一种压电式喷头墨滴喷射状态检测装置及方法

本发明涉及印刷，尤其是涉及一种压电式喷头墨滴喷射状态检测装置及方法。

背景技术：

1、随着科技的快速发展，人们对于信息的传播和获取在很大程度上依赖于终端显示设备，因此人们对显示设备性能的要求也越来越高，oled已经成为当下最为热门的显示技术之一，特别在手机端迭代速度非常快。但对于大尺寸oled显示屏，真空蒸镀技术受到了挑战，喷墨打印技术是实现大面积、低成本oled显示的最有前途的技术之一。

2、oled印刷工艺在制作过程中，首先利用喷墨打印机将oled材料和作为溶剂的墨水通过喷嘴打印在tft基板的像素槽内，呈现出溶液状态，再经过后续的工艺去除像素槽中的溶剂。但在实际的打印过程中，由于环境、工艺或者喷头本身工况的影响，喷嘴喷射出的墨滴并不能完全保证打印在像素槽中，打印位置和速度均可能存在误差，存在喷嘴堵塞、混入空气等的问题。墨滴的打印飞行异常，打印到像素槽中可能就存在较大的位置误差，出现像素槽的漏点、错点等问题，最终导致显示屏显示有瑕疵，影响整体喷墨打印工艺的良率。因此需要快速有效的墨滴喷射状态检测方法，在打印过程中对喷头的喷嘴状态进行检测。

3、现有技术在进行墨滴喷射状态检测中主要有两类方法，一类是通过视觉的墨滴观测仪，利用相机频闪对墨滴进行拍照，再通过后续的图像处理根据卫星点等判断墨滴的喷射飞行状态。另外一类是通过自感应法、称重法等方法检测，利用喷头喷嘴故障本身的电特性进行墨滴喷射状态正常与否的判断。

4、具体地，现有技术一的方案如下：

5、现有的墨滴喷射状态检测使用最多的方法是视觉观测的方法。在喷头喷嘴开始喷射墨滴的时刻对墨滴进行拍照，根据拍照得到的图片判断墨滴的喷射状态。视觉拍照使用基于频闪光源的拍照方法，对频闪光源和视觉拍照硬件的触发信号进行控制，隔固定的周期时间对飞行墨滴拍照，这样就可以得到一组墨滴连续飞行的图片，进行后续的判断。为此陈建魁等人提交了名为“一种适用于喷墨打印的飞行墨滴检测装置”的专利申请(申请号：cn201811053389.0)，使用视觉方法进行飞行墨滴状态检测。同时通过正交两个方向上的相机，能够多方位测量飞行墨滴多个参数并估算落点位置。

6、现有技术一存在以下缺点：

7、使用视觉方法进行墨滴状态检测时首要的问题是对阵列化多喷嘴喷头观测耗时较长，当在打印过程中需要确定每个喷嘴能否正常工作时，视觉方法需要对每个喷嘴进行拍照观测，针对当前用于oled的喷墨打印喷头，大多都有2000个以上的喷嘴，会耗费大量的时间。同时使用基于频闪原理的观测方法，在阵列化飞行墨滴观测过程中需要频繁的启停喷头，会造成喷头的失稳，飞行状态剧烈变化，观测效果不佳。

8、现有技术二的方案如下：

9、使用自感应法、称重法等方法。王莉等人提交了名为“多通道压电式3d打印喷头故障识别及状态监测系统及方法”的专利申请(申请号：cn201910592645.1)，压电信号采集电路利用自感应检测方式采集压电喷头流道腔内的残余振动信号，将振动信号转化为电压信号分析后得到故障发生时对应的特征参数，根据第一个尖角幅值判断是否故障。称重法是通过收集大量打印后的墨滴进行称重的方法，只能在喷射完成后技术墨滴平均体积，无法实时测量，使用较少。

10、郑冬琛等人提交了名为“一种喷墨打印机喷头故障检测装置及方法”的专利申请(申请号：cn201620010431.0)，在喷墨打印机的电极之间设置检测电路，用于测量电极间的电特性信号并输出到控制系统，判断故障发生后进行后续的停机、补救等操作。

