[发明专利]一种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法

摘要

本发明公开了一种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法，包括：（a）输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值；（b）分别对喷嘴的位置状态、射流状态、液滴在基板上的沉积状态、基板的张力状态和位置状态分别执行实时检测；（c）采用喷印微环境-电压混合控制方式对喷嘴电压和喷印微环境温湿度共同执行调节；（d）采用张力-位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴位置共同执行调节；（e）在喷印完成之前持续对上述参数闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。通过本发明，可显著提高电喷印质量，同时具备适应各类复杂工况、不易被干扰、高效率和高可靠性等特点，因而尤其适用于卷到卷电喷打印产品的制备过程。

主权项

一种面向卷到卷电喷打印过程的多物理量协同控制方法，其中柔性基板从放料端经由上游端的对辊进给装置输送至喷印区域，为保证喷印区域温湿度此区域被设置成封闭的微环境模式，喷嘴在电场作用下形成射流在基板上喷制出所需的图案，经过固化处理后，基板再经由下游端的对辊进给装置输送至收料端，其特征在于，该方法包括下列步骤：（a）输入有关基板、喷嘴和喷印微环境的一系列工艺参数参考值，其中包括基板张力参考值F_r、基板位置参考值P_r、喷嘴位置参考值M_r、喷嘴电压参考值u_r、喷印微环境温度参考值T_r和湿度参考值H_r；然后采集获取有关喷嘴的当前电压u，以及喷印微环境的当前温度T和当前湿度H在内的当前状态参数值；（b）采用三套视觉系统对电喷打印过程进行观测，其中第一套视觉系统用于对喷嘴的射流状态进行观测，第二套视觉系统用于对液滴在基板上的沉积状态执行实时图像检测，第三套视觉系统用于对柔性基板位置进行观测；结合第一、第二视觉系统的图像处理结果合并输出喷嘴的电压反馈值e_u，基于第二套视觉系统的图像处理结果输出喷嘴的位置反馈值e_M；同时基于第三套视觉系统的图像处理结果输出基板位置反馈值e_P；此外，分别采用张力检测传感器和基板定位系统对基板的当前张力F、基板沿着X轴和Y轴方向的当前位置P_X和P_Y执行实时检测和反馈；并采用光栅尺分别采集获得有关喷嘴在X轴、Y轴和Z轴方向的当前位置M_X、M_Y和M_Z；（c）采用喷印微环境‑电压混合控制方式对喷嘴的电压和喷印微环境的温湿度共同执行调节：在此过程中，将喷印微环境的当前温度T和当前湿度H与其参考值T_r和H_r进行比较处理，并将比较结果分别输入至温度控制器和湿度控制器，这两个控制器相应输出控制信号以实现对喷印微环境的温度闭环控制和湿度闭环控制；温度控制器和湿度控制器分别基于所述比较结果输出喷嘴电压修正指令S_T和S_H用以减小温湿度变化造成的电压波动，该电压修正指令S_T、S_H和所述电压反馈值e_u共同与喷嘴电压参考值u_r进行比较处理，然后将比较结果输入电压控制器以实现对喷嘴电压的闭环控制；（d）采用张力‑位置混合控制方式对基板的张力及位置、喷嘴的位置共同执行调节：在此过程中，对于基板的张力调节，将基板的当前张力F与张力参考值F_r相比较，并将比较结果输入至张力控制器相应输出控制信号，由此实现对基板张力的闭环控制；张力控制器基于所述比较结果同时输出基板位置修正指令S₁和喷嘴位置修改指令S_F，并将其分别作为基板位置和喷嘴位置输入信号的组成部分用以提高基板和喷嘴的定位精度；对于基板的位置调节，将所述基板位置修正指令S₁和所述基板位置参考值P_r合并处理作为基板位置控制器的输入信号，并相应输出对基板X轴和Y轴方向的位置控制指令P_Xr、P_Yr；这些位置控制指令P_Xr、P_Yr分别与基板的当前位置P_X、P_Y相处理，并相应输出控制信号由此实现对基板X轴和Y轴位置偏差的闭环控制；对于喷嘴的位置调节，将所述喷嘴位置修改指令S_F、喷嘴位置反馈值e_M和喷嘴位置参考值M_r合并处理作为喷嘴位置控制器的输入信号，并相应输出对喷嘴X轴、Y轴和Z轴方向的位置控制指令M_Xr、M_Yr和M_Zr；这些位置控制指令M_Xr、M_Yr和M_Zr分别与喷嘴的当前位置M_X、M_Y和M_Z相处理，并相应输出控制信号以实现对喷嘴X轴、Y轴和Z轴位置偏差的闭环控制；（e）当基板、喷嘴和喷印微环境的各个状态参数均满足工艺要求后，进行电喷打印操作，在喷印完成之前持续对上述参数进行闭环控制，直至完成整个电喷打印过程。