KR101095369B1

KR101095369B1 - 잉크방울의 메니스커스 측정 방법

Info

Publication number: KR101095369B1
Application number: KR1020090058988A
Authority: KR
Inventors: 권계시
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-12-16
Also published as: KR20110001445A

Abstract

본 발명은 프린트헤드에서 분사되는 잉크방울의 메니스커스를 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 방법은 제1 트리거 펄스신호를 상기 프린터 헤드에 인가하는 단계, 상기 제1 트리거 펄스신호 보다 일정 시간 지연된 제2 트리거 펄스신호를 조명부에 인가하는 단계, 상기 프린터 헤드에서 토출되는 잉크방울의 이미지를 촬영하는 단계, 상기 촬영된 이미지를 저장하는 단계, 상기 이미지에 해당하는 다수개의 잉크방울을 대상으로 각각의 잉크방울에 대한 최하점을 구하는 이미지 프로세싱(image processing) 단계 및 상기 이미지 프로세싱 단계에서 구한 최하점을 이용하여 잉크방울의 메니스커스(meniscus) 운동을 측정하는 단계를 포함하여, 메니스커스의 운동을 실시간으로 측정할 수 있다.

잉크 방울, 프린터 헤드, 문턱값, 관심영역, 메니스커스

Description

잉크방울의 메니스커스 측정 방법 {METHOD FOR MEASURING MENISCUS OF INK DROPLET}

본 발명은 잉크젯 프린터기에 있어서 토출되는 잉크방울의 거동 중 메니스커스(Meniscus)를 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프린트 헤드에서 토출된 다수개의 잉크방울들을 대상으로 메니스커스의 거동을 실시간으로 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

잉크젯 기술이 발전함에 따라 사무용에서부터 전자 재료의 토출 등의 전자 부품 및 디스플레이 제조로의 응용 범위가 넓어지고 있다. 이러한 잉크젯이 제조 공정으로서 응용 범위를 넓혀감에 따라 잉크 방울(droplet)의 정밀 제어 및 속도 측정 등을 통하여 이를 파형으로 제어하는 기술이 요구된다. 또한, 다중노즐(multi-nozzle) 헤드인 경우 각 노즐에서의 잉크 토출량을 정확히 같게 하는 것이 요구된다. 이렇게 잉크젯 토출 특성이 각 노즐에 대해 균일해야 디스플레이 또는 잉크젯 공정으로 제조된 소자의 특성이 일정하게 되어 제품의 품질 향상을 확보 할 수 있다.

따라서, 실제 공정의 시작 전에 잉크방울(droplet)의 속도 및 체적의 측정과 전압 조정 등이 반복적으로 이루어져 모든 노즐의 특성을 균일하게 만들어야 한다. 그러나 실제 양산에 적용하려면 방울의 속도 또는 체적을 측정하고 조정하는 것이 신속하게 이루어지지 않으면 생산성이 저하된다.

즉, 모든 노즐에서의 잉크 방울의 속도 측정과 체적 측정이 요구된다. 이렇게 측정된 속도 또는 체적으로 각 노즐의 특성이 동일하도록 전압조정을 통하여 원하는 정도까지 반복한다. 이때 제조 장비의 생산성을 높이기 위해서는 신속하게 방울의 속도 또는 체적을 측정하는 것이 필요하다.

잉크의 점도(Viscosity), 프린트헤드, 프린팅 속도, 프린팅 환경 등의 영향에 따라 프린팅 탄착위치 정밀도에 영향을 주게 된다. 각 노즐에서 분사되는 잉크 방울 측정 모니터링을 통하여 프린팅의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이를 위하여 프린팅 속도 대비 잉크방울이 분사되는 모양을 측정하는 장비의 속도도 같이 발전하고 있다.

일반적으로 각 장비메이커에서는 10kHz대에서 약(+/-)15㎛정도의 잉크방울 탄착정밀도를 관찰하기 위한 장비개발을 완료하였으며, 양산라인 대비 고속으로 분석할 수 있는 장비를 개발 중에 있다. 잉크방울 분사 측정시스템은 고속카메라(High scan camera)를 이용한 화상인식장비(Vision system)를 사용하여 분사되는 잉크의 모양을 두 직교방향에서(90도) 측정하여 잉크방울의 모양(Ink shape), 속도(Velocity), 직진성(Directionality)을 계산하여 잉크방울의 분사 오차관리 및 개선을 위해 활용되고 있다.

또한, 잉크 토출이 되지 않는 경우에는 토출이 되지 않는 이유를 알기 어렵고 잉크 토출을 위한 전압 파형의 설계에 많은 노력이 요구된다. 잉크젯 전압 파형 설계나 토출 특성은 잉크젯 헤드 내의 압력파 신호와 관련이 있는데, 잉크젯 헤드 내의 압력파를 측정하는 것이 중요하다.

압력파의 주기를 측정하기 위한 간접적인 방법으로는 본 발명자의 국제특허출원 PCT/KR2008/002119에 기재된 잉크의 메니스커스 운동을 측정하는 방법이 사용될 수 있다. 메니스커스의 운동을 측정하여 잉크의 물성을 간접적으로 측정할 수 있기 때문에, 메니스커스의 운동을 측정하여 그 결과를 이용하였다.

종래의 메니스커스 운동 측정 방법은 에지 디텍션(edge detection) 방법을 응용하여 메니스커스의 운동을 측정하는데, 레퍼런스 라인(reference line) 또는 직선 관심영역(line ROI)에 따라 결과가 달라질 수 있는 문제점이 있다.

또한, 메니스커스 운동의 측정 결과가 변하면 레퍼런스 라인을 다시 설정해야 하는 번거로움이 있다.

본 발명의 일 실시예는 토출된 잉크방울의 메니스커스의 운동을 실시간으로 분석할 수 있는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 레퍼런스 라인에 따라 측정 결과가 달라지는 것을 방지할 수 있는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 레퍼런스 라인을 다시 설정해야 하는 불편함을 줄일 수 있는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 다수의 토출 시점이 있는 경우에도 측정할 수 있는 메니스커스의 측정 방법을 제공한다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 방법은, 제1 트리거 펄스신호를 상기 프린터 헤드에 인가하는 단계, 상기 제1 트리거 펄스신호 보다 일정 시간 지연된 제2 트리거 펄스신호를 조명부에 인가하는 단계, 상기 프린터 헤드에서 토출되는 잉크방울의 이미지를 촬영하는 단계, 상기 촬영된 이미지를 저장하는 단계, 상기 이미지에 해당하는 다수개의 잉크방울을 대상으로 각각의 잉크방울에 대한 최하점을 구하는 이미지 프로세싱(image processing) 단계 및 상기 이미지 프로세싱 단계에서 구한 최하점을 이용하여 잉크방울의 메니스커스(meniscus) 운동을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 상기 메니스커스의 위치 및 속도를 동시에 실시간으로 측정하여 상기 프린터 헤드 내의 압력파의 진행 주기 및 크기를 측정하는 것을 특징으로 한다.

상기 이미지 프로세싱 단계는 상기 저장된 이미지에 대해 관심영역을 지정하는 단계를 포함할 수도 있다.

상기 이미지 프로세싱 단계는 기 설정된 문턱값(threshold)을 이용하여 상기 관심영역 내의 이미지를 이진 이미지(binary image)로 만들 수 있다.

상기 잉크방울의 최하점은 상기 이진 이미지 중 상기 잉크방울이 존재하는 영역 이미지의 최하 단점에 해당하는 픽셀 정보로부터 얻을 수 있다.

상기 잉크방울의 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 상기 각각의 잉크방울의 최하점 또는 메니스커스의 시간에 대한 위치 변화를 분석하여, 상기 잉크방울의 속도를 실시간으로 구할 수 있다.

상기 관심영역은 일정 면적을 가지는 형태로 지정될 수 있으며, 상기 관심영역은 상기 프린터 헤드 및 상기 잉크방울을 포함하거나 상기 잉크방울만 포함할 수도 있다.

상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 상기 압력파의 진행 주기 및 크기의 비를 이용하여 상기 프린터 헤드 내의 잉크의 물성을 측정할 수 있다.

상기 문턱값은 조절 가능하며, 상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 이진이미지 (binary image)의 파티클 분석(particle analysis)을 이용할 수 있다.

