專利名稱：可印刷的基底和噴嘴對準系統(tǒng)的制作方法
可印刷的基底和噴嘴對準系統(tǒng) 相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求于2005年4月25日提交的申請?zhí)枮?60/674,584, 60/674， 585， 60/674， 588, 60/674， 589， 60/674， 590， 60 /674， 591,和60/674， 592的美國臨時申請的益處。上述申請的公 開內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。 技術(shù)領(lǐng)域
本申請涉及到壓電式微沉積(PMD)設(shè)備，并且更具體地涉及 到適于PMD設(shè)備的打印頭對準組件。 發(fā)明背景
在本部分中的陳述僅僅提供涉及到本發(fā)明的背景信息，并且 可不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
在工業(yè)PDM的應(yīng)用中，滴墨放置精度是非常重要的。滴墨放 置的不精確是由各種各樣的原因造成的。這些原因可能包括在一個陣列 內(nèi)的打印頭之間的不對準，以及在其上打印的基底的不對準。打印頭和/ 或基底的手動調(diào)整是昂貴的、費時的，而且仍可能導致錯誤。因此，存 在著對滴墨放置誤差的可能來源進行有效的解決和糾正的需要。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明， 一臺打印機設(shè)備可包括 一個構(gòu)造成在其上 能支撐基底的卡盤，安裝位置遠離卡盤的一軌道， 一個和軌道連接且包 含一個打印頭機殼(機殼內(nèi)包含至少一個打印頭)的打印頭小車機架， 一套構(gòu)造成捕獲打印頭的圖像數(shù)據(jù)并將圖像數(shù)據(jù)提供給計算機的第 一攝 像機組件，和用來接收來自第一攝像機組件的圖像數(shù)據(jù)并設(shè)置成確定打 印頭的理想位置和打印頭的實際位置之間偏差的一臺計算機。
通過本文的描述，將會明確進一步的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該理解描 述和特定例子只是為了達到解釋說明的目的，而并不意旨限制本發(fā)明的 范圍。
在此所述的附圖只是為了解釋說明的目的，而并不意旨以任 何方式來限制本發(fā)明的范圍。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的壓電式微沉積(PMD)設(shè)備的透視圖；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的打印頭機殼組件的透視圖；
圖3為包括打印頭對準組件的圖2所示打印頭機殼組件的局 部透—見圖4為自圖2打印頭機殼組件的打印頭組件的透視圖5為圖3驅(qū)動組件和圖4打印頭組件的分解圖6為圖5驅(qū)動組件和打印頭組件的附加的更充分的分解圖7為圖3所示的驅(qū)動組件的透^f見圖8為圖7所示驅(qū)動組件的另一透視圖9為圖7所示驅(qū)動組件的局部分解圖10為圖7所示驅(qū)動組件的另一局部分解圖11為打印頭對準的示意圖12為打印頭相位未對準的示意圖13為打印頭螺距未對準和打印頭螺距對準的示意圖14為根據(jù)本發(fā)明的打印頭小車機架的透視圖15為圖14所示打印頭小車機架的頂視平面圖16為圖14所示打印頭小車機架的分解透視圖17為圖14所示打印頭小車才凡架拆除打印頭才;L殼后的透視圖18為根據(jù)本發(fā)明的替換打印頭小車機架的透視圖；
圖19為圖18所示打印頭機殼調(diào)整組件的分解透視圖；
圖20為圖19所示打印頭機殼調(diào)整組件的另一局部分解透視圖21為圖20所示耦合元件的透視圖22為圖19所示打印頭機殼調(diào)整組件的另一局部分解透視圖23為處于驅(qū)動位置的圖18所示打印頭機殼調(diào)整組件的透視圖24為圖18所示部分打印頭機殼調(diào)整組件的透視圖；
圖25為替換打印頭機殼調(diào)整組件的示意圖；
圖26為替換打印頭小車機架的透視圖27為圖26所示打印頭小牟機架的頂視平面圖；
圖28為圖26所示打印頭小車機架的分解透視圖；
圖29為圖26所示的打印頭小車機架的剖面圖；
圖30為根據(jù)本發(fā)明一替換打印頭小車機架的透視圖；
圖31為圖30所示打印頭小車機架的另一透視圖；
圖32為圖30所示打印頭小車機架的部分透視圖；
圖33為不相鄰的打印頭陣列的示意圖；
圖34為根據(jù)本發(fā)明的可替換的打印頭陣列可變螺距設(shè)備的 示意圖35為圖34所示的打印頭陣列可變螺距設(shè)備的部分示意圖36為圖34所示打印頭陣列可變螺距設(shè)備的另 一部分示意圖37為圖1所示校準攝像機組件的透視圖；以及
圖38為圖1所示機器視覺攝像機組件的透視圖；具體實施方式
以下描述只是在本質(zhì)上進行的示范性描述，而并不意旨限制 本發(fā)明的公開、應(yīng)用或用途。
在本文中定義的術(shù)語"流體制造材料"("fluid manufacturing material")和"流體物質(zhì)，，("fluid material")可 廣義上詮釋為包括能夠呈現(xiàn)一種低粘度的形式并且適合于被沉積(例如 從PDM頭沉積到基底上從而形成微觀結(jié)構(gòu))的任何物質(zhì)。流體制造材料 可包括但不限于可用來形成高分子發(fā)光二極管顯示器件(PLEDs， PolyLEDs)的發(fā)光聚合物(LEPs)。流體制造材料也可包括塑料，金屬， 蠟，焊料，焊錫膏，生物醫(yī)學制品，酸，光致抗蝕劑，溶劑，粘合劑和 環(huán)氧樹脂。術(shù)語"流體制造材料"在此可互換地稱為"流體物質(zhì)"。
如在此所定義的術(shù)語"沉積" 一般是指流體物質(zhì)的單個液滴 沉積到基底上的過程。例如具體參照從PMD頭的流體物質(zhì)的沉積，術(shù) 語"液滴，，，"流出，，，"模式"，"沉積，，在此可互換使用。術(shù)語"液 滴，，和"滴墨"也是可以互換使用的。
如在此所定義的術(shù)語"基底"可廣義詮釋為具有在制造過程 中(例如PMD)適于接受流體物質(zhì)的一表面的任何材料?；装ǖ幌抻诓ＡО?，吸液管硅片，瓷磚，剛性和柔性塑料和金屬片和輥。在特定實 施例中，沉積的流體物質(zhì)本身可以形成一個基底，因為諸如象形成三維 微觀結(jié)構(gòu)時，流體物質(zhì)也差不多包括在制造過程中適于接受流體物質(zhì)的
如在此所定義的術(shù)語"微觀結(jié)構(gòu)" 一般是指能夠形成高準確 度并且尺寸適配于基底上的結(jié)構(gòu)。因為不同基底的尺寸可能會有所變 動，所以術(shù)語"微觀結(jié)構(gòu)，，的定義不應(yīng)被限制于任何特定尺寸并且可以 和術(shù)語"結(jié)構(gòu)"互換使用。微觀結(jié)構(gòu)可能包括單滴的流體物質(zhì)，液滴的 任意組合，或通過在基底上沉積一個或多個液滴而形成的任何結(jié)構(gòu)，諸 如兩維層，三維結(jié)構(gòu)，以及其它任意理想的結(jié)構(gòu)。
