專利名稱：用于被燒蝕的噴墨噴嘴板的特征補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種用于補(bǔ)償激光器的能量輸出改變的系統(tǒng)和方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)掩模尺寸，以便補(bǔ)償在燒蝕噴墨噴嘴板時(shí)使用的準(zhǔn)分子激光器的能量輸出改變的系統(tǒng)和方法。
2.相關(guān)技術(shù)描述由于準(zhǔn)分子激光器的高的能量輸出和高的精度，其被廣泛地用于工業(yè)中，用來(lái)在物體中形成極小的結(jié)構(gòu)。通常，在激光燒蝕處理中使用掩模，使得激光可以燒蝕非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)分子激光器還用于制造噴墨噴嘴板。當(dāng)制造噴墨打印機(jī)的噴嘴板時(shí)，需要形成精確的噴嘴孔、加熱室(firingchamber)和通道。最終的印刷質(zhì)量直接受由準(zhǔn)分子激光器的燒蝕的精度的影響。
近些年來(lái)，彩色噴墨打印機(jī)的用戶發(fā)現(xiàn)由這些打印機(jī)打印的圖像的清晰度有了極大的改變?，F(xiàn)在，使用四色墨噴墨打印機(jī)可以獲得接近照片的圖像質(zhì)量。能夠形成這些高清晰度的彩色圖像的一部分原因是因?yàn)槟軌蛴∷⒚坑⒋?00或更多的點(diǎn)(“dpi”)。為了達(dá)到600dpi，打印頭必須具有每英寸600個(gè)噴嘴開(kāi)口的噴嘴密度，因?yàn)樵谟∷⒔橘|(zhì)上，一個(gè)噴嘴產(chǎn)生一個(gè)墨點(diǎn)。在這種噴嘴密度下，噴嘴的直徑必須為16微米的數(shù)量級(jí)。
為了產(chǎn)生具有這種直徑的噴嘴開(kāi)口、加熱室和油墨通道，成功地使用了不同類型的激光器，如以下的現(xiàn)有技術(shù)所述。
Schantz等人的美國(guó)專利5,305,015公開(kāi)了一種能夠被激光燒蝕的基于聚合物的柔性帶，用于形成噴墨孔、蒸發(fā)通道和油墨通道。在燒蝕處理中使用掩模產(chǎn)生在打印頭中所需的特征。
Asakawa等人的美國(guó)專利5,378,137公開(kāi)了使用一種掩模，在所述掩模中孔的邊緣周圍具有不傳熱的點(diǎn)，使得當(dāng)通過(guò)所述的孔照射YAG或準(zhǔn)分子激光束時(shí)，在孔的邊緣激光束的能量強(qiáng)度被減少。通過(guò)使激光器的全部能量照射在孔的中心的工件上，并使得只有部分能量通過(guò)所述邊緣，可以在工件中形成被修改的錐形孔。使用該專利公開(kāi)的內(nèi)容，可以調(diào)節(jié)在結(jié)構(gòu)中的孔的錐形的角度。
Yamazaki等人的美國(guó)專利4,786,358公開(kāi)了一種用于在被膜覆蓋的底板上形成圖形的改進(jìn)的方法。所述底板通過(guò)由掩模整形的激光束照射，而且由激光束的能量除去所述的膜的一部分，以產(chǎn)生所需的圖形。
Dini的美國(guó)專利4,108,659公開(kāi)了一種通過(guò)在能量束源和印刷表面之間插入可變反射率的掩模利用未被調(diào)制的能量束對(duì)印刷表面進(jìn)行刻蝕的處理。掩模的局部反射率按照要被印刷的原始的色調(diào)層次改變，并且可以通過(guò)常規(guī)的照相技術(shù)被直接在所述表面上或在被能量束通過(guò)的底板載體上形成。
不過(guò)，由于在制造激光系統(tǒng)中使用的透鏡和光學(xué)傳輸系統(tǒng)過(guò)程中的不規(guī)則性，在激光束的整個(gè)寬度和長(zhǎng)度上能量輸出不是一致的。這使得形成這樣的用于燒蝕噴嘴底板的準(zhǔn)分子激光器，其沿著光束的輪廓具有這樣的特征能量分布，所述能量分布引起從激光束的端部到中部的出口直徑的變化和燒蝕深度的變化。由于這種不規(guī)則，使得在噴嘴板的一部分上產(chǎn)生的噴嘴孔較大，而在其它部分產(chǎn)生的噴嘴孔較小。噴嘴板和印刷頭的其它特征例如加熱室的尺寸和通道深度也發(fā)生改變。因而，由于特征尺寸的改變而對(duì)印刷質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
此外，噴嘴和印刷頭特征的改變還影響噴墨打印機(jī)的性能。例如，當(dāng)噴嘴和通道尺寸改變時(shí)，對(duì)于加熱(蒸發(fā))室的填充時(shí)間也改變，這迫使噴墨打印機(jī)的設(shè)計(jì)者減少打印速度，以便確保在被再次加熱之前所有的加熱室能夠被再次充滿。此外，噴嘴和印刷頭特征的改變還對(duì)沉積在印刷介質(zhì)上的墨滴的質(zhì)量因而也是油墨沉積的速度具有直接影響。而墨滴的質(zhì)量和速度又直接影響用戶看到的圖像質(zhì)量。
因此，需要一種系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠補(bǔ)償激光系統(tǒng)的能量輸出的不規(guī)則，使得在整個(gè)工件中可以形成均勻的結(jié)構(gòu)。這要求噴嘴板中具有一致的結(jié)構(gòu)，并且隨著結(jié)構(gòu)的特征的縮小，印刷頭成為更關(guān)鍵的部件，以便達(dá)到1200或2400dpi的更高的分辨率。在這樣高的分辨率下，噴嘴直徑的一個(gè)或兩個(gè)微米的改變將引起噴嘴板的結(jié)構(gòu)尺寸的25％或更高的變化，因而產(chǎn)生用戶可以覺(jué)察的印刷質(zhì)量的改變。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照本發(fā)明的方法實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，所述方法用于調(diào)節(jié)掩模的特征尺寸，以便補(bǔ)償在用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)的能量輸出的變化。所述方法通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于相干光束中的多個(gè)點(diǎn)的多個(gè)掩模特征尺寸，補(bǔ)償該相干光束中的多個(gè)點(diǎn)之間的能量輸出差異的影響。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，該相干光束中的這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)于噴嘴板中的多個(gè)噴嘴孔。此外，激光系統(tǒng)的能量輸出的差異的影響，通過(guò)測(cè)量噴嘴板中噴嘴孔的試樣的直徑被間接地確定。此外，所述掩模的尺寸是掩模孔的直徑。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照本發(fā)明的方法實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，所述方法用于調(diào)節(jié)掩模的特征尺寸，以便補(bǔ)償在燒蝕工件時(shí)發(fā)現(xiàn)的激光系統(tǒng)的能量輸出的變化。所述方法由測(cè)量在激光系統(tǒng)產(chǎn)生的相干光束中多個(gè)點(diǎn)上該激光系統(tǒng)能量輸出的改變的影響開(kāi)始。然后，所述方法通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于一相干光束中的點(diǎn)的掩模的特征尺寸，補(bǔ)償在該相干光束中這些點(diǎn)之間的能量輸出改變的影響。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。所述激光系統(tǒng)使用一激光器，所述激光器具有在其相干光束的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生的相干光束內(nèi)的被測(cè)量的能量輸出中的可測(cè)量的不一致性。此時(shí)使用一具有多個(gè)小孔的掩模，其中小孔的尺寸被調(diào)節(jié)，以便在被測(cè)量這些點(diǎn)的相應(yīng)點(diǎn)上補(bǔ)償該光束的可測(cè)量的不一致性。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照本發(fā)明的方法實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，所述方法用于調(diào)節(jié)掩模的特征尺寸，以便補(bǔ)償在用于燒蝕噴嘴板的激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束的能量輸出的變化。這種方法使用激光系統(tǒng)借助于通過(guò)具有已知直徑的掩?？椎难谀魉图す馐鴣?lái)燒蝕噴嘴板，從而產(chǎn)生多個(gè)噴嘴孔。通過(guò)測(cè)量噴嘴孔的試樣的直徑，在多個(gè)點(diǎn)上測(cè)量該激光束的能量輸出。于是，所述方法確定在噴嘴孔的直徑和所需的噴嘴孔的直徑之間存在的差異。然后，所述方法調(diào)節(jié)該掩模中掩?？