和服裝。
點滴沉積包括非墨列印應用。例如，所述實施例可被應用至各種製造過程，如微電子中的流體(如，焊料)的精確配送，和平板顯示製造中的流體(如，有機發光二極體材料或濾色材料)的精確配送。
表面輪廓信息可用於降低與除了表面不規則以外的其它基底不均勻相關的沉積誤差。例如，基底輪廓可用於補償基底相對點滴噴射裝置的取向變化。一實例是在矩形基底上列印矩形圖像。使用上述裝置，依據基底輪廓可檢測出基底相對於列印頭的偏差。因此，列印任務數據經光柵圖像處理以適應該偏差，並以相對基底正確的取向列印圖像。
已描述本發明的多個實施例。然而，應該理解在不背離本發明精神和範圍的情況下可以做出各種修改。因此，其它實施例在所附權利要求
範圍內。
權利要求
1.一種方法，其包括測量基底表面輪廓；基於所述表面輪廓產生控制點滴噴射裝置的噴射指令；以及根據所述指令由點滴噴射裝置在所述基底上沉積點滴。
2.如權利要求
1所述的方法，其中，光學測量所述表面輪廓。
3.如權利要求
2所述的方法，其中，光學測量所述表面輪廓包括在所述基底和位移測量計陣列之間產生相對運動，並在多個位置檢測所述基底和所述測量計之間的距離。
4.如權利要求
1所述的方法，其中，所述噴射指令補償點滴飛行時間的變化，以補償所述表面輪廓的變化。
5.如權利要求
1所述的方法，其中，測量所述表面輪廓包括在所述基底和輪廓測量裝置之間產生相對運動。
6.如權利要求
5所述的方法，其中，沉積點滴包括在所述基底和點滴噴射裝置之間產生相對運動。
7.如權利要求
6所述的方法，其中，所述相對運動的速度約為1ms-1或更大。
8.如權利要求
1所述的方法，其中，還包括提供一系列基底並順序測量每個基底的輪廓，以及在每個基底上沉積點滴。
9.如權利要求
1所述的方法，其中，在所述基底上沉積的點滴的解析度約為100dpi或更大。
10.如權利要求
1所述的方法，其中，所述基底具有在其表面兩點之間約0.1mm或更大的間隔變化。
11.如權利要求
1所述的方法，其中，所述基底為食品。
12.如權利要求
11所述的方法，其中，所述食品為烘烤產品。
13.如權利要求
1所述的方法，其中，所述點滴噴射裝置為按需噴射式壓電列印頭。
14.一種在基底上沉積點滴的裝置，包括點滴噴射裝置；表面輪廓測量器；以及與所述表面輪廓測量器和點滴噴射裝置進行通訊的電子處理器，其中，所述表面輪廓測量器測量所述基底的表面輪廓，且所述電子處理器基於所述表面輪廓產生控制所述點滴噴射裝置的噴射指令。
15.如權利要求
14所述的裝置，其中，還包括基底傳送器，其設置成相對所述表面輪廓測量裝置和所述點滴噴射裝置掃描所述基底。
16.如權利要求
14所述的裝置，其中，所述電子處理器基於所述基底和點滴噴射裝置之間的相對運動產生噴射指令，從而，所述噴射指令或基底運動依賴於基底輪廓變化而變化。
17.如權利要求
14所述的裝置，其中，所述基底噴射裝置為噴墨列印頭。
18.如權利要求
17所述的裝置，其中，所述噴墨列印頭具有至少約為100dpi的解析度。
19.如權利要求
14所述的裝置，其中，所述表面輪廓測量器為光學表面輪廓測量器。
20.如權利要求
19所述的裝置，其中，所述光學表面輪廓測量器包括測量計陣列，所述測量計陣列設置成測量從所述測量計到所述基底的距離。
專利摘要
本發明的一方面總體涉及一種方法，包括測量基底表面輪廓，基於該表面輪廓產生控制點滴噴射裝置的噴射指令，以及依據該指令由該點滴噴射裝置在該基底上沉積點滴。
文檔編號B41J3/407GK1997522SQ200580011220
公開日2007年7月11日 申請日期2005年3月2日
發明者史蒂芬·H·巴斯 申請人:迪馬蒂克斯股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan