專利名稱:經(jīng)表面形態(tài)修正的打印的制作方法
背景技術(shù)：
在噴墨打印中，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)打印類型的噴墨打印中，墨以一系列點滴形式被噴射?？墒褂镁哂写罅块_口(也稱為噴嘴)的壓電噴墨頭產(chǎn)生和控制點滴?？煞謩e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(yīng)至少100象素(點)每英寸(dpi)且有時遠大于該值的打印分辨率。該密集的開口陣列允許制作出復(fù)雜、高精度的圖像。在高性能打印頭中，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或更大的分辨率，并提供大約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。按需噴射式壓電打印頭在美國專利4825227中描述，其全文在此引為參考。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方面總體涉及一種方法，包括測量基底表面輪廓，基于該表面輪廓產(chǎn)生控制點滴噴射裝置的噴射指令，以及依據(jù)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征中的一個或多個和/或其它方面的特征。可通過光學(xué)方法測量表面輪廓。光學(xué)測量表面輪廓可包括在基底和位移測量計陣列之間產(chǎn)生相對運動，并在多個位置監(jiān)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(chǎn)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(chǎn)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并順序測量每個基底，以及在每個基底上沉積點滴。在基底上沉積的點滴的分辨率可以為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，例如烘烤制品。點滴噴射裝置可為按需噴射式壓電打印頭。
本發(fā)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，且該電子處理器基于該表面輪廓產(chǎn)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征中的一個或多個和/或其它方面的特征。該裝置還包括基底傳送器，其設(shè)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。該電子處理器基于該基底和點滴噴射裝置之間的相對運動產(chǎn)生噴射指令，使得噴射指令或基底運動依賴于基底輪廓變化而變化。該基底噴射裝置可為噴墨打印頭(例如，按需噴射式壓電打印頭)。該噴墨打印頭可具有至少約為100dpi的分辨率。該表面輪廓測量器可為光學(xué)表面輪廓測量器。例如，該表面輪廓測量器可包括激光位移測量計陣列(例如，設(shè)置成測量從測量計到基底的距離的測量計陣列)或掃描激光輪廓測量計。
本發(fā)明的實施例可具有以下優(yōu)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(yīng)用中的點滴位置誤差率；可減少由于基底相對于打印頭的錯位而引起的誤差；可通過現(xiàn)有市售元件實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個或多個實施例的細節(jié)在附圖和下面的說明書中闡述。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將通過說明書、附圖以及權(quán)利要求
而顯見。
圖1示出在不平基底上打印時飛行時間差異的效果的示意圖。
圖2A和2B為用于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(fā)明涉及在不平表面(例如，不規(guī)則表面和/或平滑曲面)上沉積點滴(例如，噴墨打印)。
參考圖1，點滴沉積裝置110，例如噴墨打印頭，將點滴111沉積至不規(guī)則基底101上，所述基底例如為食品(如，烘烤制品，例如餅干)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，基底被順序送至打印位置，且每個基底可具有隨機變化的不同的表面形態(tài)。該基底和該裝置之間的實際間隔距離相對于名義基底位置(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(dāng)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(dāng)該點滴以有規(guī)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(dāng)基底不平坦時，實際飛行時間tactual由下式給出tactual=D-Δdvd,]]>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，由于基底不規(guī)則導(dǎo)致的飛行時間的變化會產(chǎn)生點滴位置誤差量Δx，Δx由下式給出Δx=Δt×vs=Δdvsvd,]]>其中Δt＝tactual-TOF。然而，在本實施例中，以-Δt調(diào)節(jié)點滴噴射之間的時間差，以適應(yīng)由基底不規(guī)則導(dǎo)致的飛行時間的變化，從而降低(消除)與飛行時間變化有關(guān)的點滴位置誤差。
