噴墨印刷設(shè)備 基于成像的液滴體積測(cè)量 征求意見稿

1印刷電子噴墨印刷設(shè)備第二部分：基于成像的液滴體積測(cè)量本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于飛行液滴測(cè)量系統(tǒng)獲得的圖像來確定噴墨液滴的精確體積的方法。本文件不適適用于連續(xù)噴墨或液體分配系統(tǒng)。本文件包括對(duì)上述測(cè)量問題的描述和對(duì)測(cè)量精度局限性的3.1通過單次事件成像測(cè)量從噴墨打印頭噴嘴噴射出的3.2通過單次事件中灰度噴墨打印頭形成多個(gè)次級(jí)液滴的最小次級(jí)液滴的注：原生液滴（或拖尾或衛(wèi)星液滴）可能太小，無法通過閃光成像進(jìn)行精夠大，可以用于液滴分析系統(tǒng)測(cè)量。（參見4液滴體積測(cè)量4.1.1概述本文件涉及通過噴墨打印頭噴嘴飛行液滴的高速閃光圖像來精確測(cè)定噴墨液滴體積。在工業(yè)噴墨略有不同的液滴體積信息。包含名義上相同且位置相似的重復(fù)產(chǎn)生的液滴的圖像可以為體積測(cè)量提供2平均尺寸，而單次事件圖像則提供了在體積測(cè)量過程中產(chǎn)生的尺寸和尺寸變化以及形心位置的測(cè)量。A.1提供了相關(guān)特定儀器局限的更多信息。其進(jìn)行成像和分析。這樣可以在不進(jìn)行絕對(duì)校準(zhǔn)的情況下，對(duì)液滴的相對(duì)體積進(jìn)行4.1.2體積測(cè)量與液滴形狀穩(wěn)定過程終形態(tài)（見圖A.5）。準(zhǔn)確的飛行中測(cè)量都是分析球形液滴，避免分析拖尾噴射形狀（或旋轉(zhuǎn)的非球形4.1.3成像光學(xué)按需噴墨液滴的運(yùn)動(dòng)速度在5m/s到10m/s之間，通常需要使用亞微秒級(jí)的高功率閃光照明以及具心光學(xué)設(shè)計(jì)和高功率LED閃光燈可以提供（背景）照明和擁有足夠聚焦深度的成像條件，這些條件足以使用液滴分析系統(tǒng)對(duì)噴墨液滴體積進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。適當(dāng)?shù)拈W光延遲時(shí)間可以將液滴定位在光學(xué)視場(chǎng)的3切片鼓形或圓錐形，甚至正在演化的形狀。如附錄A.1所示，要準(zhǔn)確測(cè)定液滴體積，需要使用亞像素技4.1.5校準(zhǔn)些測(cè)量，可以通過在同一視場(chǎng)角內(nèi)（即大于100μm）對(duì)多個(gè)噴墨噴嘴或噴出的射流進(jìn)行成像，并將（標(biāo)墨打印頭來說，這種方法通常并不可行，因?yàn)樗鼈兙哂袊娮旆?.1.6不確定性基于成像的液滴體積測(cè)量依賴于線性校準(zhǔn)因子的三次方，因此液滴體積的不確定性是校準(zhǔn)因子不我們假設(shè)其線性不確定度的最小值為±0.01μm，即相對(duì)不確定度至少為±1%。由于液滴體積與校準(zhǔn)因追溯標(biāo)準(zhǔn)的絕對(duì)不確定度通常宜比這低10倍以上。附錄A.2給出了液滴體積的不確定性，適用于液滴分4.2.1總則此過程描述了使用單次事件模式測(cè)量在飛行中噴墨液滴體積的方法：記錄單個(gè)液滴圖像以進(jìn)行分夠大，以便區(qū)分液滴邊緣和背景，同時(shí)不會(huì)使圖像模式下的液滴直徑的平均值和統(tǒng)計(jì)方差用于表示平均液滴直徑，其標(biāo)準(zhǔn)誤差不受任何速4此過程描述了使用多次事件模式測(cè)量在飛行中噴墨液滴體積的方法：記錄不同的液滴當(dāng)成單個(gè)液和背景之間進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)不會(huì)使疊加的圖像模式下的液滴直徑的平均值和統(tǒng)計(jì)方差用于表示平均液滴直徑，其標(biāo)準(zhǔn)誤差不受任何速此過程描述了使用多次事件模式測(cè)量在飛行中噴墨液滴體積的方法：記錄不同的液滴當(dāng)成單個(gè)液和背景之間進(jìn)行區(qū)分，同時(shí)不會(huì)使疊加的圖像距來進(jìn)行此校準(zhǔn)。