步进补偿的托架打印机

摘要

本技术公开了使托架打印机能够通过提高托架的移动性来降低在介质输送机中的精度的技术。托架包括移动喷射板，该移动喷射板调节托架内打印头的位置。移动喷射板包括多个电机，该多个电机可以在与介质的轴相匹配的轴上移位。在不同位置或不同强度下操作喷射板的电机导致喷射板偏斜并实现多轴移动。一组传感器监控介质偏斜，移动喷射板的移位能够补偿这种偏斜。另外一组电机将托架移位，来补偿托架穿梭所沿的梁的变形。

说明书

技术领域

本技术涉及托架打印机，更具体地，本技术涉及基于检测到的介质布置误差或部件(component)变形来调节托架相对于其他部件的布置。

背景技术

托架打印机包括托架，在将油墨沉积在介质上时该托架沿着梁穿梭。托架上的打印头每次沉积油墨后，介质输送机将介质向前步进。油墨的放置精度是评价打印操作质量的关键因素。托架打印机中的介质以接近每秒30英寸的速度前进，目标精度至少为10

附图说明

图1是在柔性和非柔性基板上打印的现有技术的打印系统10的图示。

图2A示出了带有移动喷射板的托架的示例。

图2B示出了移动喷射板的布置(positioning)。

图3是示出用移动喷射板操作托架的方法的流程图。

图4A示出了带有多个喷射板电机的托架的前视图。

图4B示出了带有多个喷射板电机的托架的俯视图。

图5示出了安装在托架上的一组偏斜传感器。

图6A示出了在非偏斜介质上打印头或托架偏斜的结果。

图6B示出了打印作业中介质偏斜的结果。

图7是示出用于补偿介质偏斜的过程的流程图。

图8示出了补偿梁变形的可调节托架。

图9是示出用于补偿梁变形的过程的流程图。

图10A示出了为每个打印头配置的多个移动喷射板的第一实施例。

图10B示出了为每个打印头配置的多个移动喷射板的第二实施例。

具体实施方式

以下描述和附图是说明性的，不应被解释为限制性的。本文描述了许多具体细节，以提供对本技术的透彻理解。然而，在某些情况下，不描述众所周知的或常规的细节以避免模糊本描述。本技术中对一个或另一个实施例的提及可以是但不一定是对同一实施例的提及；并且，这样的提及是指至少一个实施例。

在本说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特定特征，结构，或特性被包括在本技术的至少一个实施例中。在说明书的不同位置出现的短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，或与其他实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，描述了可由一些实施例而非其他实施例展示的多种特征。类似地，描述了可以是对一些实施例的要求而不是对其他实施例的要求的多种要求。

本说明书中使用的术语在本领域中，本技术的情境内，和使用每个术语的特定情境中通常具有普通含义。下文或说明书中的其他地方讨论了用于描述本技术的某些术语，以就本技术的描述向从业者提供额外的指导。为方便起见，某些术语可能会突出显示，例如使用斜体和/或引号：突出显示的使用不会影响术语的范围和含义；无论是否突出显示，在相同的情境中，术语的范围和含义是相同的。应当理解，同样的事情可以用不止一种方式来表达。

因此，本文讨论的任何一个或多个术语可以使用替代语言和同义词。无论本文是否详细阐述或讨论某个术语，都没有任何特殊意义。提供了某些术语的同义词。一个或多个同义词的记载并不排除使用其他同义词。本说明书中任何地方的示例(包括本文讨论的任何术语的示例)的使用仅是说明性的，并不旨在进一步限制本技术或任何示例性术语的范围和含义。同样，本技术不限于本说明书中给出的多种实施例。

在不旨在进一步限制本技术范围的情况下，下面给出了根据本技术实施例的仪器，装置，方法及其相关结果的示例。注意，为了方便读者，可能在示例中使用标题或副标题，这不应限制本技术的范围。除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。如有冲突，以本文件(包括定义)为准。

应当理解，本文使用的术语，例如“前”，“后”，“顶”，“底”，“侧”，“短”，“长”，“上”，“下”，和“下面”仅为便于描述，并指代如图所示的部件朝向。应当理解，本文所述部件的任何朝向都在本技术的范围内。

本文公开了一种具有改进的精密部件的打印机。图1是在柔性和非柔性基板上打印的现有技术的打印系统10的图示。此外，打印系统10能够在打印过程期间自动适应具有不同厚度的基板。