基于表面輪廓或基底表面形態(tài)調(diào)整點滴噴射之間的時間差。在某些實施例中，可用光學(xué)方法獲得基底表面輪廓。參考圖2A和圖2B，點滴沉積系統(tǒng)200包括激光位移測量計陣列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個激光位移測量計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(yīng)的被沉積的點滴的分辨率可以相對很高。例如，在特定應(yīng)用(例如，噴墨打印)中，分辨率可以為約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)上的沉積點滴分辨率，依賴于該系統(tǒng)的噴射頻率。處理方向分辨率也可相對很高(例如，約100dpi，300dpi，600dpi或更多)。在很多應(yīng)用中，處理方向分辨率和橫交方向分辨率相同。
當(dāng)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激光束至基底表面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?；诜瓷涔庠诠饨邮赵系奈恢?，每個位移測量計依據(jù)射出的反射激光束對該基底表面的位置進行三角測量，給出基底表面相對于測量計的位移值。當(dāng)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(yīng)于點滴噴射裝置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，并基于此產(chǎn)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(huán)中哪些噴嘴工作。該點滴噴射循環(huán)由來自編碼器(未示出)的信號控制，該編碼器監(jiān)控基底和點滴噴射裝置的相對位置并對應(yīng)于處理方向分辨率在預(yù)定位移后觸發(fā)點滴噴射。處理器230基于從客戶端接收的任務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生噴射指令。例如在打印應(yīng)用中，任務(wù)數(shù)據(jù)對應(yīng)于圖像。在這樣的應(yīng)用中，客戶端一般為計算機，且任務(wù)數(shù)據(jù)為桌面出版程序的輸出。在光柵圖像處理(RIP)中，處理器230基于任務(wù)數(shù)據(jù)和表面輪廓產(chǎn)生控制噴射裝置220的噴射指令。噴射指令包括有關(guān)每個噴射循環(huán)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(yīng)于編碼器信號的每個噴嘴的工作的相對時間設(shè)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(yīng)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，在高分辨率應(yīng)用(例如，大于約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(dǎo)致與象素間距相當(dāng)?shù)狞c滴位置誤差。為了補償與這個范圍的點滴速率對應(yīng)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管激光器(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(shù)的位移測量計?？梢赃x擇位移測量計的個數(shù)，使得陣列210橫跨基底并為橫交表面輪廓提供足夠的分辨率，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(shù)量可以與點滴噴射裝置220中噴嘴的個數(shù)相同。然而，更通常的方法是，可以通過使用比橫交點滴分辨率更低分辨率的表面輪廓來充分補償飛行時間的變化。例如，表面輪廓分辨率可以約為點滴分辨率的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(shù)據(jù)進行插值，以提供與該點滴噴射裝置具有相同分辨率的調(diào)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(shù)據(jù)進行線性插值，或可使用其它函數(shù)(例如，高階幾何函數(shù))對該數(shù)據(jù)進行插值。
陣列210的最大橫交分辨率對應(yīng)于位移測量計的數(shù)量，但可以較低分辨率操作陣列210。例如，表面輪廓變化的平均長度量級遠大于(例如，兩倍大于)橫交分辨率時，需要檢測較少的基底上的位置，而獲得一表面輪廓，并據(jù)此對開啟指令進行適當(dāng)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(dāng)該位移測量計的物理寬度限制分辨率時，錯開排列2行或多行測量計(相對于橫交方向彼此偏置)，可提供整體增加的陣列分辨率。
表面輪廓的處理方向分辨率與位移測量計的采樣頻率和基底速度有關(guān)。這個分辨率可與橫交分辨率相同或不同，并可與處理方向的點滴分辨率相同或不同。
一種適合的點滴噴射裝置為噴墨打印頭，例如可從Spectra公司(Hanover，NH)購買到的Galaxy或Nova系列的打印頭。打印頭的另一個實例在2003年7月3日的No.US-2004-0004649-A1號名為“打印頭”的美國專利申請以及2003年10月10日的No.60/510459號名為“具有薄膜的打印頭”的臨時專利申請中描述，兩者的全部內(nèi)容在此引為參考。在某些實施例中，點滴噴射裝置220包括打印頭陣列。
所述實施例利用激光位移測量計產(chǎn)生表面輪廓，也可使用其它輪廓測量裝置。例如，可使用掃描激光檢測系統(tǒng)在基底表面經(jīng)過該點滴噴射裝置下方之前沿橫交方向掃描該基底表面?？少徺I到的激光檢測系統(tǒng)的實例包括ShapeGrabberAI系列的自動檢測系統(tǒng)(來自ShapeGrabber公司，Ottawa，Canada)。掃描檢測系統(tǒng)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(tǒng)的掃描頻率應(yīng)相對基底速度足夠快，以提供所需的表面輪廓分辨率?；蛘?，可離線進行輪廓測量，并使處理適應(yīng)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并用來產(chǎn)生噴射指令。
