(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010232618.6
(22)申请日 2020.03.28
(71)申请人 华中科技大学
地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路
1037号
(72)发明人 尹周平 陈建魁 欧闻 刘强强
(74)专利代理机构 华中科技大学专利中心
42201
代理人 孔娜 李智
(51)Int.Cl.
G01B 11/26(2006.01)
G01B 11/02(2006.01)
G01B 11/00(2006.01)
G01N 15/00(2006.01)
B41J 2/12(2006.01)
B41J 29/393(2006.01)
(54)发明名称一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统及方法(57)摘要本发明属于喷墨打印视觉检测相关技术领域，其公开了一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统及方法，所述方法主要包括以下步骤：(1)首先，检测确定喷头安装角度；然后，进行试打印以检测确定飞行墨滴的体积、速度及角度；最后，检测确定喷孔阵列偏角、基板位置及角度、以及墨滴落点偏置距离；(2)根据所得到的参数进行喷墨打印，待基板打印完成后采用预先定义的缺陷类型对完成打印的基板进行液膜检测。本发明可以对喷墨打印的整个流程所需的各项控制参数进行检测，可以有效弥补现有喷墨打印的检测方法中只能对单一模块进行检测的缺陷，实现了对喷墨打印整体流程的更高精度、更高效率的检 测。权利要求书3页 说明书8页 附图6页CN 111397539 A 2020.07.10
C N 111397539
A
1.一种用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)首先，检测确定喷头安装角度；然后，进行试打印以检测确定飞行墨滴的体积、速度及角度；最后，检测确定喷孔阵列偏角、基板位置及角度、以及墨滴落点偏置距离；
(2)根据所得到的参数进行喷墨打印，待基板打印完成后采用预先定义的缺陷类型对完成打印的基板进行
液膜检测。
2.如权利要求1所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：喷头安装角度的检测包括以下步骤：首先，检测喷头模块下方对角处的两个定位标记，以得到定位标记的形心位置坐标(x1,y1)及(x2,y2)；然后，根据两个标记的形心所成直线与水平轴线之间的夹角θj以及两定位标记与喷头中线之间的制造夹角θm来计算喷头的安装角度：
式中，θrotate表示喷头安装的实际偏转角度，其正负号代表顺时针或逆时针旋转。
3.如权利要求1所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：喷孔阵列偏角的检测包括以下步骤：首先，检测多个喷孔圆心P i的坐标(x Pi,y Pi)，其中i＝1,2,3,...；然后采用最小二乘法对这些点进行直线拟合以得到直线L2：
令：
求得该直线的参数k和b及该直线与水平线之间的角度θh：
其中，N表示所有观测到的喷孔个数，x pi、y pi分别表示第i个喷孔的横坐标和纵坐标，k表示该拟合直线的斜率，b表示该拟合直线的截距，θh表示该直线与水平轴之间所成的夹角。
4.如权利要求1所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：飞行墨滴的体
积的检测包括以下步骤：分别对飞行墨滴在两个相机方向上的投影图像进行检测，继而拟合出一个椭圆，然后求出飞行墨滴的高度h以及分别在两个投影面内的最大宽度a、b；接着，将飞行墨滴沿垂直方向离散为n个厚度均为Δh的切片，并将各切片的截面拟合为一个椭圆；最后，根据墨滴投影最大宽度a、b和墨滴在相机方向的投影图像所拟合的椭圆来计算各切片面内的椭圆长短轴a i、b i，其中i＝1,2,…,n，则墨滴体积用以下公式来计算：
其中，V表示待测墨滴体积，h表示观测墨滴的高度，S表示墨滴切片的横截面积，a i、b i分别表示第i个
截面内的椭圆长轴和短轴，n表示在高度方向对墨滴切片的个数。
5.如权利要求4所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：飞行墨滴的速度及角度的检测包括以下步骤：预定时间间隔内两次曝光，在墨滴观测相机两次曝光的时间间隔Δt内，飞行墨滴由P6点运动至P7点，且P7点在两相机投影面内的投影点分别为P7x及P7y，经图像处理来求得该墨滴在时间t内下降的高度为Δz，当采图间隔时间Δt趋近于0时，求得墨滴的瞬时速度及角度分别为：
其中，v x、v y、v z分别表示墨滴在x、y、z方向的速度分量，θx、θz分别表示墨滴在水平面和垂直平面内的飞行角度。
6.如权利要求1所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：基板位置及角度的检测包括以下步骤：基板的三个边角处分别存在一个十字定位标记，首先，采用下视高倍相机对三个定位标记分别进
行检测，经过图像处理计算得到三个十字定位标记的中心位置分别为(x s1,y s1)、(x s2,y s2)、(x s3,y s3)，设其中第一和第三个定位标记处于基板对角线上，则求取基板中心点的位置及偏转角度为：
其中，(x s,y s)表示基板中心点的位置坐标，θs表示基板的偏转角度。
7.如权利要求1-6任一项所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法，其特征在于：墨滴落点偏置距离的检测包括以下步骤：首先通过喷头预设多个墨滴的预计落点位置坐标(x esti,y esti)，其中，i＝1,2,3,4,...，然后在基板的试打印区域进行试打印，待试打印完成后，采用下视高倍相机对实际落点分别进行检测，得到多个实际落点位置坐标(x reai,y reai)，其中，i＝1,2,3,4,...，然后分别求取各墨滴实际落点在x、y方向与预设落点的偏置值，最后取平均，则最终偏置距离通过以下公式计算：