本文涉及到的PMD系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶定義的計算機可執(zhí)行指 令來執(zhí)行將流體物質(zhì)沉積到基底上的過程。在本文中又名"程序模塊，， 或"模塊"的術(shù)語"計算機可執(zhí)行指令" 一般包括程序指令，程序，對 象，組成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，或類似于能夠?qū)崿F(xiàn)特殊的抽象數(shù)據(jù)類型或執(zhí)行特 殊的任務(wù)，諸如但不限于為實現(xiàn)PMD過程而執(zhí)行電腦數(shù)值控制。程序模 塊可以存儲于任何的計算機可讀介質(zhì)中，這些可讀介質(zhì)包括但不限于隨 機存取存儲器(RAM)，只讀存取存儲器(ROM),電可擦除只讀存儲器 (EEPR0M)，光盤驅(qū)動器(CD-ROM)或其他光盤存儲器，磁盤存儲器或 其他磁性存儲設(shè)備，而且還包括能夠儲存指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并能夠被一般 用途或特殊用途的計算機存取的任何其它的介質(zhì)。
如圖1所示，壓電式微沉積設(shè)備10可能包括車架12，打印 頭車臺機架14，以及真空卡盤16和視覺系統(tǒng)l乙車架U可支持在其 上打印的基底18。車架12可包括安裝在其上的一個x-臺架20和一個y-臺架22。 x-臺架20可包括通常彼此互相平行并延伸過車架12寬度的第 一和第二軌道24、 26，并且通常確定打印軸。Y-臺架"通?？裳刂?架12的長度延伸并且通常垂直于x-臺架20。 y-臺架"可通常確定一個 基底軸。打印頭小車機架14可位于第一和第二軌道24， 26之間且與軌 道形成可滑動的連接，以能夠沿著打印軸位移，通常準備在基底18上打 印。
參考另一附圖2，打印頭小車機架l4可包括一個具有底板28 的打印頭機殼15,頂板30和側(cè)壁32， 34， 36， 38。動態(tài)的打印頭對準 組件40可與底板28相連。如圖3所示，間隙槽42可位于毗鄰打印頭對準組件40的底板28上。開口 44可位于通常位于打印頭對準組件40 上邊的頂板30上。打印頭組件46 (在圖4更詳盡地顯示)可經(jīng)過開口 44并可以和打印頭對準組件40相連。然而以上描述僅僅涉及到了單個打 印頭組件46和打印頭對準組件40，但是應(yīng)該理解并如圖2所示，打印頭 機殼15可包括多個打印頭組件46和打印頭對準組件40，進而形成一個 打印頭陣列。
另外參考圖5,打印頭組件46可包括一個主體48，主體48 具有一個可移動連接到其的基準塊50。使用精密粘合過程可使打印頭52 和基準塊50緊密配合在一起，并且打印頭52可包括一系列的噴嘴53, 這些噴嘴一般以排設(shè)置(圖示意所示)。
如圖6所示，打印頭52和基準塊50由于彈簧偏置機構(gòu)54 可導致與其余的打印頭組件46和打印頭對準組件40相分離。彈簧偏置 機構(gòu)54可包括安裝板56，安裝板56通過四個彈簧58與打印頭組件主 體48相連。每個彈簧58可以是具有第一和第二末端60， 62的壓縮彈簧。 每個彈簧58的笫一末端60可以與打印頭組件主體48相連，并且每個彈 簧58的第二末端62與安裝板56相連。因此，安裝板56通?？上鄬τ?打印頭組件主體48移動，大約有6個自由度?；鶞蕢K50和安裝板56相 連進而形成一個打印頭附件塊，并且使得基準塊50有自由度來運動地接 觸基準表面坐落，這將在下文討論，并相對于其進行調(diào)整。
如上文所述，并在圖3中更詳細的顯示，打印頭對準組件40 可和底板28相連接。底板28除了為打印頭對準組件40提供一個安裝面 外，還可為陣列(在25微米/米內(nèi))內(nèi)的所有打印頭52 (相對其基準塊 50)在垂直方向上提供了一個共同的主要參考基準。 一旦基底28中的許 多間隙槽42正確對準以執(zhí)行打印功能，基底28中的許多間隙槽42可通 常允許打印頭52從其中伸出。打印頭組件"并且由此打印頭52可通常 平行于彼此設(shè)置，并且與相應(yīng)的打印軸成一個任意沖角?？筛鶕?jù)矩陣所 期望的打印分辨率來設(shè)定該角度。
每個打印頭對準組件40可包括插口 63。插口 63可包括致動 組件64和閉鎖機構(gòu)66。另外參考圖7-10,致動組件64可包括具有第一 和第二腿部68， 70的L-形構(gòu)件67。第一腿部的自由端72可具有一個通 孔74并可與底板28樞轉(zhuǎn)聯(lián)接。致動組件64可進一步包括一個相位調(diào)整 組件76和螺距調(diào)整組件78 。
相位調(diào)整組件76可位于第一腿部68附近。相位調(diào)整組件 76可包括壓電陶瓷(PZT)驅(qū)動器80，調(diào)整機構(gòu)82，樞轉(zhuǎn)臂84，樞轉(zhuǎn)組件 86，第二基準塊88以及第一和第二回動彈簧90 ，91。壓電陶瓷(PZT) 驅(qū)動器8 0可與第二腿部7 0相連并且沿著第二腿部7 0的長度朝著第 一腿 部68和樞轉(zhuǎn)臂84延伸。壓電陶瓷(PZT)驅(qū)動器80可與樞轉(zhuǎn)臂84的第一 末端92相連。第一腿部68可包括一個凹進部分94，凹進部分94罩住 其中的樞轉(zhuǎn)臂84。樞轉(zhuǎn)組件86可包括一個樞軸96，樞軸96穿過第一腿 部68上的孔98， 99和樞轉(zhuǎn)臂84上的孔100，并且將樞轉(zhuǎn)臂84和第一腿 部68樞轉(zhuǎn)地連接?；貏訌椈?0可是一個具有第一末端101和第二末端 102的壓縮彈簧，第一末端101與第一腿部68相連且第二末端102與樞 轉(zhuǎn)臂84相連。因此，回動彈簧90通常迫使樞轉(zhuǎn)臂84朝著第一腿部68 轉(zhuǎn)動。第二基準塊88可通過樞軸105與第一腿部68可旋轉(zhuǎn)地連接，同 時還和樞轉(zhuǎn)臂84的第二末端103相嚙合，在下面討論。回動彈簧91可 是一個具有第一末端107和第二末端109的壓縮彈簧，第一末端107和 第二基準塊88相連并且第二末端109和樞轉(zhuǎn)臂84相連?；貏訌椈?1通 常迫使第二基準塊88朝著樞轉(zhuǎn)臂84轉(zhuǎn)動。調(diào)整機構(gòu)82可包括一個球形 構(gòu)件95和一個調(diào)整螺釘97。球形構(gòu)件95通?？山佑|樞轉(zhuǎn)臂84和第二 基準塊88的傾斜表面93坐落。調(diào)整螺釘可沿著傾斜表面93改變球形構(gòu) 件的垂直程度以控制第二基準塊88繞樞軸105的最初取向。
螺距調(diào)整組件78可包括固定在底板28上的線性驅(qū)動器104 和與L形構(gòu)件67的第二腿部70相連的第三基準塊106。線性驅(qū)動器104 可位于第三基準塊106附近并在第二腿部70的自由端108附近選擇性地 與其相嚙合。樞軸IIO (見圖3)可設(shè)在L形構(gòu)件67的孔74中，并且當 線性驅(qū)動器104在自由端108作用時，上述通常就允許樞軸轉(zhuǎn)動，這些 將在下文討論。螺距調(diào)整組件78還可包括一個回動彈簧112以促進笫三 基準塊106與線性驅(qū)動器104嚙合。回動彈簧112可以是一個具有第一 末端114和第二末端116的壓縮彈簧，其中第一末端114與底板28相連 且第二末端116與L形構(gòu)件67相連。
如圖3所示，鎖定機構(gòu)66可包括位于L形構(gòu)件67內(nèi)的磁夾 鉗機構(gòu)118。磁夾鉗機構(gòu)118可提供一個作用于基準塊50的磁力，將會 在下文討論。因此，基準塊50可由順磁材料諸如430SS構(gòu)成。
三點找平系統(tǒng)(沒有顯示)在兩個水平上都可使用并設(shè)定一個磁夾鉗機構(gòu)的工作間隙。設(shè)定這個間隙的目的是使永久磁體不能接觸基準塊。因此，間隙可允許打印頭相對目標物質(zhì)的z位置由保持磁夾鉗機構(gòu)118的底板28上的主要基準點決定。這通常能夠使所有的打印頭52 可在同一Z維空間內(nèi)，并且打印頭彼此的間距在大約25微米內(nèi)。此外， 當使用一個單一的表面吸墨站時，如果所有的打印頭52與吸墨布有不同 的關(guān)系那么它們可能不會適當?shù)奈?。如果空氣間隙過大，那么磁性固 位力就會以距離平方的速度下降。因此，為了停留在磁性夾緊曲線的強 力區(qū)域且金屬與金屬之間不接觸，優(yōu)選的距離是25至50微米之間。
在操作過程中，當決定一個打印頭52從其目標位置偏移時， 使用上文描述的特征來進行調(diào)整。打印頭52的一個目標位置一般可定義 為在彼此相關(guān)的打印頭陣列中打印頭52之間的一種理想的相對對準(如 圖ll所示)。具體地說，基準塊50—般可延長超過磁夾鉗機構(gòu)118， 并通常可鄰接第二和第三基準塊88， 106。 一個打印頭52的相位未對準 (在圖12中示意顯示)可以使用相位調(diào)整組件76給予修正。當一排打 印頭噴嘴53從目標位置線性偏移時，就會發(fā)生相位未重合現(xiàn)象。關(guān)于確 定一個未重合的細節(jié)將在下文中討論。 一個打印頭52可由相位調(diào)整組件 76線性移動(正如在圖11中箭頭顯示)，正如下文所論。
磁夾鉗機構(gòu)118可導致釋放基準塊50。更具體地說，可以通 過補償線圏電流的脈寬調(diào)制使力能夠從高達80磅到O磅變化，來改變作 用在每個打印頭52 (基準塊)上的磁性固位力。磁夾鉗機構(gòu)118中的補 償磁場允許打印頭的釋放，進而將打印頭從插口 63拆除或使打印頭52 復(fù)位。
—旦釋放，壓電陶資啟動器80可以和樞轉(zhuǎn)臂84的第一末端 90相連，進而造成樞轉(zhuǎn)臂84圍繞樞紐96旋轉(zhuǎn)。樞轉(zhuǎn)臂84的第二末端 103可與第二基準塊88相連，以造成第二基準塊88的移動，而與基準 塊50連接，進而又導致基準塊50的線性移動。
更具體地說，從樞軸96的中心到與樞轉(zhuǎn)臂84的第一末端92 相連的壓電陶瓷啟動器80之間的距離(dl)可能比從樞軸96的中心到 樞轉(zhuǎn)臂84的第二末端103和第二基準塊88的連接位置之間的距離(d2) 短。這樣，當其應(yīng)用于第二基準塊88時，通常由壓電陶資啟動器80造 成的位移一般可以被擴大。在目前的例子中，dl—般可為d2的四倍，進 而造成由壓電陶瓷啟動器80造成的位移大約凈皮放大4倍。
當打印頭52 (和相應(yīng)的基準塊50 )達到了一個修正的相位位 置(如圖11所示)時，磁夾鉗機構(gòu)118可以重新啟動并且鎖定基準塊50 在其修正的位置。更具體地說， 一旦達到這個位置，就要將磁夾鉗機構(gòu) 118中的電流切斷，進而使磁夾鉗機構(gòu)118重新夾緊打印頭52。由于磁 夾鉗機構(gòu)118使用電永磁材料，所以夾持力是"故障安全，，。也就是說， 如果PMD的電源被切斷，打印頭52仍能被鉗位在其位置。此外， 一旦打 印頭正確對準，為鎖定打印頭52的位置而使用一種電永磁卡盤，這種卡 盤的應(yīng)用可以消除在機械夾具或鎖具中常見的機械畸變，應(yīng)變，和滯后。 此外，磁夾鉗機構(gòu)118的磁性夾持力可以自動地和動態(tài)地變動。以這種 方式， 一旦打印頭52在其位置，對其位置進行調(diào)整和重新應(yīng)用的同時， 可在瞬間去除夾持力。
打印頭52螺距未對準(如圖13所示)可使用螺距調(diào)整組件 78予以修正。當一排打印頭噴嘴53旋轉(zhuǎn)地從目標位置偏移時，就會發(fā) 生螺距未對準現(xiàn)象。關(guān)于螺距未對準系統(tǒng)的細節(jié)將會在下文進行討論。 為了修正螺距未對準，使用螺距調(diào)整組件78使得打印頭52進行如圖13 種箭頭所示的旋轉(zhuǎn)，這將在下面討論。
如上文所述，磁夾鉗機構(gòu)U8可造成基準塊5 0的釋放。一 旦基準塊獲釋，就要延伸線性驅(qū)動器104以連接第二腿部70的自由端 108。當線性驅(qū)動器104和自由端108相連時，將會造成L形構(gòu)件67圍 繞樞軸110轉(zhuǎn)動。第二和第三基準塊88， 106和基準塊50相連并在其 上引起旋轉(zhuǎn)。當打印頭52 (和相應(yīng)的基準塊50)達到了一個修正的螺距 位置時(如圖13所示)，磁夾鉗機構(gòu)118就可以重新啟動和鎖定基準塊 50在其修正位置，如上文所述。上述的相位和螺距調(diào)整是可自動進行， 這將會在下文進行討論。
重新參考圖2，打印頭機殼15可進一步包括中板136。中板 136可包括三個懸臂安裝部分148， 150, 152和兩個閉鎖構(gòu)件151， 153 (見圖15)。懸臂安裝部分148， 150， 152可具有與之相連的空氣軸承 橡膠圓盤154， 156， 158?？諝廨S承橡膠圓盤154, 156， 158可進行高度 調(diào)整以使打印機殼15相對打印頭小車機架14在同一個水平面。閉鎖構(gòu) 件151, 153可包括有色金屬鋼質(zhì)圃盤且可能具有磁性。中板136應(yīng)具 有足夠的厚度以支撐打印機殼15。
如前所述，打印頭小車機架14可含有其內(nèi)的打印頭機殼15。另外參考圖14-17，打印頭小車機架14可包括一個具有上表面161和四 壁162, 164， 166， 168的基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)160。上表面161可包括空氣軸 承旋轉(zhuǎn)表面172， 174， 176和閉鎖構(gòu)件175。壁162， 164， 166， 168 一般可設(shè)于打印頭機殼15的側(cè)壁32, 34， 36, 38的周圍。壁164可包 括從其延伸的臂178， 180。閉鎖構(gòu)件175可以是電磁鐵并可選擇性地和 閉鎖構(gòu)件151， 153進行結(jié)合且與閉鎖構(gòu)件151, 153發(fā)生閉鎖。
閉鎖構(gòu)件175可在每個閉鎖構(gòu)件151， 153上作用一個磁性 固位力，其可以自動變化通過補償線圏電流的脈寬調(diào)制，這種調(diào)制可使 力從高達80磅到O磅變化。在閉鎖構(gòu)件175內(nèi)的補償磁場允許閉鎖構(gòu)件 151， 153的釋放。
打印頭機殼調(diào)整組件182與壁162的上表面161結(jié)合，并可 與打印頭機殼15嚙合。打印頭機殼調(diào)整組件182可包括嚙合構(gòu)件184， 第一和第二鏈接組件186， 188和一個驅(qū)動機構(gòu)190。嚙合構(gòu)件184可包 括沿側(cè)壁34延伸并分別部分圍繞側(cè)壁32， 36的臂192， 194。驅(qū)動臂196 可以在臂192, 194間延伸并且其內(nèi)可包括一個凹進部分198。凹進部分 198可罩住其內(nèi)的懸臂安裝部分148。
每個第一和第二鏈接組件186， 188可包括在其第一末端 206， 208和第二末端210， 212處的具有球形軸承204的鏈接構(gòu)件200， 202。球形軸承204可與嚙合構(gòu)件184和打印頭小車才幾架14相連，以形 成在鏈接構(gòu)件200， 202和嚙合構(gòu)件184與打印頭小車機架14間的樞軸 結(jié)合。
驅(qū)動機構(gòu)190可包括線性驅(qū)動器214和偏置彈簧216。線性 驅(qū)動器214可與壁164的上表面161相連。線性驅(qū)動器214可包括一個 可與嗜合構(gòu)件致動臂196的第一側(cè)220旋轉(zhuǎn)結(jié)合的臂218，并且可在通 常與偏置彈簧216相反的方向上收縮，如圖14的箭頭221所示。臂218 和致動臂196之間的旋轉(zhuǎn)結(jié)合可包括具有第一末段和第二末端的 hephaist軸承219，其中第一末端與臂218結(jié)合，并且第二末端與致動 臂196結(jié)合。線性驅(qū)動器214也可通過hephaist軸承223與基礎(chǔ)框架 結(jié)構(gòu)160構(gòu)成可旋轉(zhuǎn)的結(jié)合。偏置彈簧216可能是一個具有第一末端222 和第二末端226的拉伸彈簧，它的第一末端222與嚙合構(gòu)件致動臂196 的第二側(cè)面224相連，且笫二末端和固定于打印頭小車機架"上的 柱228相結(jié)合。