打印系统10包括底座12，附接至底座12的轨道系统14，在系统中移动基板的运输带18，以及基板厚度表示辊20。持有一组打印头(未显示)的现有技术的支架16由梁14支撑并沿着梁14穿过。运输带18很重并且包括昂贵且功能强大的精密电机，以控制介质的布置。

为了获得高质量的打印，打印头和介质布置之间的关系必须非常精确。本技术考虑的修改减少了运输带/介质输送机所需的电机精度。而是，精密电机和传感器被布置在打印机的其他位置，以及明显较轻的部件上。精密电机的费用往往与需要精确移动的元件的重量直接相关。

图2A示出了带有移动喷射板24的托架22的示例。托架22包括安装在打印机28的梁14上的壳体26。托架壳体26沿着梁在与介质30在介质输送机20上移动的方向(X轴)垂直的轴(Y轴)上穿梭。术语介质输送机指的是用于介质的任何输送机，而不是严格意义上的输送带式打印机。介质输送机20也包括卷式输送工具。

托架22包括一组打印头32。打印头32安装在移动喷射板24上。移动喷射板24是在相对于托架壳体26的位置上移位的平台，并且能够进一步布置打印头32。在使用中，介质输送机20尝试将介质移位到打印机28期望介质30处于的预期位置34，以便按照打印指令所指示的来施加油墨。然而，介质输送机20和介质30可能相当重，而确保布置精度需要昂贵的部件。

在许多高端打印机上，介质30以速度接近30ips(每1/3秒4.9英寸)前进，目标精度至少为10

使用允许并考虑一定程度误差的部件来制造打印机28更容易。在介质输送机20包括误差的情况下，移动喷射板24校正该误差。为了测量误差，介质输送机20包括输送机传感器38，例如编码器。输送机传感器38的示例包括旋转编码器和环形编码器。或者，视觉传感器可以分析在输送机20的带上的编织式样中的基准标记或着色。在一些实施例中，可以在整个打印宽度上安装光学鼠标传感器阵列。为了提高输送机传感器38关于介质30实际位置的准确性，输送机真空36将介质30附着到介质输送机20的带上。

移动喷射板24和打印头32可相对于托架壳体26进行调节，并被安装在允许至少在X轴上进行精确移动的线性滑轨上。移动喷射板24包括滑动件传感器40，其精确测量移动喷射板24的移动，以实现精确放置(placement)。滑动件传感器40可以在例如编码器之类的装置中使用磁性，光学或激光传感。

精确放置移动喷射板24是比通过使用介质输送机20精确布置介质30更容易的任务，因为移动喷射板24使用相对刚性的部件(例如，金属滑动件，而不是柔性带)，并且重量明显小于带和介质30的组合。此外，用作介质30的不同材料具有不同的物理性质，并导致在布置上的额外的变化性。托架22的布置比介质30更可预测。

图2B示出了移动喷射板24的布置。在图中，介质输送机20将介质30移动了一步。介质30的位置超出了介质34的预期位置距离“D”。作为响应，移动喷射板24在X轴上向前移位了距离“D”，以补偿介质输送机20的误差。

图3是示出使用移动喷射板操作托架的方法的流程图。在步骤302中，由介质输送机移动介质一步。在步骤304中，输送机传感器跟踪介质在X轴上的位置。打印机在打印指令的每一步都有介质(相对于打印头)的预计位置，在步骤304期间，打印机使用输送机传感器的测量结果确定自该预计位置的误差。输送机传感器检测到的误差位于介质输送机的轴(X轴)上。在一些实施例中，可以在移动介质时(例如，与步骤302同时)计算以确定误差。

在步骤306中，打印机调节移动喷射板以补偿在步骤304中确定的误差。对移动喷射板的调节可以同时发生，也可以在步骤304完成后发生。如果在确定计算误差后发生调节，则可直接将移动喷射板移动到位。反之，如果在计算误差和移动介质时进行调节，则移动喷射板可以被“拨入”到正确位置，其通过伺服(servoing)移动补偿误差。

如果随介质的移动和误差的计算而发生伺服调节，移动喷射板通常会超出介质的最终位置，然后必须朝相反方向进行调节。基于之前的移动和/或经由输送机传感器(或其他可用传感器)观察到的介质加速/减速，打印机可以评估移动喷射板需要调节的地方。这种评估也会有一定程度的误差，需要校正。