11、现有技术二存在以下缺点：

12、自感应方法采集压电流道腔的残余振动信号，通过外部的等效电路将振动信号转换成电压信号，但是只能粗略判断是否喷射而无法定量测量，同时外部的等效电路会占用较多的电路板空间，稳定性也有待验证。后一种方法在喷墨打印机的电极间加入检测电路，然后通过开关控制分别连接到检测电路进行检测，但是针对用于oled喷墨打印的打印喷嘴直径只有0.05mm，而且采用mems工艺很难在流道之间加入额外的电极用于检测，同时检测电路是通过开关扫描的方法依次对每个喷嘴检测，也会耗费较多的时间。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在无法很好的快速的测量压电喷头喷嘴的墨滴喷射状态的缺陷而提供一种压电式喷头墨滴喷射状态检测装置及方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种压电式喷头墨滴喷射状态检测装置，所述压电式喷头包括控制芯片和多个压电式的喷嘴，各个喷嘴均连接有对应的选通电路，所述控制芯片分别连接各个选通电路，对各个喷嘴进行开关控制，所述压电式喷头墨滴喷射状态检测装置还包括电荷传感器芯片，所述电荷传感器芯片的两端分别连接选通电路的部分元件和喷嘴的两端，用于测量各个喷嘴和对应的部分选通电路的电荷参数，并传输给控制芯片，所述控制芯片根据获取的电荷参数确定喷头的墨滴喷射状态。

4、进一步地，所述选通电路的部分元件为光耦、cmos或场效应管。

5、进一步地，所述电荷参数为电容值或电流值。

6、进一步地，各个喷嘴按阵列式分布，包括n列喷嘴，所述电荷传感器芯片的数量为n个，于各列喷嘴一一对应连接，各个电荷传感器芯片的两端均并联连接在对应列喷嘴和部分选通电路的两端；

7、所述控制芯片通过依次连通第一行喷嘴的选通电路开关，通过各个电荷传感器芯片获取当前行n个喷嘴对应的电荷参数，依次连通各行喷嘴的选通电路开关，获取整个阵列式分布喷嘴对应的电荷参数测量数据。

8、本发明还提供一种采用如上所述的一种压电式喷头墨滴喷射状态检测装置的墨滴喷射状态检测方法，包括以下步骤：

9、通过电荷传感器芯片获取各个喷嘴和对应的部分选通电路的电荷参数；

10、根据电荷参数，判断对应的喷嘴的工作状态，筛选出不能正常喷射打印的喷孔。

11、进一步地，采用硬阈值法判断对应的喷嘴的工作状态，所述硬阈值法具体为：将各个电荷参数与预先获取的电荷正常范围值对比，从而确定墨滴喷射状态不正常的喷嘴。

12、进一步地，采用软阈值法判断对应的喷嘴的工作状态。

13、进一步地，所述软阈值法为箱线图方法，该箱线图方法包括将获取的所有电荷参数从小到大排列，并分为四等分，将形成的三个分割点分别作为下四分位数、中位数和上四分位数，从而求解得到上须和下须，将超过上须范围或下须范围的电荷参数对应的喷嘴确定为墨滴喷射状态不正常的喷嘴；

14、所述上须的计算表达式为：

15、上须＝q3+1.5(q3-q1)

16、式中，q3为上四分位数，q1为下四分位数；

17、所述下须的计算表达式为：

18、下须＝q1-1.5(q3-q1)。

19、进一步地，所述软阈值法为聚类方法，该聚类方法包括：

20、扫描获取的所有电荷参数样本点，如果某个样本点的r半径范围内的样本点数目大于预设的最小点数，则将该样本点纳入核心点列表，将核心点列表中密度直达的点形成对应的临时聚类簇；

21、对每个临时聚类簇，检查其中的点是否为核心点，如果是，将该点对应的临时聚类簇和当前临时聚类簇合并，得到新的临时聚类簇；重复检查各个点直到当前临时聚类簇中的每一个点要么不在核心点列表，要么其密度直达的点都已经在该临时聚类簇，该临时聚类簇升级成为聚类簇，都不在此聚类簇范围内的认为是异常点，对应喷嘴存在墨滴喷射不正常的问题。

22、进一步地，采用孤立森林或者深度学习方法判断对应的喷嘴的工作状态。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

24、(1)本发明提出通过电容传感器芯片测量部分选通电路和压电喷嘴之间的电容值判断喷嘴是否正常喷射，相比于视觉方法可以快速测量墨滴喷射状态异常的喷嘴；

25、使用电容传感芯片测量部分选通电路和压电材料之间的电容值，并不直接测量喷头喷嘴电极之间的电容值，避免了将电极之间连接在压电陶瓷上进行电容值测量，更易于实现，不需要在喷嘴之间加入额外的电极；

26、对各个喷嘴的测量过程中，不需要经常性的重复启停喷头，只需依次选通每一行的喷嘴，更加高效快速。

27、(2)本发明可用于动态测量或者用于喷头的自检，便于测量，不需要复杂的定位等操作。