其中，x bias表示x方向的平均偏置距离，y bias表示y方向的平均偏置距离，N表示所有观测到的实际落点数量；
此外，液膜检测时，将整个基板划分为多个矩形网格，每个网格内部包含一个像素坑；在图像处理时，每一个网格表示一个ROI，在每个ROI中对液滴进行边缘提取操作，然后通过液滴边缘位置来判定像素坑的缺陷种类。
8.一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统，其特征在于：所述多目视觉检测系统采用权利要求1-7任一项所述的用于喷墨打印的多目视觉检测方法进行视觉打印流程及缺陷检测，其包括上视视觉观测模块、下视视觉观测模块、墨滴观测模块及液膜观测模块及喷头控制模块，所述上视视觉检测模块、所述下视视觉检测模块、所述墨滴观测模块及所述液膜观测模块分别直接或间接连接于所述喷头控制模块；
所述下视视觉观测模块用于采集基板定位标记图像，以确定基板的位置及角度，并将检测到的结果反馈给喷头控制模块；所述上视视觉观测模块用于对喷头的定位柱检测以确定喷头位置及角度并将结果反馈至喷头控制模块；所述墨滴观测模块用于对喷头喷出的墨滴采图并进行图像处理，以分析墨滴的速度、体积以及角度并将结果反馈至喷头控制模块；所述下视视觉观测模块还用于采集墨滴在基板上的落点图像，通过图像处理分析墨滴的落点偏置距离，并反馈至喷头控制模块；所述喷头控制模块用于依据接收到的参数控制喷头模块进行喷墨打印；所述液膜观测模块用于对完成打印的基板进行液膜检测。
9.如权利要求8所述的用于喷墨打印的多目视觉检测系统，其特征在于：所述上视视觉检测模块包括采用低倍定焦镜头的上视低倍相机及采用高倍定焦镜头的上视高倍相机，所述上视低倍相机设置在所述墨滴
观测模块旁并能随同所述墨滴观测模块沿X1轴一起运动，所述上视高倍相机设置在基板平台旁并能沿与X1轴平行的X轴运动，所述上视低倍相机用于检测喷头模块下方的两个定位柱来确定喷头的角度，所述上视高倍相机用于检测喷头下方喷孔阵列的所成角度；所述墨滴观测模块包括采用第一频闪光源的第一墨滴观测相机及采用第二频闪光源的第二墨滴观测相机，所述第一墨滴观测相机及所述第二墨滴观测相机邻近所述上视低倍相机设置，且所述第一墨滴观测相机及所述第二墨滴观测相机在同一个高度设置。
10.如权利要求8-9任一项所述的用于喷墨打印的多目视觉检测系统，其特征在于：所述下视视觉观测模块包括采用低倍定焦镜头的下视低倍相机及采用高倍定焦镜头的下视高倍相机，所述下视低倍相机及所述下视高倍相机均设置在所述喷头模块上，所述下视低倍相机用于辅助所述下视高倍相机进行定位，所述下视高倍相机用于打印前检测基板三个边角的十字定位标记来确定基板的位置及偏转角度，所述下视高倍相机用于试打印时观测落点的偏置距离；所述液膜观测模块包括两个采用相同镜头及三通道光源的高分辨率相机。
一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统及方法技术领域
[0001]本发明属于喷墨打印视觉检测相关技术领域，更具体地，涉及一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统及方法。
背景技术
[0002]喷墨打印技术应用于制造显示屏、柔性传感器等领域，相比于传统的印刷技术，喷墨打印技术属于非接触式印刷，而且对位精度能达到亚微米级，因此是一种高效率、低成本、绿友好的电子制造技术，具有工艺简单、打印分辨率高、材料浪费少等优点。在喷墨打印过程中，由于墨滴体积及像素坑面积都较小，对整体视觉检测系统的检测精度要求极高，使用喷墨打印技术按需喷印，喷射墨滴形成图案化器件或者均匀致密的封装层，在打印过程中对喷头、基板的定位，墨滴速度、体积的测量及控制以及打印完成后液膜的检测都对喷印最终效果有很大影响，因此需要一套整体的检测方法。
[0003]现有技术中已经提出了一些关于喷墨打印过程的视觉检测系统及方法，例如一种检测飞行墨滴的视觉检测装置与方法，被用于检测喷头喷射出的墨滴速度、体积等参数，也提出了一种喷墨打印装置喷嘴的定位方法，针对喷头喷嘴的位置进行精确定位，还提出了一种对喷墨打印的液膜检测的方法，针对打印完成后液膜厚度及缺陷进行检测，但是这些方法都是一个单独的模块，功能单一，适用性较差。
发明内容
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于喷墨打印的多目视觉检测系统及方法，其可以对喷墨打印的整个流程所需的各项控制参数进行检测，可以有效弥补现有喷墨打印的检测方法中只能对单一模块进行检测的缺陷，实现了对喷墨打印整体流程的更高精度、更高效率的检测。
[0005]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于喷墨打印的多目视觉检测方法，所述
多目视觉检测方法主要包括以下步骤：
[0006](1)首先，检测确定喷头安装角度；然后，进行试打印以检测确定飞行墨滴的体积、速度及角度；最后，检测确定喷孔阵列偏角、基板位置及角度、以及墨滴落点偏置距离；
[0007](2)根据所得到的参数进行喷墨打印，待基板打印完成后采用预先定义的缺陷类型对完成打印的基板进行液膜检测。
[0008]进一步地，喷头安装角度的检测包括以下步骤：首先，检测喷头模块下方对角处的两个定位标记，以得到定位标记的形心位置坐标(x 1,y 1)及(x 2,y 2)；然后，根据两个标记的形心所成直线与水平轴线之间的夹角θj 以及两定位标记与喷头中线之间的制造夹角θm 来计算喷头的安装角度：
[0009]
[0010]式中，θrotate 表示喷头安装的实际偏转角度，其正负号代表顺时针或逆时针旋转。说 明 书
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