在步骤308中，使用滑动件传感器精确监控喷射板的调节。监控喷射板的运动以确保精确放置。在一些实施例中，监控喷射板到1微米的精度级别。在步骤310中，打印头沉积油墨。

图4A示出了带有多个喷射板电机42的托架22的前视图。喷射板电机42采用多种配置。在一些实施例中，喷射板电机42是线性电机，丝杠或压电电机。可选地，喷射板电机42精确到一微米。喷射板移动的轨迹仅限于在X轴上移动(与介质输送机的介质运动平行)。在一些实施例中，只有一个喷射板电机42。

图4B示出了带有多个喷射板电机的托架的俯视图。尽管受限于向X轴的移动，但喷射板24移动的轨迹中的零件加工和工程公差会导致一些偏斜。如果至少有两个喷射板电机42，且这些电机彼此反向运行，或在同一方向上以不同距离运行，喷射板24移动路径的公差使喷射板24能够绕垂直的Z轴旋转(例如，类似于坦克履带实现偏航旋转的方式)。

在一些实施例中，喷射板24可被安装在支点上，该支点被安装在X轴滑轨上，以允许绕Z轴旋转。将喷射板24连接到滑轨的弯曲部也可以实现Z轴旋转。

图5示出了安装在托架22上的一组偏斜传感器44。在一些实施例中，偏斜传感器44被安装在托架22上且面朝下。偏斜传感器44测量介质30的偏斜。当托架22到达托架22穿梭的梁14的任一边缘时，偏斜传感器44识别介质30边缘的位置。当偏斜传感器44被安装在X轴上的不同位置时，每个偏斜传感器44之间检测到的介质30边缘的差异使打印机能够确定介质30朝向的偏斜角度。

在一些实施例中，喷射板24使用多层喷射板电机42。例如，一层电机42只允许在X轴上移动，而第二层电机允许绕Z轴旋转。在一些实施例中，喷射板24结构类似于被安装在轨道(在X方向上线性移位)上的拨号盘(绕Z旋转)。

图6A示出了非偏斜介质上打印头或托架偏斜的结果。图6A是放大视图，用于展示锯齿状结果。在存在打印头偏斜的情况下，如果没有校正打印头32的布置，则油墨48的放置也将类似地偏斜。通过旋转托架22或喷射板24来补偿偏斜误差，则产生的打印作业将反而具有颜色平面(color plane)误差(例如，由于被布置在托架22两侧的打印头朝向不同而导致)。然而，颜色平面误差远比锯齿状边缘更容易被用户接受。

颜色平面误差可以通过偏斜喷射板24来校正，以使其与介质边缘垂直对齐，但这需要当其在介质上过渡(transitions)时移动喷射板24，以保持与介质边缘垂直的行进线。在实践中有一些限制，但颜色平面误差的校正与X轴上允许的托架运动量直接相关。

图6B示出了非偏斜介质上的介质偏斜的结果。当介质30以一定角度(偏斜的)运行通过打印机28时，油墨48的放置将相应地被旋转。介质偏斜的问题也可以类似地通过托架校正来解决。

图7是示出了用于补偿介质偏斜的过程的流程图。在步骤702中，由介质输送机移动介质一步。在步骤704中，打印机确定绕Z轴旋转所定义的介质偏斜。通过在介质边缘(在Y轴上的“介质边缘”)上使用至少两个X轴不同的点来确定介质偏斜。在步骤706中，旋转喷射板。在步骤708中，精确监控喷射板的调节。监控喷射板的运动以确保精确放置。在一些实施例中，监控喷射板到1微米的精度级别。在步骤710中，沉积油墨。

图8示出了用于补偿梁变形的可调节托架。打印机工作时会产生相当大的热量。热量会导致部件以不可预测的方式膨胀，并引起额外的误差源。图8是梁14因受热而翘曲的夸大描述。当托架22沿着梁14穿梭时，梁14变形处，托架22将被不正确地布置。

为了响应部件变形进行调节，托架壳体26包括额外的调节电机50，其能够调节托架22关于梁14的角度。梁导向部件52继续沿着梁14穿梭，而位于托架壳体26任一侧的调节电机50使托架壳体26能够在支柱54上向外枢转。

角度传感器56用于确定托架22的穿梭是否偏离Y轴。可能的角度传感器56的示例是加速计，陀螺仪，惯性测量单元(IMU)或磁跟踪器。角度传感器56检测与Y轴的偏离，打印机28命令调节电机50延伸支柱54以补偿梁变形。

图9是示出用于补偿梁变形的过程的流程图。在步骤902中，打印机监控托架是否偏离Y轴。监控由角度传感器执行。当托架来回穿梭时，识别偏离。在步骤904中，打印机标测(map)梁的翘曲。如果检测到偏离，该偏离至少会持续到打印机被允许冷却。在操作期间，偏离可能会继续变化，因此标测梁偏离是连续的操作。

在步骤906中，当托架在梁上穿梭并沉积油墨时，调节托架相对于梁的位置。打印机根据梁变形使托架进行调节。在托架的穿梭动作期间快速进行调节，以便在托架的给定通过(pass)上平稳地沉积油墨。在步骤908中，打印机沉积油墨。

图10A示出了为每个打印头32配置的多个移动喷射板的第一实施例22A。在第一实施例22A中，每个打印头32被安装在轨道58上，其滑过被安装在固定轨道62上的轴承60。丝杠64被描述为提供在X轴上将打印头32(连同轨道58)来回移位的方法。

图10B示出了为每个打印头32配置的多个移动喷射板的第二实施例22B。在第二实施例22B中，每个打印头被安装在通过使用丝杠64沿着轨道58滑动的一组轴承60上。

除非上下文另有明确要求，否则在通篇说明书和权利要求书中，“包含(comprise)”，“包含(comprising)”等词语应被解释为包括的意义，而不是排他性或穷尽的意义；也就是说，在“包括但不限于”的意义中。如本文所用，术语“连接”，“耦接”，或其任何变体是指两个或多个元件之间的任何直接或间接连接或耦接；这些元件之间的连接耦接可以是物理的，逻辑的，或它们的组合。此外，当在本申请中使用“本文”，“上面”，“下面”，和类似含义的词语时，应指本申请作为整体，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，优选实施例的详细描述中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。“或”一词指的是两个或两个以上项目的列表包括对该词的以下所有解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目，以及列表中项目的任何组合。

以上对本技术实施例的详细描述并非旨在穷尽或限制对在上面所公开的精确形式的教导。尽管为了说明目的，上面描述了本技术的具体实施例和示例，但如相关领域的技术人员将认识到的，在本技术的范围内可以进行多种等同修改。例如，虽然过程或块以给定顺序呈现，但替代实施例可以以不同顺序执行具有步骤的例程，或采用具有块的系统，并且一些过程或块可以被删除，移动，添加，细分，组合，和/或修改以提供替代或子组合。这些过程或块中的每一个都可以以多种不同的方式实现。此外，虽然过程或块有时显示为串联执行，但这些过程或块可以并行执行，或者可以在不同的时间执行。此外，本文所述的任何特定数字仅为示例：替代实现可采用不同的值或范围。应当理解，本文给出的任何尺寸都只是示例性的，并且没有任何尺寸或描述限制本技术。

本文提供的本技术的教导可以被应用于其他系统，不一定是上述系统。可以组合上述多种实施例的元件和动作以提供进一步的实施例。

上述任何专利，申请和其他参考文献，包括随附的申请文件中列出的任何专利，申请和其他参考文献，通过引用将其整体并入本文。如有必要，可以修改本技术的方面，以采用上述多种参考文献的系统，功能，和构思，以提供本技术的进一步实施例。

根据以上对优选实施例的详细描述，可以对本技术进行这些和其他更改。尽管上述描述描述了本技术的某些实施例，并描述了设想的最佳模式，但无论上述内容在文本中描述得多么详细，这些教导都可以以多种方式实践。系统的细节在其实现细节上可能有很大的不同，但仍被本文公开的主题所涵盖。如上所述，在描述本技术的某些特征或方面时使用的特定术语不应被视为暗示在本文中对术语进行了重新定义，以将其局限于与该术语相关联的本技术的任何特定特性，特征，或方面。一般而言，在以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本技术限制于说明书中公开的特定实施例，除非上述优选实施例部分的详细描述明确定义了此类术语。因此，本技术的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括根据权利要求实践或实现本技术的所有等同方式。

虽然本技术的某些方面以特定的权利要求形式在下面给出，但发明人以任何数量的权利要求形式考虑了本技术的多个方面。例如，虽然根据35U.S.C.§112，

因此，尽管已经示出并描述了示例性实施例，但应当理解，本文使用的所有术语都是描述性的，而不是限制性的，并且本领域的普通技术人员可以在不脱离本技术的精神和范围的情况下进行许多更改，修改，和替换。