또한, 상기 메니스커스의 위치를 표시하여 측정된 메니스커스의 위치를 확인하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 방법은 메니스커스 운동을 실시간으로 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 에지 디텍션이 아닌 이진 이미지를 통한 파티클 분석을 이용하기 때문에 관심영역 또는 레퍼런스 라인에 따라 측정 결과가 달라지는 것을 방지할 수 있고, 관심영역이나 레퍼런스 라인을 다시 설정해야 하는 불편을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 다수의 토출 시점이 있는 경우에도 메니스커스의 운동을 정확하게 측정할 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 시스템의 구동을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 헤드에서의 메니스커스(meniscus)를 측정하기 위한 시스템(100)은 분석에 사용되는 잉크를 저장하는 잉 크 저장부(115, ink reservoir), 잉크 저장부(115)에 저장된 잉크를 분사 또는 토출시키는 프린터 헤드(116), 프린터 헤드(116)에서 토출되는 잉크방울을 촬영하는 CCD 카메라(151), CCD 카메라(151)가 잉크방울을 촬영하는 순간 조명을 공급하는 LED(141), 프린터 헤드(116) 및 LED(141)의 작동 시점을 컨트롤 하거나 프린터 헤드(116)에 걸리는 배압(back pressure)을 조절하는 컨트롤러(110)를 포함할 수 있다. 이 때, 프린터 헤드(116)는 잉크를 분사시키기 위한 노즐(미도시)을 구비할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 프린터 헤드(116)의 노즐에서 분사되는 잉크방울의 거동 상태를 관찰할 수 있는 모니터링 광학계가 프린터 헤드(116)와 연동하여 실시간으로 분사 상황을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 거동 분석 시스템(100)은 스트로브(strobe) LED방식에 따라 분사되는 잉크방울에 섬광 내지 조명을 주고, 이 때 CCD카메라(151)로 잉크방울을 촬영한다. 사용 가능한 카메라로는 여러 종류가 있을 것이나, CCD 카메라(charge-coupled device camera, CCD camera) 즉, 디지털 카메라의 하나로 전하 결합 소자 CCD를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 디지털 데이터로 플래시 메모리 등의 기억 매체에 저장하는 장치인 것이 바람직하다.

한편, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스를 측정하는 시스템(100)의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 시스템(100)은 제어신호를 생성하는 컨트롤러(110), 컨트롤러(110)의 제어신호에 기초한 제1 트리거 펄스신호(121, first trigger pulse signal) 및 제1 트리거 펄스신호(121)에서부터 일정 시간 지연(time delay)되는 제2 트리거 펄스신호(123, second trigger pulse signal)를 생성하는 펄스 발생기(120, pulse generator), 제1 트리거 펄스신호(121)에 기초하여 잉크를 토출시키기 위한 전압파형(voltage waveform)을 생성하는 파형 발생기(130, waveform generator), 제2 트리거 펄스신호(123)에 의해 작동하는 조명부(140), 제1 트리거 펄스신호(121) 및 제2 트리거 펄스신호(123) 간의 시간 차이에 해당하는 시간 동안 토출되는 잉크방울을 촬영하여 잉크방울의 거동 이미지를 획득하는 이미지 획득부(150) 및 이미지 획득부(150)에서 획득한 이미지를 나타내는 표시부(160)를 포함한다.

이미지 획득부(150)는 토출되는 잉크방울에 대한 관심영역(ROI; Region of Interest)을 설정하고, 관심영역 안에 존재하는 모든 잉크방울의 최하점 즉, 메니스커스에 대한 이미지를 획득하고 실시간으로 분석할 수 있다. 이때의 관심 영역은 헤드의 구조물을 일부 포함 할 수도 있고, 메니스커스 부분만을 관심영역으로 만들 수 있다. 또한 화면의 일부를 사용하는 것이 아닌 화면 전체를 사용하여 잉크 방울 부분의 최하점을 사용할 수 있다. 메니스커스를 측정하기 위해서는 잉크방울이 토출이 되지 않는 낮은 전압을 사용하여 한다. 이때 토출은 되지 않고 메니스커스 운동만을 측정하는 것이 가능하므로 잉크젯 헤드내의 잉크 압력파의 운동을 측정하는 것이 가능하다.

컨트롤러(110)는 잉크 저장부(115) 또는 프린터 헤드(116)의 노즐에 가해지는 압력을 조절할 수 있다. 프린터 헤드(116)의 노즐에는 일정 정도의 음의 압력 이 걸려야 하는데, 이를 위하여 잉크 저장부(115)의 높이를 이용하여 노즐의 압력을 제어할 수 있다. 컨트롤러(110)는 프린터 헤드(116)의 노즐 높이에 비해서 잉크 저장부(115)의 잉크의 높이를 낮게 하여, 약간의 음의 압력이 걸리도록 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(110)는 프린터 헤드(116)의 메인터넌스(maintenance)를 위해 공기 압력으로 잉크를 밀어내는 퍼지(purge)를 수행하도록 제어할 수도 있다.

한편, 전자 재료 토출을 위한 잉크 즉, 비접촉 패터닝 기술에 사용되는 잉크의 토출 헤드로는 피에조(piezo) 방식을 많이 사용할 수 있다. 피에조 방식의 잉크젯 프린터 헤드(116)의 토출 특성을 제어하기 위해서는 적절한 입력 파형의 전압을 인가해 주어야 한다. 이러한 입력 파형은 파형발생기(130)에서 만들어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 사용하고 있는 입력 파형은 사다리꼴 모양의 파형이며, 상승 및 하강 시간(rising/falling time)과 휴지 시간(dwell time)으로 이루어진다. 이러한 입력 파형은 토출되는 잉크의 특성에 따라 적당한 모양의 파형이 인가되어야 한다.

입력 파형은 파형 발생기(130)에 인가되는 외부 트리거 신호에 의해 발생될 수 있다. 트리거 신호는 펄스 발생기(120)에서 만들어질 수 있다. 펄스 발생기(120)는 2개의 디지털 펄스 신호를 생성하는데, 1개는 기준 펄스로 토출을 위한 트리거 신호로 사용되며, 토출 트리거 펄스 신호의 주파수 조절이 가능하다. 이 주파수에 의해 토출 주파수가 결정될 수 있다.

다른 1개의 펄스 신호는 토출 트리거 펄스 신호로부터 시간 지연(time delay)을 조절할 수 있도록 생성된 트리거 펄스 신호이며, 이는 조명부(140)의 LED 드라이버(142)에 인가되어 LED(141)의 점등을 제어할 수 있다.

다시 말하면, 펄스 발생기(120)는 제1 트리거 펄스신호(121) 및 제2 트리거 펄스신호(123)를 발생시키며, 제2 트리거 펄스신호(123)는 제1 트리거 펄스신호(121)에 비하여 일정 시간 지연된 상태로 생성된다. 도 2를 참조하면, 제2 트리거 펄스신호(123)는 제1 트리거 펄스신호(121) 보다 일정시간 지연됨을 알 수 있다.

여기서, 제1 트리거 펄스신호(121)는 파형 발생기(130)로 인가되어 프린터 헤드(116)에 인가될 입력 파형의 전압을 생성시키며, 제2 트리거 펄스신호(123)는 조명부(140)의 LED 드라이버(142)에 인가되어 LED(141)의 점등을 제어한다.

LED(141)를 위한 제2 트리거 펄스신호(123)의 시간 지연을 조절하여 잉크가 토출되는 과정에서 마치 정지한 것처럼 CCD 카메라(151)에 의해 잉크방울이 촬영될 수 있다.

이 때, 제2 트리거 펄스신호(123)의 지연 시간을 조절함으로써 여러 개의 토출 시점에 대한 잉크방울을 촬영하여 이미지를 획득할 수 있으며, 획득한 이미지에 기초하여 잉크방울의 거동 특성을 실시간으로 분석할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 획득부(150)에서는 입자 분석(Particle analysis)의 원리를 이용하여, 모든 잉크방울의 메니스커스의 운동을 측정 및 분석할 수 있다.

이를 위해, 이미지 획득부(150)에서는 수많은 토출 시점을 사용하여 얻은 각 각의 잉크방울의 하한 위치를 구하여 이를 메니스커스로 설정하고, 이를 시점의 차이에 대해서 운동 및 속도를 구함으로써, 메니스커스의 거동 현상 등을 실시간으로 분석 내지 측정할 수 있다.

본 출원인은 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 이러한 이미지 프로세싱을 위한 소프트웨어를 개발했으며, 표시부(160)에 나타나는 소프트웨어의 화면들을 예시적으로 도 3 및 도 4에 도시하였다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 시스템의 화면의 일 예시를 도시한 것으로, 프린터 헤드(116)에서 토출된 잉크방울의 최하단에 해당하는 메니스커스(meniscus)의 운동을 분석하기 위한 소프트웨어의 출력 화면으로, 표시부(160)에 나타나게 된다.

우선 도 3을 참조하면, 토출잉크(inkdroplet)의 메니스커스(M) 및 관심영역(ROI)가 표시되는 이미지 디스플레이부(161), 잉크방울의 체적(volume)을 계산하여 표시하는 부분(162), 분석의 진행 정도(progress)를 표시하는 부분(163), 분석의 시작시간(start time), 종료시간(end time), 시간증분(increasement) 등이 표시되는 부분(164), 분석의 시작(start) 및 종료(stop), 그리고 데이터 저장(save data) 등을 선택할 수 있는 부분(165), 그리고 문턱값(threshold)을 조절할 수 있는 부분(166) 등을 포함할 수 있다.

또한, 시간에 따른 잉크방울의 메니스커스 위치를 실시간으로 보여주는 그래프(167), 시간에 따른 잉크방울 메니스커스의 속도를 실시간으로 보여주는 그래프(168)도 표시된다.

여기서, 시작시간, 종료시간, 시간 증분은 미리 설정된 값을 적용할 수도 있고, 사용자가 직접 선택할 수도 있다.

이미지 디스플레이부(161)를 보면, 직사각형 모양의 관심영역(ROI)이 표시되어 있는데, 관심영역(ROI)은 사용자가 직접 설정할 수도 있고 미리 정해진 프로그램에 의해 결정될 수도 있다.

관심영역(ROI)은 직사각형 뿐만 아니라 정사각형, 원형 등 일정한 면적을 가지는 모양이라면 어떤 것이라도 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 관심영역을 별도로 지정하지 않고 잉크방울의 최하단을 분석할 수도 있다.

도 3에 표시된 관심영역(ROI)을 참조하면, 잉크방울 또는 메니스커스(M)인 부분과 잉크방울이 아닌 부분으로 구별됨을 알 수 있다. 이는 이미지 획득부(150)에서 관심영역(ROI) 내에 존재하는 모든 이미지에 대해 설정된 문턱값을 적용하여 이진 이미지(binary image)로 변환하는 과정을 거친 결과이다.

예를 들면, CCD 카메라(151)를 통하여 획득한 흑백의 이미지는 각 픽셀(pixel)의 밝기에 따라 0~255까지의 값을 갖는다. 잉크방울의 이미지는 배경에 비해서 어둡기 때문에 문턱값(threshold)을 사용하여 특정 값 보다 큰 값은 1로 하고 작은 값을 O으로 만들어서 이진 이미지를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 잉크의 이미지와 배경의 이미지를 분리할 수 있다. 잉크방울에 해당하는 이진 이미지 또는 이진 영상을 사용하면, 잉크의 중심 위치, 최상단/최하단 위치, 잉크에 해당하는 면적 등을 얻을 수 있다.

여기서, 문턱값은 사용자가 정할 수 있을 뿐만 아니라, 미리 정해진 프로그 램에 의해 정해질 수도 있다. 도 3의 도면부호 166으로 표시된 부분을 참조하면, 사용자는 문턱값을 증가 또는 감소시킬 수 있고, 문턱값을 직접 결정할 수도 있다.

한편, CCD 카메라(151)의 전체 이미지에는 잉크방울 뿐만 아니라 프린터 헤드(116)의 일부 등 다른 구조물이 포함될 수 있다. 따라서, 전체 이미지를 분석하면 잉크방울과 함께 있는 모든 구조물을 분석 후에 분리해야 하는데, 잉크가 제팅(jetting)되는 노즐 부분의 영역에 관심영역(ROI)을 설정하여 사용한다면 관심영역으로 설정된 부분에서만 이미지를 처리하면 되므로 처리 시간을 줄일 수 있고, 다른 구조물을 분석하여 분리할 필요가 없게 된다. 반면에 전체 이미지를 모두 사용하면, 사용자가 따로 관심영역을 설정하는 불편함이 없이 메니스커스 운동을 측정할 수 있는 장점이 있다. 이때는 처리해야 되는 이미지 영역이 커지는 단점이 있지만 사용자가 보다 쉽게 접근할 수 있게 된다.

도 3에서, 관심영역(ROI) 내의 잉크방울을 보면, 프린터 헤드에서 잉크방울이 완전히 토출되지 않은 상태임을 알 수 있다. 이와 같이, 잉크방울의 토출이 실제 일어나지 않도록 하기 위해 낮은 전압을 인가한다.

도 3에서 시간에 따른 메니스커스의 진폭을 나타낸 그래프(167)를 보면, 토출 신호로부터 여러 시점에 대한 메니스커스의 위치가 표시되어 있다. 그래프의 예를 보면, 대략 35마이크로 초(㎲)까지는 진폭이 일정하게 유지됨을 알 수 있는데, 이는 헤드에 인가되는 전압의 상승 부분이 음(-)의 압력파를 발생하여 메니스커스가 노즐 안으로 들어가버리기 때문이다. 향후에 이러한 압력파가 헤드 내에서 반사되어 다시 양(+)의 압력파가 되어 밖으로 나오는 시점은 35㎲ 이후가 된다. 이 러한 양(+)의 압력파가 토출이 되지 않을 정도로 낮은 전압을 인가하면, 압력파의 진행 주기 및 크기를 통하여 잉크의 물성을 간접적으로 측정하는 것이 가능하다. 이러한 특성을 이용하여 파형 설계 및 잉크젯의 토출 특성을 진단하는 방법은 본 발명자의 이전 연구에서 진행되었다.

본 발명은 이러한 압력파를 측정하는 방법을 개발하여 기존의 방법에 비해 간소화 하고 ROI line에 의해 정밀도가 바뀌는 것을 극복하려고 하는 것이다.

다음으로 도 4를 참조하면, 관심영역(ROI) 내에 있는 잉크방울의 최하단에 해당하는 메니스커스가 프린터 헤드에서 완전히 토출되지 않은 상태임을 볼 수 있다. 시간에 대한 메니스커스의 위치를 나타내는 그래프(167')에 의하면, 시간이 경과함에 따라 메니스커스가 아래쪽으로 움직였다가 다시 위쪽으로 움직였음을 알 수 있다. 이러한 주기 및 크기의 비를 이용하면 잉크젯 헤드내의 잉크의 물성을 간접적으로 측정하는 것이 가능하다.

시간에 대한 메니스커스의 속도를 나타내는 그래프(168')를 참조하면, 시간에 따라 메니스커스의 속도를 변위와 시간의 관계로부터 간접적으로 구하는 것이 가능하다.

한편, 이미지 디스플레이부(161)에는 메니스커스의 이미지가 표시되는데, 이로부터 메니스커스의 운동이 제대로 측정되었는지를 표시될 수 있다.

도 3 및 도 4에는 이진 이미지 (binary image)의 변환을 통한 파티클 분석(particle analysis) 방법에 근거하여 잉크방울의 메니스커스의 거동을 실시간으로 분석 내지 측정하는 화면을 예시적으로 도시하였다.

도 5는 도 1에 따른 시스템에서 사용하는 관심영역을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 메니스커스를 설정하는 방법에 대해서 3가지 경우가 예시되어 있다.

관심영역(ROI)은 일정한 면적을 가지는 형태이면 사각형, 삼각형, 원, 타원 등 모든 형태가 될 수 있다. 도 5에는 관심영역이 사각형인 경우가 도시되어 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

프린터 헤드(116)의 일부를 포함하지 않고 잉크방울(ID)의 최하단에 해당하는 메니스커스(M)만 포함하도록 관심영역(ROI)을 설정하거나(도 5의 (a) 참조), 프린터 헤드(116)의 일부와 잉크방울(ID)의 메니스커스(M) 모두 포함하도록 관심영역(ROI)을 설정할 수도 있다(도 5의 (b) 참조).

메니스커스(M)는 잉크방울(ID)의 최하단에 해당하기 때문에 프린터 헤드(116)의 일부가 관심영역(ROI)에 포함되더라도 상관없다. 이진 이미지(binary image)로 변환하면 잉크방울(ID)과 프린터 헤드(116)의 일부가 동일한 이미지로 인식되고, 배경만 이와 다른 이미지로 인식된다. 이 상태에서 배경과 구분되는 이미지의 최하단이 메니스커스(M)이기 때문에 관심영역(ROI)에 프린터 헤드(116)가 포함되어도 무방하다.

또한, 아예 관심영역을 사용하지 않는 것도 가능하다. 즉, 도 5의 (c)에 도시된 것처럼, 이미지의 최하단점을 메니스커스로 정의하면 되기 때문에 관심영역을 설정하지 않더라도 메니스커스의 운동을 측정하는 것이 가능하다.

이하에서는 잉크방울의 메니스커스의 거동을 분석 내지 측정하는 방법에 대해서 살펴 본다. 도 6은 도 1에 따른 시스템에 의해 잉크방울의 메니스커스를 측정 하는 방법을 도시한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 방법은, 제1 트리거 펄스신호(121)를 프린터 헤드(116)에 인가하는 단계(1100), 제1 트리거 펄스신호(121) 보다 일정 시간 지연된 제2 트리거 펄스신호(123)를 조명부(140)에 인가하는 단계(1200), 프린터 헤드(116)에서 토출되는 잉크방울의 이미지를 촬영하는 단계(1300), 촬영된 이미지를 저장하는 단계(1400), 이미지에 해당하는 다수개의 잉크방울을 대상으로 각각의 잉크방울에 대한 최하점을 구하는 이미지 프로세싱(image processing) 단계(1600) 및 이미지 프로세싱 단계에서 구한 최하점을 이용하여 잉크방울의 메니스커스(meniscus) 운동을 측정하는 단계(1700)를 포함한다.

여기서, 이미지 프로세싱 단계(1600)는 저장된 이미지에 대해 관심영역(ROI)을 지정하는 단계(1500)를 포함할 수도 있고, 관심영역(ROI)을 지정하는 단계(1500)가 이미지 프로세싱 단계(1600) 이전에 수행될 수도 있다.

또한, 별도의 관심영역을 지정하는 단계를 거치지 않고 이미지 프로세싱 단계(1600)를 수행할 수도 있다. 잉크방울 이미지의 최하단을 메니스커스로 정의하는 경우에는 별도로 관심영역을 지정하지 않을 수 있다.

이미지 프로세싱 단계(1600)는 미리 설정된 문턱값(threshold)을 이용하여 관심영역(ROI) 내의 이미지를 이진 이미지(binary image)로 만들 수 있다.

잉크방울의 최하점은 이진 이미지 중 잉크방울이 존재하는 영역 이미지의 최하 단점에 해당하는 픽셀 정보로부터 얻을 수 있다.

잉크방울의 메니스커스 운동을 측정하는 단계(1700)는 각각의 잉크방울의 최하점 또는 메니스커스의 시간에 대한 위치 변화를 분석하여, 잉크방울의 속도를 실시간으로 구할 수 있다.

관심영역(ROI)은 일정 면적을 가지는 형태로 지정될 수 있으며, 관심영역은 프린터 헤드(116) 및 잉크방울을 모두 포함하거나 잉크방울만 포함할 수도 있다.

잉크방울의 메니스커스를 형성하고 이를 측정하기 위해서는 프린터 헤드(116)에서 잉크방울이 토출되지 않게 하는 전압을 프린터 헤드(116)에 인가하는 것이 바람직하다. 또한, 잉크방울의 메니스커스를 형성하기 위해 프린터 헤드(116)에서 잉크방울이 토출되지 않게 하는 긴 파형의 전압을 인가할 수도 있다.