建議按照附錄A.3記錄5A.1印刷電子中的噴射液滴體積A.1.1總則誤差最小為±15%；在印刷電子應(yīng)用中，這些誤差對(duì)于噴墨液滴體積的測(cè)定是完全不可接受的。即便是用于比較目的，噴墨液滴圖像宜具有比圖A.1更多的像素/直徑（即更高的分辨率和/或更高的光學(xué)放大像強(qiáng)度與放大倍數(shù)（1/M2）成正比，而圖像噪聲也會(huì)隨著放大倍數(shù)的增加而增加，從而改變確定邊界光線照射這些直徑通常為20微米的飛行中液滴時(shí)，成像液滴表觀的直徑會(huì)受到其他物理效應(yīng)的影應(yīng)用中，當(dāng)使用相對(duì)尺寸校準(zhǔn)時(shí)，這些效應(yīng)（通常）被6A.1.3灰度到二進(jìn)制圖像轉(zhuǎn)換采用灰度液滴尺寸（如圖1所示）的噴墨打印技術(shù)，能夠在基材上精確形成預(yù)定的材料沉積圖案。從圖A.1到圖A.2）對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)定液滴體積也是至關(guān)一個(gè)8位灰度圖像的每個(gè)像素值都根據(jù)圖像的亮度從0到255變化。這個(gè)灰度圖像可以轉(zhuǎn)換成的液滴尺寸。如圖A.1所示，在液滴圖像與較亮背景的分界處，圖像值有一個(gè)相對(duì)平滑的過渡。這種平接影響確定的液滴尺寸（以及液滴體積）。圖A.2展示了從相似的液滴轉(zhuǎn)換而來的二值圖像，其中比較測(cè)量的液滴體積可能包含誤差，因?yàn)闇y(cè)量結(jié)果會(huì)根據(jù)二值圖像轉(zhuǎn)換所需的閾值和閃光強(qiáng)度而有所性超過±15%。用于模擬不同像素?cái)?shù)量、不同背景噪聲及亮度水平下的液滴圖像的多種技術(shù)的比較及應(yīng)對(duì)焦不良通常是最重要的問題，因?yàn)閲娔旱沃睆讲豢赡芸偸蔷_地位于焦平面內(nèi)。圖A.3給出了由使用傳統(tǒng)透鏡放大圖像高度引起的對(duì)離焦物體影響的示7光學(xué)系統(tǒng)視場(chǎng)的中心區(qū)域宜提供最小的放大失真真為0%）成像的液滴體積差異+6%。同樣地，遠(yuǎn)心鏡頭通常比定焦鏡頭A.1.4絕對(duì)液滴體積噴墨液滴體積的測(cè)量結(jié)果可能依賴于所使用的液滴分析系統(tǒng)。由于測(cè)量液滴體積的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化過程復(fù)生的任何蒸發(fā)都會(huì)對(duì)這種校準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在研究用于單個(gè)噴墨液滴的新微量天平稱最準(zhǔn)確的尺寸測(cè)量，需要液滴呈球形。全息測(cè)量技術(shù)的半徑精度可小于圖A.5是工業(yè)噴墨打印頭以5米/秒的速度噴射出的噴墨液在低放大失真的情況下，可以通過液滴的平均水平間距和標(biāo)稱噴嘴間距對(duì)圖像像素大小進(jìn)行近似線性8A.2噴墨液滴體積公式假定液滴直徑D（以像素為單位）和用于將像素轉(zhuǎn)換為微米（1單像素分析技術(shù)在液滴形心位置的確定上引入了額外的不確定性。為了將總體積誤差降低到±5%給定了分析后的邊界后，液滴體積(V)可以通過對(duì)所有連續(xù)錐形切片的每個(gè)切片高度為一像素且包含液滴邊界的像素體積進(jìn)行求和來計(jì)算。假設(shè)有N個(gè)這樣的切片，第j個(gè)切片位于相鄰的兩個(gè)直徑Dj和2·································這