在操作中，打印頭機殼15可使用上述的特征進行調(diào)整。更具 體地說，打印頭機殼15的螺距可通過致動機構(gòu)190旋轉(zhuǎn)打印頭機殼15 來進行調(diào)整。在線性驅(qū)動器214驅(qū)動后，臂218朝著線性驅(qū)動器214的 方向拉動致動臂196。當移動致動臂196時，鏈接構(gòu)件200， 202可圍繞 球面軸承204樞軸轉(zhuǎn)動，進而引起嚙合構(gòu)件184的旋轉(zhuǎn)，嚙合構(gòu)件184 將旋轉(zhuǎn)傳遞給打印頭機殼15，如圖14箭頭229所示。更具體地說，當 臂218收縮時，鏈接構(gòu)件200的第一末端206可圍繞第二末端210以逆 時針方向旋轉(zhuǎn)，且鏈接構(gòu)件202的第一末端208可圍繞第二末端212旋 轉(zhuǎn)，進而引起打印頭機殼15的旋轉(zhuǎn)和線性平移。由于聯(lián)動設(shè)置，打印頭 機殼15的位移并不單純是旋轉(zhuǎn)。打印頭機殼15的位移可包括一些x和y 偏移，且這些偏移可通過調(diào)整機構(gòu)182產(chǎn)生的運動來進行預(yù)測。位移可 通過基底18和打印頭機殼15的協(xié)調(diào)運動來進行計算。
在打印頭機殼15的運動期間，空氣軸承橡膠圓盤154， 156， 158可允許打印頭機殼15在空氣軸承旋轉(zhuǎn)表面172， 174， 176上旋轉(zhuǎn)。 當獲得一個理想的位置時，空氣軸承橡膠圓盤154， 156， 158就會將打 印機殼15鎖定至空氣軸承旋轉(zhuǎn)表面172， 174， 176。
在圖18-24所示的替換例子中，打印頭小車機架300內(nèi)可設(shè) 有打印頭機殼302，并可以相似于上文關(guān)于打印頭小車機架14所述方式 與PMD設(shè)備10相連。打印頭機殼302通?？梢允且粋€具有一系列側(cè)壁 304, 306， 308， 310的矩形構(gòu)件。打印頭機殼302通?？膳c打印頭機 殼15相同，并可包括打印頭對準組件40 (如圖2所示)。打印頭機殼 調(diào)整組件312可固定在打印頭小車機架300上，并且其內(nèi)可設(shè)有打印頭 機殼302，進而將打印頭機殼302與打印頭小車機架300連接。
特別地參考圖19, 20， 22和23,打印頭機殼調(diào)整組件312 可包括車架組件314和致動組件316。車架組件3"可包括外架318 ， 內(nèi)架320，以及結(jié)合元件322。外架318可通過打印頭機殼安裝板324 固定在打印頭小車機架300上，并通?？砂ㄒ粋€長方體，該長方體具 有通?？蓮钠湎蛏涎由斓牡谝缓偷诙?cè)壁326， 328。外架318可進一步 包括一個從第一側(cè)壁326延伸至第二側(cè)壁328的頂板330和一個形成空 氣軸承表面的下表面332。第一和第二側(cè)壁326, 328可包括通孔334， 336, 338， 340, 342， 344。
內(nèi)架320其內(nèi)可設(shè)有打印頭機殼302。內(nèi)架320可位于頂板330，下表面332和第一和第二側(cè)壁326, 328之間。內(nèi)架320可包括通 常與孔334， 336， 338, 340，342， 344相對應(yīng)的孔346, 348， 350， 352,354， 356。內(nèi)架320可有一個通常的長方體，該長方體具有通常 開放的中心部分358，其內(nèi)設(shè)有打印頭機殼302。內(nèi)架320的下表面359 可包括用來依托在外框架下表面332上的空氣軸承墊357，以及為防止 內(nèi)架320和外架318之間相對運動的真空墊361。
參考圖20和21，連接元件322可位于孔334, 336， 338， 340, 342， 344和孔346, 348， 350， 352， 354， 356內(nèi)，并通常將內(nèi) 框320與外架318連接。更具體地說，每個連接元件322可包括一個具 有w型構(gòu)造的彎曲元件360。彎曲元件360可由高疲勞強度金屬薄片形 成，并可包括具有一個基礎(chǔ)部分363，基礎(chǔ)部分363具有內(nèi)部腿362和 從其延伸的兩個外部腿364, 366?；A(chǔ)部分363可以固定外架318。外 部腿364， 366可連接在一起，以及固定到外架318上。內(nèi)部腿362可以 固定在內(nèi)架320上，從而在內(nèi)架320和外架318之間形成一個可旋轉(zhuǎn)的 連接關(guān)系。
參考圖22，致動組件316可包括線性驅(qū)動器368， 370，殼 構(gòu)件372， 374和嚙合塊376。殼構(gòu)件372， 374可與外架318相連。線 性驅(qū)動器368， 370可通常彼此相對設(shè)置，并且與殼元件372, 374相連， 因此進而與外架318相連。嚙合塊376可以固定在內(nèi)架320上。彈簧377 可在第一末端379處與內(nèi)架320相連，并且可固定在殼構(gòu)件372， 374 上，因此也在第二末端381處固定在外架318上。彈簧377可是一個拉 伸彈簧，并且通常可提供一個力以迫使線性驅(qū)動器368， 370與嚙合塊 376結(jié)合。線性編碼器375可與通常位于嚙合塊376上的頂板330相連。
在操作中，當空氣軸承墊357正處于"開"狀態(tài)，它們通?？?在內(nèi)架320和外架318之間提供相對運動。在這種狀況下，線性驅(qū)動器 368， 370可作用于嚙合塊376上。嚙合塊376可將應(yīng)用的力施加于內(nèi)架 320上，從而造成相對外架318的轉(zhuǎn)動，如圖23所示。應(yīng)該指出的是， 為了說明目的而將在圖23中顯示的驅(qū)動進行放大。內(nèi)架320的實際旋轉(zhuǎn) 通?？梢允窍鄬ν饧?18旋轉(zhuǎn)1. 5度。由于打印頭機殼302安裝于內(nèi)架 320內(nèi)，當內(nèi)架320轉(zhuǎn)動時，也會引起打印頭機殼302旋轉(zhuǎn)。更具體地 說，可使得彎曲元件360呈八字形張開猶如一個"叉形桿"，進而提供一 個偏置力反作用于內(nèi)架320的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的固定中心可由線性驅(qū)動器368， 370作為一個力偶來維持。
這個力偶可通過線性驅(qū)動器368， 370的準確就位來得到，所 以應(yīng)使用相等的和方向相反的力。但是，由于在制造操作中所表現(xiàn)出來 的變化，為了位置誤差它可能需要調(diào)整線性驅(qū)動器368， 370。為了補償 位置誤差，線性驅(qū)動器368， 370可提供彼此不同的力。使用位于嚙合塊 376上的線性編碼器375，指令旋轉(zhuǎn)可涉及一些行進的直線距離。在臺架 運動控制器的設(shè)置過程中，臺架的旋轉(zhuǎn)是可被監(jiān)測和繪制的。接著可確 定角度旋轉(zhuǎn)和編碼器位置之間的關(guān)系。隨著位置的反饋，可自動確定作 用力矩。 一旦達到一個理想的位置，空氣軸承墊357就會轉(zhuǎn)變?yōu)?關(guān)"， 且真空墊361轉(zhuǎn)變?yōu)?開"，進而相對外架318將內(nèi)架320鎖定。
線性驅(qū)動器368， 370可轉(zhuǎn)動內(nèi)架使其"飛起來"。在這一模 式下，在無論是打印頭陣列臺架或基底臺架平移運動中，可能有必要用 小的旋轉(zhuǎn)來修正不精確性。造成打印頭陣列和基底18之間角度未對準的 誤差被稱為偏航誤差。偏航誤差可存在于打印頭與基底臺架中。對印刷 軸(即打印頭小車機架14沿其平移的軸)以及基底軸(基底18沿其平 移的軸)進行測繪。對垂直中心線相對PMD設(shè)備10的偏航角進行測量并 儲存在計算機922內(nèi)作為一張運動圖?？梢允褂迷O(shè)備如激光干涉儀對這些測量數(shù)據(jù)進行采集。
對精密的x - y臺架而言典型的誤差數(shù)值可在20-40弧秒范 圍內(nèi)。在PMD設(shè)備10內(nèi)(圖1 )，這個誤差范圍可能導致40至80微 米的打印位置誤差。在一個角度方式下，通過打印頭陣列的旋轉(zhuǎn)可以消 除這一誤差。旋轉(zhuǎn)量可以是印刷軸沿X臺架20的旋轉(zhuǎn)誤差與基底18以 某一特定的距離沿Y臺架22的旋轉(zhuǎn)誤差之和。對每個軸使用繪圖，計算 機922將會動態(tài)地對已計算的誤差進行求和，并命令打印頭旋轉(zhuǎn)以彌補 誤差。該打印頭校正角度可以0. 02弧秒小的角度遞增。在每秒大約2000 次的間隔下應(yīng)用修正，也就是說當以1米/秒的速度印刷時，基底每行進 0. 5mm就在打印頭陣列中進行一次角度修正。利用這一方法，打印頭陣列 位置可以調(diào)整以解決在PMD設(shè)備IO中的結(jié)構(gòu)不規(guī)則。具體來說，在x和 y臺架20， 22相對理想方向的偏差可以解決。
參考圖25， 一個替換的打印頭陣列旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)400可在支撐軌 道402， 404 (類于如圖1所示的軌道)處與一個PMD設(shè)備的x臺架401 相連。打印頭陣列旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)400可包括線性運動驅(qū)動器406， 408，其內(nèi)設(shè)有打印頭組件412的打印頭機殼410，和連接機構(gòu)414， 416。線性運 動驅(qū)動器406， 4 08可與支撐軌道4 02， 404結(jié)合且能沿支撐軌道402， 404移動。連接機構(gòu)414， 416可與打印頭機殼410在第一末端418， 420 處相連接，且在第二末端422， 420處與線性運動驅(qū)動器406， 408相連。
在操作中，在確定樞轉(zhuǎn)誤差之后，線性運動驅(qū)動器406， 408 可通常以彼此相反的方向沿著支撐軌道402, 404移動。由于線性運動驅(qū) 動器406, 408相對彼此移動，連接機構(gòu)414， 416發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而造成 打印頭機殼410相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。 一旦達到了一個理想的位置，就要關(guān)閉線 性運動驅(qū)動器306， 308,且將打印頭機殼302固定在這個位置。
另外參考圖26-29， 一臺替換的打印頭小車機架514可罩住 其內(nèi)設(shè)有打印頭組件516的打印頭機殼515。打印頭小車機架514可以 類似于有關(guān)打印頭小車機架14所述方式與PMD設(shè)備10相連。打印頭機 殼515可包括一個環(huán)形體518，環(huán)形體518在豎直方向上由第一套空氣 軸承520支撐且徑向由安裝在打印頭小車機架514上的第二套空氣軸承 522支撐。
打印頭小車才幾架514可包括致動組件524，以4更可旋轉(zhuǎn)地驅(qū) 動打印頭小車機架515，進而能夠進行打印頭機殼515的螺距調(diào)節(jié)。致 動組件524可包^"電機繞組526，磁塞528,制動器530，和一個光學編 碼器532。電機繞組526可安裝在打印頭小車機架514上，且磁塞528可 安裝在由電機繞組526驅(qū)動的環(huán)形體518的頂部。制動器530可與打印 頭小車機架514相連且可通常在環(huán)形體518上延伸，進而限制打印頭機 殼515行進通過制動器530與磁塞528間的嚙合。
打印頭機殼環(huán)形體518可包括其內(nèi)設(shè)有打印頭組件516的插 槽532， 534, 536。更具體地說，打印頭組件516可包含在延伸至插槽 532， 534, 536的機箱538， 540， 542內(nèi)。才幾箱538， 540， 542可與 線性軸承544, 546, 548滑動地結(jié)合。插槽532， 534， 536可以進一步 包括其內(nèi)的線性驅(qū)動器550， 552， 554，線性驅(qū)動器550， 552， 554是 用來驅(qū)動機箱538, 540， 542沿插槽532, 534， 536的移動，進而進行 打印頭組件516的相位調(diào)節(jié)。此外，由于組件的變化或任何其他的原因 而導致的任何初步偏移可利用下文描述的視覺系統(tǒng)以參考打印頭機殼 515下表面上的基準點來解決。
另外參考圖32，前壁組件632可包括一個壁元件640和一個 調(diào)整組件642。壁元件640可能包括頂部644和底部646。頂部644可包 :括在末端652， 654處的滑塊部分648， 650?；瑝K部分650可進一步包 括調(diào)平機構(gòu)656，以調(diào)整第二末端654的垂直方向，進而因此導致前壁 組件632的角度調(diào)整。此外，滑塊部分648還可以包括調(diào)平機構(gòu)(未顯 示)以使前壁組件632可以在兩個末端652， 654處進行豎直調(diào)整。底部 646可包括用來支撐調(diào)整組件642 —部分的架子658，這將在下面討論。
調(diào)整組件642可包括線性滑動軸承660，軌道662，滑動組 件664，樞轉(zhuǎn)組件666，打印頭機殼安裝組件668和鎖定組件670。線性 滑動軸承660可沿架子658延伸。軌道662通?？裳乇谠?40的大部 分長度延伸，且可位于線性滑動軸承660之上?；瑒咏M件664可包括由 之間的中間部分676相連的第一和第二末端部分672, 674，位于第一末 端部分672和中間部分676之間的第一電動驅(qū)動器678，和位于第二末 端部分674和中間部分676之間的第二電動驅(qū)動器680。