而且，所述實施例通過調(diào)整噴射脈沖時間降低了點滴位置誤差，也可使用其它補償模式。例如，基底輪廓信息可用于調(diào)整點滴速度以適應(yīng)表面變化。例如，在多數(shù)壓電噴墨打印頭中，點滴速度依賴于施加至壓電致動器的噴射脈沖電壓而變化(例如，電壓更高時，速度就更大)。因此，當(dāng)由于基底輪廓使間隔距離增加時，更大的噴射脈沖電壓可使點滴速度增加，并且增加量足夠保持點滴的飛行時間大致恒定。
或者，或另外，當(dāng)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(yīng)不規(guī)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于在操作過程中變化兩者相對位置的致動器上。這樣，盡管基底表面輪廓中有變化，也能保持恒定的飛行時間。
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。在可食用基底上打印的實例在2004年1月20日提交的名為“可食用基底上打印”的NO.10/761008美國專利申請中被描述，其全部內(nèi)容在此引為參考。其它不規(guī)則基底的實例包括包裝產(chǎn)品，例如食品包裝(如，瓶子，罐，和不規(guī)則食品盒)，消費電子產(chǎn)品，玩具(如，娃娃)，和服裝。
點滴沉積包括非墨打印應(yīng)用。例如，所述實施例可被應(yīng)用至各種制造過程，如微電子中的流體(如，焊料)的精確配送，和平板顯示制造中的流體(如，有機發(fā)光二極管材料或濾色材料)的精確配送。
表面輪廓信息可用于降低與除了表面不規(guī)則以外的其它基底不均勻相關(guān)的沉積誤差。例如，基底輪廓可用于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打印矩形圖像。使用上述裝置，依據(jù)基底輪廓可檢測出基底相對于打印頭的偏差。因此，打印任務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)光柵圖像處理以適應(yīng)該偏差，并以相對基底正確的取向打印圖像。
已描述本發(fā)明的多個實施例。然而，應(yīng)該理解在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以做出各種修改。因此，其它實施例在所附權(quán)利要求
范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括測量基底表面輪廓；基于所述表面輪廓產(chǎn)生控制點滴噴射裝置的噴射指令；以及根據(jù)所述指令由點滴噴射裝置在所述基底上沉積點滴。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其中，光學(xué)測量所述表面輪廓。
3.如權(quán)利要求
2所述的方法，其中，光學(xué)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(chǎn)生相對運動，并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(quán)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(quán)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(chǎn)生相對運動。
6.如權(quán)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(chǎn)生相對運動。
7.如權(quán)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(quán)利要求
1所述的方法，其中，還包括提供一系列基底并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(quán)利要求
1所述的方法，其中，在所述基底上沉積的點滴的分辨率約為100dpi或更大。
10.如權(quán)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(quán)利要求
1所述的方法，其中，所述基底為食品。
12.如權(quán)利要求
11所述的方法，其中，所述食品為烘烤產(chǎn)品。
13.如權(quán)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打印頭。
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于所述表面輪廓產(chǎn)生控制所述點滴噴射裝置的噴射指令。
15.如權(quán)利要求
14所述的裝置，其中，還包括基底傳送器，其設(shè)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(quán)利要求
14所述的裝置，其中，所述電子處理器基于所述基底和點滴噴射裝置之間的相對運動產(chǎn)生噴射指令，從而，所述噴射指令或基底運動依賴于基底輪廓變化而變化。
17.如權(quán)利要求
14所述的裝置，其中，所述基底噴射裝置為噴墨打印頭。
18.如權(quán)利要求
17所述的裝置，其中，所述噴墨打印頭具有至少約為100dpi的分辨率。
19.如權(quán)利要求
14所述的裝置，其中，所述表面輪廓測量器為光學(xué)表面輪廓測量器。
20.如權(quán)利要求
19所述的裝置，其中，所述光學(xué)表面輪廓測量器包括測量計陣列，所述測量計陣列設(shè)置成測量從所述測量計到所述基底的距離。
專利摘要
本發(fā)明的一方面總體涉及一種方法，包括測量基底表面輪廓，基于該表面輪廓產(chǎn)生控制點滴噴射裝置的噴射指令，以及依據(jù)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(fā)明者斯蒂芬·H·巴斯 申請人:迪馬蒂克斯股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan