[发明专利]印刷和制造系统中的精确位置对准、校准和测量

说明书

本公开提供一种用于快速、精确地确定沉积源相对于沉积目标基材的高度的高精度测量系统。在一个实施方式中，工业印刷机的两个传送路径中的每一个均安装摄像机和高精度传感器。使用这些摄像机来实现分离传送轴之间的记录，以及依据xy位置分别精确地确定高精度传感器的位置。使用高精度传感器中的之一来测量沉积源的高度，而另一个传感器测量目标基材的高度。识别这些传感器之间的相对z轴位置，以便提供两种源和目标基材的精确z坐标标识。所公开的实施方式能够实现动态、实时且高精度的高度测量，达到微米或亚微米的精确度。

本申请要求美国发明专利申请编号15/851419的权益，该美国发明专利申请作为第一发明人为David C.Darrow、名称为“印刷和制造系统中的精确位置对准、校准和测量”的申请于2017年12月21日提交；与刚才引述的美国发明专利申请一样，本申请还要求美国临时专利申请编号62/459402的权益，该美国临时专利申请作为第一发明人为DavidC.Darrow、名称为“印刷和制造系统中的精确位置对准、校准和测量”的申请于2017年2月15日提交。这些先有申请中每一个通过引用被并入本文。本申请还通过引用并入如下文献：(1)美国专利编号9352561(USSN 14/340403)，其作为第一发明人为Nahid Harjee、名称为“用于使液体沉积在精确容差内的印刷墨滴测量和控制技术”的申请于2014年7月24日提交；(2)美国专利公开号20150298153(USSN 14/788609)，其作为第一发明人为MichaelBaker、名称为“用于以提高的速度和精确度来阵列式印刷永久层的技术”的申请于2015年6月30日提交；以及(3)美国专利编号8995022，其作为第一发明人为Eliyahu Vronsky、名称为“使用半色调控制厚度来制备基于油墨的层”的申请于2014年8月12日提交。

背景技术

印刷机能够被广泛地用于工业制备工序中，在此类工业制备工序中，液体被印刷到基材上，然后使其固化、干燥或其他处理以便将此“油墨”转换成具有专门预设厚度的成品层，并将结构属性、电属性、光属性或其他属性赋予到所制成的产品。这些制备工序中的某一些的要求会非常精确，例如要求所沉积的材料的位置精确度精确到微米分辨率以上。作为一个示例，“房间大小的”工业用喷墨印刷机会被用于将液体微滴印刷到长超过1米及宽超过1米的基材上，其中该工序沉积数百万个个体“像素”的特定层，这些像素将形成高清(HD)智能电话显示屏的一部分。以此方式制备的每层会具有严苛的体积规范(例如，“每个像素50皮升”)，如果不严格遵守，其会导致成品中的缺陷。该工序还会被用于沉积封装和覆盖许多此类微型电子或光学元件的其他大规模层，其中也要求非常恒定的厚度(因此对每单位面积的体积进行控制)。根据所制备的具体产品而定，可在单一大型基材上进行加工以便形成一个或多个产品；例如，可使用单一大型基材来制作一个大型电子显示屏(例如，巨大的HD TV屏幕)或在制造过程中由基材阵列排布并切割出的许多较小产品(例如，“一百”个智能电话HD显示屏)。

为了提供许多设计所要求的高精度，印刷机和其他类型的精密制造设备进行严苛校准和对准程序，该程序被设计成确保材料沉积在所需时精确地发生。作为一个示例，分轴(split-axis)印刷机的特征典型地在于移动基材的“y轴”传送系统和移动印刷头(或其他元件，例如，一个或多个检验工具、用于固化的紫外线灯或其他类型物件)的“x轴”传送系统。典型地，这些不同的传送路径费力且人为进行相对于印刷机的参照框架的校准，往往基于操作人员的主观判断；一旦加载各基材，也通常必须单独将该基材对准到印刷机的位置基准系统。久而久之，例如由于各种来源的偏移，典型地必须对这些传送路径和位置基准系统进行重新校准和重新对准；典型地，必须使制造设备脱机，并且为此必须物理介入，从而再次需要费力且典型的高度人为操作程序。分轴印刷机实例仅是示例性情形，而其说明在实现微结构产品制备中的精度所涉及的一些难题；停机时间和需要人为操作程序限制了产品的产量，但这些通常又是必不可免的，即，即使制备与预设位置有“微米偏离”，这也会转变成无效或低质成品。