每個第一和第二末端部分672， 674可包括安裝于其底部的支 撐元件686， 688。支撐元件686， 688可滑動地與線性滑動軸承660相 連。中間部分676可包括一個可滑動地連接于軌道662上的臂689。樞 轉(zhuǎn)組件666可包括樞轉(zhuǎn)元件690， 692，樞轉(zhuǎn)元件690， 692具有相對彼 此可旋轉(zhuǎn)的第一末端694, 696和第二末端698， 700。樞轉(zhuǎn)元件690, 692 可采取hephaist軸承的形式，并可含有與滑動組件第一和第二末端部分 672， 674的頂部相連的第一末端694, 696。打印頭才幾殼安裝組件668 可包括安裝塊702 , 704,以便將調(diào)整組件642連接到打印頭機殼628。 安裝塊702， 704可與樞轉(zhuǎn)元件的第二末端698， 700連接，進而允許打 印頭機殼628相對壁元件640旋轉(zhuǎn)。閉鎖構(gòu)件670可與中間部分676連 接，并可包括用來相對壁元件640固定調(diào)整組件642的夾緊螺栓705， 706， 707。夾緊螺栓706可收緊以在整個范圍內(nèi)保護滑動組件664,同時通常允許通過驅(qū)動器678， 680的驅(qū)動對第一和笫二末端部分672， 674 相對彼此進行微調(diào)。夾緊螺栓705， 707可收緊以相對彼此固定第一和笫 二末端部分672， 674。再次參考圖30和31，后壁組件634可包括一個壁元件708 和一個樞轉(zhuǎn)組件710。壁元件708可固定在側(cè)壁元件636, 638上。樞轉(zhuǎn) 組件710可包括具有第一末端(未顯示)和第二 (未顯示)末端且相對 彼此可旋轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)元件712, 714。樞轉(zhuǎn)元件712， 714可采取hephaist 軸承的形式即使第一末端(不顯示)固定到臂元件708上。安裝塊724， 726可與第二末端(不顯示)和打印頭機殼628連接，進而允許打印頭 機殼628相對壁元件708旋轉(zhuǎn)。每個側(cè)壁組件636， 638可包括在其上表面的具有找平軌道 732， 734的壁元件728, 730。壁元件640的滑塊部分648， 650可與找 平軌道732， 734可滑動的嚙合， 一般允許壁元件640沿找平軌道732， 734的長度方向行進。在操作中，當確定打印頭機殼6M從其目標位置偏移時，可 使用上文描述的特征對它進行調(diào)整。具體來說，當一個打印頭機殼628 發(fā)生螺距未對準時(如圖13所示)，可利用調(diào)整組件642進行修正。更 具體地說，可調(diào)整打印頭52以修正由打印頭機殼628繞樞轉(zhuǎn)元件712， 714旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的螺距。通過使用調(diào)整組件642而使打印頭機殼圍繞樞轉(zhuǎn)元件712， 714旋轉(zhuǎn)?；瑒咏M件664可通過釋放閉鎖機構(gòu)67 0而允許其沿軌道662 延伸。通過松動夾緊螺栓705, 706， 707而釋放閉鎖機構(gòu)670。 一旦閉 鎖機構(gòu)670被釋放，第一和第二電動啟動器678， 680可將滑動組件66 4 沿軌道662的長度方向驅(qū)動至一個理想的位置以進行螺距修正。當滑動組件664沿軌道662滑動時，打印頭機殼628圍繞樞 轉(zhuǎn)元件712， 7H從笫一位置(圖30)旋轉(zhuǎn)至第二位置(圖31)。由于 打印頭機殼628是旋轉(zhuǎn)的，所以它們在壁元件640， 708間進行有角度的 布置。為了適應(yīng)打印頭機殼628的角位移，當打印頭機殼628旋轉(zhuǎn)時， 壁元件640沿找準軌道732， 734移動。通過調(diào)整指揮電動驅(qū)動器移進或退出的電壓信號可完成滑 動組件的驅(qū)動。關(guān)于打印頭噴嘴理想位置的信息可通過視覺系統(tǒng)獲得， 描述如下。
打印頭陣列可構(gòu)造成連續(xù)或非連續(xù)的陣列。非連續(xù)的陣列可包括在打印頭52間的打印長列間的間隙。非連續(xù)陣列的簡要表現(xiàn)在圖33中顯示。由所使用的打印頭52強加的物理尺寸限制可能會造成一個非連續(xù)的陣列。打印頭52需要間隙以能夠在某一特定的空間內(nèi)達到噴射陣列預(yù)期的數(shù)目。間隙可能要求在印刷方法上的變化，這種變化改變了打印 頭陣列相對基底的運動以確?；姿械拿娣e都被打印。該定位的方法通常不會受到這種安排的影響。
圖34-36簡要地顯示了一臺替換的打印頭機殼調(diào)整設(shè)備 800。打印頭機殼調(diào)整設(shè)備800可包括第一和第二打印頭機殼802， 804, 一個橫梁806和一個驅(qū)動組件808。第一打印頭機殼802可固定在橫梁 806的第一面上且第二打印頭機殼804可滑動地與橫梁806的第二面連 接，且安裝方向通常與第一打印頭機殼802相反。
驅(qū)動裝置808可包括一個空氣軸承組件810, —個樞轉(zhuǎn)組件 812，和第一和第二驅(qū)動機構(gòu)814, 815?？諝廨S承組件810可在靠近第 一打印頭機殼802的第一末端附近與橫梁806的第一末端相連。樞紐組 件812可包括hephaist軸承816,這個軸承與打印頭機殼調(diào)整設(shè)備800 的底板818和橫梁806在第一打印頭組件802的第二末端附近相連，進 而在兩者之間提供一個旋轉(zhuǎn)連接。
第一驅(qū)動裝置814可包括線性驅(qū)動器820，可動鏈接構(gòu)件 822?？蓜渔溄訕?gòu)件822與在打印頭陣列可變螺距設(shè)備的底板818上的導 向槽824相連。線性驅(qū)動器820可包括與第一打印頭機殼802相連的第 一臂821，并且可包括與可動鏈接構(gòu)件822相連的第二臂823。鏈接構(gòu)件 822可手動操作圍繞槽824運動或通過各種方法來實現(xiàn)橫梁806的粗略 旋轉(zhuǎn)調(diào)整。第一臂821可以延長或收縮以實現(xiàn)橫梁806的精細調(diào)整。
第二驅(qū)動裝置815可包括線性驅(qū)動器817。線性驅(qū)動器817 可與第二打印頭機殼804和橫梁806結(jié)合。線性驅(qū)動器817通常可滑動 地驅(qū)動第二打印頭機殼804沿橫梁806運動。
在操作中，第一和笫二打印頭802， 8(M的螺距可通過驅(qū)動 裝置808進行調(diào)整。更具體地說，當可動鏈接構(gòu)件822沿導向槽8M移 動時，臂821， 823會在第一打印頭機殼802上起作用，進而造成第一和 第二打印頭機殼802, 804和橫梁806的旋轉(zhuǎn)。線性驅(qū)動器820可通過臂 821的延伸或收縮而進一步完善橫梁806的旋轉(zhuǎn)。當橫梁806轉(zhuǎn)動時，第二打印頭機殼804可由一個線性驅(qū)動器817來驅(qū)動，進而獲得第二打 印頭機殼804相對第一打印頭機殼802的合適相位。通過使用視覺系統(tǒng) 可使這個過程自動完成，這將在下文進行討論?？墒瓜到y(tǒng)來記錄第一打 印頭機殼802和第二打印頭機殼804的關(guān)系，并通過線性驅(qū)動器817驅(qū) 動第二打印頭機殼804運動。如上文所述，在鏈接構(gòu)件822完成運動后，打印頭陣列的粗 略螺距調(diào)整也就完成了。在這時，線性驅(qū)動器820可與視覺系統(tǒng)結(jié)合使 用以旋轉(zhuǎn)橫梁806至最終精密角度的調(diào)整，這個調(diào)整實現(xiàn)了打印頭在0. 5 微米內(nèi)的螺距精度。 一旦獲得適宜的螺距，打印頭機殼調(diào)整設(shè)備800可 被固定以便打印。參考圖35和36,應(yīng)該指出的是，打印頭機殼802, 804可 對準以實現(xiàn)彼此間的同相。更具體地說，在每個打印頭機殼802, 804內(nèi) 的打印頭(未顯示)可對準以至于它們在同一個區(qū)域內(nèi)打印進而造成了 更大的打印沉積濃度，如打印沉積區(qū)的830， 832簡要顯示的那樣。再次參考圖1， PMD設(shè)備10的視覺系統(tǒng)17包括校準攝像機 組件900和機器視覺攝像機組件902。另外參考圖37，校準攝像機組件 900可包括校準攝像機904和安裝結(jié)構(gòu)906。安裝結(jié)構(gòu)906可包括第一和 第二部分908， 910。第一部分908可以固定在真空卡盤16上且第二部分910可 滑動地與第一部分908連接。安裝結(jié)構(gòu)906可進一步包括一臺發(fā)動機， 這臺發(fā)動機用來相對第一部分908驅(qū)動第二部分910運動(未顯示)。 