한편, 문턱값은 조절 가능하며, 메니스커스 운동을 측정하는 단계(1700)는 입자 분석(particle analysis)을 이용할 수 있고, 메니스커스의 위치를 표시하여 측정된 메니스커스의 위치를 확인하는 단계(1800)를 더 포함할 수도 있다.

지금까지 설명한 메니스커스의 측정 방법은 잉크젯 구동을 위한 전압 파형 설계, 잉크젯 작동상태 모니터링 등에 응용될 수 있으며, strobe LED 시스템에 간단히 알고리즘 적용하여 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스 측정 방법은 잉크젯을 이용한 모든 응용분야에 적용 가능하며, 잉크젯으로 하는 토출 현상을 측정 분석하여 잉크 개발 등에 응용할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잉크방울의 메니스커스를 측정하기 위한 시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에 따른 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에서 촬영된 잉크방울의 메니스커스를 측정하기 위한 프로그램화된 화면을 나타내는 예시도이다.

도 5는 도 1에 따른 시스템에서 사용하는 관심영역을 도시한 도면이다.

도 6은 도 1에 따른 시스템에 의해 잉크방울의 메니스커스를 측정하는 방법을 도시한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 잉크방울 거동 분석 시스템 110: 컨트롤러

120: 펄스 발생기 130: 파형 발생기

140: 조명부 150: 이미지 획득부

160: 표시부 ROI: 관심영역

ID: 잉크방울 M: 메니스커스

Claims

잉크젯 프린터기의 프린터 헤드에서 분사되는 잉크 방울의 메니스커스를 측정하는 방법에 있어서,

제1 트리거 펄스신호를 상기 프린터 헤드에 인가하는 단계;

상기 제1 트리거 펄스신호 보다 일정 시간 지연된 제2 트리거 펄스신호를 조명부에 인가하는 단계;

상기 프린터 헤드에서 토출되는 잉크방울의 이미지를 촬영하는 단계;

상기 촬영된 이미지를 저장하는 단계;

상기 이미지에 해당하는 다수개의 잉크방울을 대상으로 각각의 잉크방울에 대한 최하점을 구하는 이미지 프로세싱(image processing) 단계; 및

상기 이미지 프로세싱 단계에서 구한 최하점을 이용하여 잉크방울의 메니스커스(meniscus) 운동을 측정하는 단계;를 포함하며,

상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 상기 메니스커스의 위치 및 속도를 동시에 실시간으로 측정하여 상기 프린터 헤드 내의 압력파의 진행 주기 및 크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 잉크 방울의 메니스커스 측정 방법.
제1항에 있어서,

상기 이미지 프로세싱 단계는 상기 저장된 이미지에 대해 관심영역을 지정하는 단계를 포함하는, 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제2항에 있어서,

상기 이미지 프로세싱 단계는,

기 설정된 문턱값(threshold)을 이용하여 상기 관심영역 내의 이미지를 이진 이미지(binary image)로 만드는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제3항에 있어서,

상기 잉크방울의 최하점은,

상기 이진 이미지 중 상기 잉크방울이 존재하는 영역 이미지의 최하 단점에 해당하는 픽셀 정보로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 잉크방울의 메니스커스 운동을 측정하는 단계는,

상기 각각의 잉크방울의 최하점 또는 메니스커스의 시간에 대한 위치 변화를 분석하여, 상기 잉크방울의 속도를 실시간으로 구하는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제5항에 있어서,

상기 관심영역은 일정 면적을 가지는 형태인 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제5항에 있어서,

상기 관심영역은 상기 프린터 헤드 및 상기 잉크방울을 포함하거나 상기 잉크방울만 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제5항에 있어서,

상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 상기 압력파의 진행 주기 및 크기의 비를 이용하여 상기 프린터 헤드 내의 잉크의 물성을 측정하는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
삭제
제3항에 있어서,

상기 문턱값은 조절 가능한 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 메니스커스 운동을 측정하는 단계는 입자 분석(particle analysis)을 이용하는 것을 특징으로 하는 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 메니스커스의 위치를 표시하여, 측정된 메니스커스의 위치를 확인하는 단계를 더 포함하는, 잉크방울의 메니스커스 측정 방법.