安裝結(jié)構(gòu)906還可包括一個基準點912用來協(xié)調(diào)校準攝像機組件900和 機器視覺攝像機組裝902，這將在下文討論。校準攝像機904可以固定 在第二部分910上，并且因此可能會在垂直真空卡盤16上表面的方向上 相對真空卡盤16運動。視覺攝像機組件902可包括低分辨率攝像機914，高分辨率 攝像機916和一個安裝構(gòu)件918。低分辨率攝像機914與高分辨率攝像 機916相比可能會具有一個更大的視野。更具體地說，低分辨率攝像機 914可能有約10毫米x IO毫米的視野。這個范圍可足夠容納基底18的 額外誤差。安裝結(jié)構(gòu)918可包括一個托槽920和用來將托槽920可移動 地安裝于第二軌道26上的第一和第二發(fā)動機(未顯示)。第一發(fā)動機可 提供沿第二軌道26的軸向移動，以及第二電動機可提供安裝托槽920相對于第二軌道26的豎直移動。校準攝像機904，低分辨率攝像機914， 高分辨率攝像機916都可以與PMD設(shè)備10上的計算機922進行通訊。在操作中，校準攝像機904可以決定打印頭的位置。校準攝 像機904可關(guān)注于陣列中的任何一個打印頭52 (圖4)以確定打印頭52 之間的相對位置。校準攝像機904可能產(chǎn)生圖像，并將圖像傳送給計算 機922以確定打印頭52之間的位置誤差。如果發(fā)現(xiàn)誤差，就可以調(diào)整打 印頭52，如上文所述。在打印頭位置修正過程中，校準攝像機904可提 供位置反饋。如上所述，校準攝像機組件900也可包括基準點912?；鶞?點912可由機器視覺攝像機組件902觀看到以調(diào)節(jié)校正攝像機組件900 和機器視覺攝像機組件902。
一旦校準攝像機組件900和機器視覺攝像 機組件902之間的相對位置已知，打印頭52，校準攝像機組件900,機 器視覺攝像機組裝902之間的相對位置可由計算機922決定且可用于打 印頭52和打印頭機殼的調(diào)整，正如上文所述。此外，視覺攝像機組件902 與打印頭小車機架14間的相對位置可通過使用常見的光帶923得知。這 通?？墒沟糜嬎銠C922確定基底18和打印頭52之間的相對位置并確定 它們之間任意位置誤差，這將在下文討論。如上所述，機器視覺攝像機組裝902可確定基底18與打印 頭機殼之間的位置誤差。更具體地說，低分辨率攝像機914可獲取基底 的初始圖像以確定基準點924的位置?；鶞庶c924很小，例如約l平方 毫米，因而有可能采取蝕刻鉻標識的形式。 一旦基準點924的總體位置 已經(jīng)確定，移動機器視覺攝像機組件902和基底18以至于高分辨率攝像 機916可以為計算機922提供一個詳細的圖像，以通過使用一種機器視 覺算法來確定基底18的取向。雖然基準點924在圖1中用X表示，但它 可包括各種形式。分析基準點924的圖像以確定基底18的旋轉(zhuǎn)方向以及 基底18沿基底主軸的位置。另外一個基準點926可位于基底上以協(xié)助確 定轉(zhuǎn)動方向?；鶞庶c924， 926 —般可設(shè)在彼此相對的角落。高分辨率攝 像機916可用于定位基準點926而不用基于基準點924取向的低分辨率 攝像機914的協(xié)助?！┐_定了基底18的轉(zhuǎn)動方向，上文描述的打印頭機殼可 具有各自的方向，調(diào)整這些方向以解決上文論述過的各種不同形式的位 置誤差。此外，機器視覺攝像機組件902可定期為計算機922提供基準點924， 926的圖象以確定PMD設(shè)備10整個操作過程中的位置誤差。舉 例來說，可分析基準點以確定基底18的任何熱增長。這可能是由基準點 924， 926的大小和/或之間的距離變化來決定的。計算機922可使各種攝像系統(tǒng)及調(diào)整組件的使用自動成為 一個伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)。這可以消除人為誤差的可能來源。它也可允許 對準調(diào)整"飛起來"以能夠自動調(diào)整由熱膨脹或收縮引起的打印頭位置的 變化，或它允許已負載于該系統(tǒng)上的打印物質(zhì)的熱膨脹。
權(quán)利要求
1.一種打印設(shè)備，其包括卡盤，其設(shè)計成用來支撐其上的基底；與所述卡盤間隔的軌道；打印頭小車機架，其與所述軌道連接并且具有其內(nèi)設(shè)有至少一個打印頭的打印頭機殼；第一攝像機組件，其設(shè)計成捕獲所述打印頭的圖像數(shù)據(jù)并將所述圖像數(shù)據(jù)提供給一臺計算機；以及計算機，用來接收來自所述第一攝像機組件的圖像數(shù)據(jù)并設(shè)計成確定所述打印頭的理想位置和所述打印頭的實際位置之間的偏差。
2. 權(quán)利要求1所述的打印設(shè)備，其中所迷第一攝像機組件與所述卡 盤結(jié)合。
3. 權(quán)利要求1所述的打印設(shè)備，其中所述第一攝像機組件通常指向 所述打印頭。
4. 權(quán)利要求1所述的打印設(shè)備，其中所述打印頭機殼包括至少兩個 打印頭，所述第 一攝像機組件設(shè)計成用來捕獲所述至少兩個打印頭的圖 像數(shù)據(jù)并且將所述圖像數(shù)據(jù)提供給所述計算機，所述計算機設(shè)計成用來 確定所述至少兩個打印頭相對彼此之間的實際位置與所述至少兩個打印 頭相對彼此之間的理想位置之間的偏差。
5. 權(quán)利要求1所述的打印設(shè)備，其中所述第一攝像機組件設(shè)計成相 對于所述軌道可移動。
6. 權(quán)利要求1所述的打印設(shè)備，還進一步包括與所述軌道可移動地 結(jié)合的笫二攝像機組件。
7. 權(quán)利要求6所述的打印設(shè)備，其中所述第二攝像機組件構(gòu)造成捕 獲在所述卡盤上的基底圖像。
8. 權(quán)利要求7所述的打印設(shè)備，其中所述計算機與所述第二攝像機 組件通訊，并且構(gòu)造成確定所述基底的方向。
9. 權(quán)利要求6所述的打印設(shè)備，其中在所述第一和第二攝像機組件 的所述其中之一 包括由所述第 一和第二攝像機組件可視的基準點。
10. 權(quán)利要求6所述的打印設(shè)備，其中所述計算機構(gòu)造成確定所述 第一攝像機組件，所述第二攝像機組件，所述打印頭和位于所述卡盤之 上的基底之間的相對位置。
11. 權(quán)利要求io所述的打印設(shè)備，其中所述計算機構(gòu)造成基于來自所述第一和笫二攝像機組件至少之一的輸入來自動調(diào)整所述打印頭和 所述基底間的位置。
12. 權(quán)利要求ll所述的打印設(shè)備，其中所述自動調(diào)整包括所述打 印頭至少之一的單一調(diào)整。
13. 權(quán)利要求ll所述的打印設(shè)備，其中所述打印頭機殼可旋轉(zhuǎn)地 與所述打印頭小車機架結(jié)合，所述自動調(diào)整包括所述打印頭機殼相對所 述基底的旋轉(zhuǎn)。
14. 一種打印設(shè)備，其包括卡盤，其設(shè)計成用來支撐其上的基底； 與所述卡盤間隔的軌道；打印頭小車機架，其與所述軌道連接并且具有內(nèi)部設(shè)有一個打印頭 的打印頭機殼；第一攝像機組件，其設(shè)計成捕獲所述打印頭的圖像數(shù)據(jù)； 第二攝像機組件，其設(shè)計成捕獲所述基底的圖像數(shù)據(jù)；以及 計算機，其與所述第一和第二攝像機組件進行通訊。
15. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述計算機構(gòu)造成確定所 述打印頭的理想位置與所述打印頭的實際位置間的偏移。
16. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述打印頭機殼罩住其內(nèi) 設(shè)有的至少兩個打印頭，所述第 一攝像機組件用來捕獲所述至少兩個打 印頭的數(shù)據(jù)圖像，所述計算機設(shè)計成用來確定所述打印頭相對彼此的理 想位置與所述打印頭相對彼此的實際位置間的偏移。
17. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述計算機設(shè)計成用來確 定所述基底的取向。
18. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述第一和笫二攝像機組 件的所述其中之一 包括由所述第 一和第二攝像機組件可視的基準點。
19. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述計算機設(shè)計成用來確 定所述第一攝像機組件，所述第二攝像機組件，所述打印頭小車機架和 位于所述卡盤之上的所述基底之間的相對位置。
20. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述第一攝像機組件設(shè)計 成相對軌道可移動。
21. 權(quán)利要求14所述的打印設(shè)備，其中所述第二攝像機組件與所述軌道可移動地結(jié)合。
22. —種打印對準方法，包括 捕獲帶有第一攝像機的一個或多個打印頭的圖' 評估圖像數(shù)據(jù)以確定打印頭實際位置與打印頭理想位置間的偏移； 確定所需的打印頭調(diào)整以獲得理想位置；以及 基于所述確定調(diào)整所述一個或多個打印頭的位置。
23. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述評估包括用計算機處理圖
24. 權(quán)利要求23所述的方法，其中所述處理過程包括一個機器視 覺算法。
25. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所迷捕獲包括捕獲兩個或多個 打印頭的圖像數(shù)據(jù)，所述評估包括確定打印頭相對彼此的實際位置與打 印頭相對彼此的理想位置間的偏移。
26. 權(quán)利要求22所述的方法, 一個或多個打印頭移動第一攝像機。
27. 權(quán)利要求22所述的方法，的噴嘴的圖像數(shù)據(jù)。
28. 權(quán)利要求22所述的方法，饋來自動進行所述調(diào)整。
29. 權(quán)利要求22所述的方法, 定間隔內(nèi)自動執(zhí)行和重復(fù)的。
30. 權(quán)利要求22所述的方法,其中所迷圖像數(shù)據(jù)的獲取包括相對其中所述圖像數(shù)據(jù)包括在打印頭內(nèi)其中通過調(diào)整機構(gòu)與計算機間的反其中所述評估、確定和調(diào)整是在預(yù)進一步包括獲取基底的圖像數(shù)據(jù)， 該基底允許帶有一個第二攝像機的至少一個打印頭在其上打印，比M 底的實際位置與基底的理想位置，決定打印頭所需的調(diào)整，以解決基底 的實際位置與基底的理想位置間的偏移，以及基于所確定的打印頭調(diào)整 來調(diào)整打印頭的位置。
31. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述調(diào)整包括修改一個或多個打印頭的起始位置。
32. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述調(diào)整包括協(xié)調(diào)一個或多個 打印頭的運動與在其上打印的基底的運動，進而造成有角度的打印。
33. 權(quán)利要求22所述的方法，其中所述調(diào)整包括一個或多個打印頭的旋轉(zhuǎn)。
34. —打印對準方法，包括 獲取帶有第 一攝像機的打印頭的圖像數(shù)據(jù)；獲取基底的圖像數(shù)據(jù)，這個基底可以允許帶有第二攝像機的打印頭 在其上打??；比較基底的實際位置與基底的理想位置； 確定打印頭實際位置與理想位置間的偏移；以及 調(diào)整打印頭相對基底的位置以解決偏移。
35. 權(quán)利要求34所述的方法，進一步包括確定第一攝像機相對于 第二攝像機的位置，所述確定包括通過第一與第二攝像機來觀看在第一 和第二攝像機之一內(nèi)的基準點。
36. 權(quán)利要求35所述的方法，進一步包括基于由第一攝像機捕獲 的圖像確定第二攝像機和打印頭間的相對位置。
37. 權(quán)利要求34所述的方法，進一步包括確定打印頭與基底間的 相對位置。
38. 權(quán)利要求34所述的方法，其中所述捕獲基底的圖像數(shù)據(jù)，捕 獲打印頭的圖像數(shù)據(jù)，比較，確定和調(diào)整都是在預(yù)定間隔內(nèi)自動執(zhí)行和 重復(fù)的。
39. 權(quán)利要求34所述的方法中，其中所述調(diào)整通過調(diào)整機構(gòu)與計 算機間的反饋自動執(zhí)行。
40. 權(quán)利要求34所述的方法，其中所述調(diào)整包括修改一個或多個 打印頭的起始位置。
41. 權(quán)利要求34所述的方法，其中所述該調(diào)整包括協(xié)調(diào)一個或多個打印頭的運動與在其上打印的基底的運動，因此造成有角度的打印。
42. 權(quán)利要求34所述的方法，其中所述調(diào)整包括一個或多個打印頭的旋轉(zhuǎn)。
43. 權(quán)利要求34所述的方法，其中所述捕獲基底的圖像數(shù)據(jù)包括 使用第二攝像機獲取基底的第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)和使用比第二攝像機有 較高分辨率的第三攝像機捕獲在第一區(qū)域內(nèi)的較小的第二區(qū)域的圖像數(shù) 據(jù)。
44. 權(quán)利要求43所述的方法，其中所述第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)捕獲 包括捕獲至少10mmxl0mm區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。
45. 權(quán)利要求43所述的方法，其中所述確定包括通過第二較小區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)評估位于基底上的第一基準點的旋轉(zhuǎn)取向。
46. 權(quán)利要求45所述的方法，進一步包括基于所述第一基準點所 評估的旋轉(zhuǎn)取向?qū)⒌诙鶞庶c定位于帶有第三攝像機的基底上。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，一打印設(shè)備(10)可包括設(shè)計成用來支撐其上的基底的一卡盤(16)，遠離所述卡盤(16)的軌道(24，26)，一與所述軌道(24，26)連接并且具有其內(nèi)設(shè)有至少一個打印頭(40)的打印頭機殼的打印頭小車機架(14)，設(shè)計成捕獲所述打印頭(40)的圖像數(shù)據(jù)并將所述圖像數(shù)據(jù)提供給一臺計算機的第一攝像機組件(17)，以及一臺用來接收來自所述第一攝像機組件(17)的圖像數(shù)據(jù)并設(shè)計成確定所述打印頭(40)的理想位置和所述打印頭(40)的實際位置之間的偏差的計算機。
文檔編號B32B41/00GK101258030SQ200680022150
公開日2008年9月3日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者D·阿爾伯塔利, P·韋斯特, R·D·福克斯, R·G·小貝姆 申請人:里特雷克斯公司