椎闹睆剑瑥亩鶕?jù)所述差異補(bǔ)償激光束的能量輸出的改變。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)確定在噴嘴孔的直徑和所需的直徑之間存在的差異，消除被測(cè)量的噴嘴孔所測(cè)量的直徑的隨機(jī)的改變。此外，通過(guò)使一條曲線和所測(cè)量的直徑擬合，確定所述的差異。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，使一條曲線和所測(cè)量的直徑的擬合，是使用最小二乘法曲線擬合算法以確定和所述曲線的最好擬合，和對(duì)于噴嘴孔的直徑的試樣之間的內(nèi)插來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法還產(chǎn)生一具有被調(diào)節(jié)的掩模孔的掩模，用于補(bǔ)償激光束的能量輸出的改變。此外，所述方法使用該掩模燒蝕多個(gè)噴嘴板，并確定所述噴嘴板是否適用于印刷頭。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照一種用于調(diào)節(jié)掩模的特征尺寸的方法的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，所述方法用于調(diào)節(jié)掩模的特征尺寸，以便補(bǔ)償在燒蝕噴嘴板中使用的激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束的能量輸出的效果的變化。所述方法由產(chǎn)生一具有多個(gè)掩?？椎难谀ｉ_(kāi)始，其中多個(gè)掩模孔具有已知的直徑。然后，使用激光系統(tǒng)借助于經(jīng)過(guò)所述掩模傳輸激光束燒蝕所述噴嘴板，從而產(chǎn)生多個(gè)噴嘴孔。此外，所述方法還測(cè)量噴嘴孔試樣的直徑。所述噴嘴孔的試樣在噴嘴板上是均勻分布的。所述測(cè)量的多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑被繪制成曲線圖。確定噴嘴孔試樣的直徑之間的差。使一條曲線和表示試樣直徑的曲線圖擬合。然后確定在掩?？字械恼{(diào)節(jié)，以便補(bǔ)償多個(gè)試樣的噴嘴孔的抽樣的直徑的差。最后，根據(jù)對(duì)掩?？走M(jìn)行的調(diào)節(jié)產(chǎn)生出補(bǔ)償掩模。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法還使用激光系統(tǒng)借助于經(jīng)過(guò)該補(bǔ)償掩模傳輸激光束燒蝕多個(gè)噴嘴板，從而在每個(gè)噴嘴板上產(chǎn)生一些噴嘴孔。所述方法還確定每個(gè)具有在預(yù)定的允差內(nèi)的直徑的噴嘴孔，并使用補(bǔ)償掩模生產(chǎn)用于印刷頭裝置中的噴嘴板。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)被按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，所述方法用于調(diào)節(jié)在燒蝕噴嘴板時(shí)使用的掩模特征尺寸，以便改變噴墨打印機(jī)的性能特征。所述方法由調(diào)節(jié)第一掩模開(kāi)始，從而改變幾個(gè)感興趣的掩模特性，以便改善噴墨打印機(jī)的操作性能。然后，所述方法使用具有第一掩模的激光系統(tǒng)燒蝕多個(gè)噴嘴板。所述方法還使用所述噴嘴板裝配多個(gè)印刷頭。對(duì)打印機(jī)頭進(jìn)行測(cè)試。確定能夠改善噴墨打印機(jī)的操作性能的最佳的掩模特征。調(diào)節(jié)第二掩模，使得只包括此最佳掩模特征。最后，使用激光系統(tǒng)和第二掩模燒蝕多個(gè)噴嘴板。把所述噴嘴板安裝在打印機(jī)頭中并供在打印機(jī)中使用。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法還調(diào)節(jié)第二掩模，用于改變激光器能量輸出的效果。


圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于燒蝕噴嘴板的激光系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖；圖2是表示按照本發(fā)明實(shí)施例在使用具有均勻的掩?？壮叽绲难谀．a(chǎn)生的噴嘴板中測(cè)量的噴嘴直徑尺寸對(duì)一行噴嘴的噴嘴號(hào)的二維曲線圖；圖3是表示按照本發(fā)明實(shí)施例在使用對(duì)于所有噴嘴具有補(bǔ)償?shù)目壮叽绲难谀．a(chǎn)生的噴嘴板中測(cè)量的噴嘴直徑尺寸對(duì)一行噴嘴的噴嘴號(hào)的二維曲線圖；圖4是利用按照本發(fā)明實(shí)施例的方法以產(chǎn)生補(bǔ)償掩模的流程圖，所述補(bǔ)償掩模用于補(bǔ)償圖2所示的噴嘴直徑的改變；圖5是利用按照本發(fā)明實(shí)施例的方法以產(chǎn)生補(bǔ)償掩模的流程圖，所述補(bǔ)償掩模用于補(bǔ)償噴嘴板和印刷頭的特征尺寸；圖6A是對(duì)于按照本發(fā)明實(shí)施例的圖1所示激光系統(tǒng)的能量輸出變化沒(méi)有任何補(bǔ)償?shù)难谀Ｊ疽鈭D；圖6B是使用圖6A所示掩模產(chǎn)生的噴嘴板示意圖，其中對(duì)于按照本發(fā)明實(shí)施例的圖1所示激光系統(tǒng)的能量輸出改變沒(méi)有補(bǔ)償；
圖7A是使用按照本發(fā)明實(shí)施例的圖4所示的方法對(duì)于圖1所示激光系統(tǒng)的能量輸出變化進(jìn)行過(guò)調(diào)節(jié)的掩模示意圖；圖7B是使用圖7A所示掩模產(chǎn)生的噴嘴板示意圖，所述掩模已進(jìn)行過(guò)調(diào)節(jié)，以對(duì)按照本發(fā)明實(shí)施例的圖1所示激光系統(tǒng)能量輸出的改變補(bǔ)償。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在所述附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
圖1表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的包括掩模60的激光系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)分子激光器10產(chǎn)生一相干光束，其向前朝向望遠(yuǎn)鏡筒20傳播。在望遠(yuǎn)鏡筒20內(nèi)有兩塊透鏡(未示出)，其改變?cè)撓喔晒馐男螤詈徒咕唷Ｋ鱿喔晒馐缓笥梢痪?homogenizer)30擴(kuò)散成單獨(dú)的一些光束并重新組合。然后該相干光束由聚光器透鏡40和場(chǎng)鏡50進(jìn)一步聚焦，并被引導(dǎo)通過(guò)掩模60。掩模60由透明材料例如石英(未示出)制成，并在一側(cè)鍍有反光材料，例如鉻或介電層(未示出)。在掩模60的反射覆層中形成至少一排孔(未示出)。如后所述，在反射覆層中的孔被調(diào)節(jié)，以便補(bǔ)償準(zhǔn)分子激光器10中的能量變化。由激光器10發(fā)射的相干光通過(guò)掩模60的反射材料中的孔。然后，所述相干光借助一縮小透鏡70被縮小5倍。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，由縮小透鏡70縮小的數(shù)量可以根據(jù)所需的特征尺寸和可得到的透鏡的質(zhì)量而改變。然后，所述相干光束燒蝕噴嘴板80，從而產(chǎn)生具有所需形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示在使用具有均勻的試樣噴嘴的孔尺寸的掩模60產(chǎn)生的噴嘴板80中測(cè)量的噴嘴直徑尺寸對(duì)于一行噴嘴的噴嘴號(hào)的二維曲線圖。為了說(shuō)明的目的，在圖6A中示出了具有均勻孔300，310和320的掩模60的例子(也稱為標(biāo)準(zhǔn)的掩?；蛭幢谎a(bǔ)償?shù)难谀?。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖2中，由未被補(bǔ)償?shù)难谀．a(chǎn)生的噴嘴孔的直徑在從16.3微米到17微米的范圍內(nèi)改變。為了說(shuō)明的目的，圖6B中示出一示例的噴嘴板80，其具有使用圖6A所示未被補(bǔ)償?shù)难谀．a(chǎn)生燒蝕的不同尺寸的噴嘴孔330，340和350。還應(yīng)當(dāng)注意，測(cè)量在圖6B中的不同尺寸的噴嘴孔330，340，350的直徑，并且如圖2的曲線所示，也作為一種測(cè)量用于產(chǎn)生噴嘴孔的激光系統(tǒng)中的能量變化的影響的一種間接方法。這是因?yàn)?，激光系統(tǒng)的能量輸出越大，燒蝕的材料越多，因此產(chǎn)生較大的孔徑和較小的特征錐度。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以使用直接的測(cè)量方法測(cè)量在相干光束中的各點(diǎn)的能量輸出或能量輸出的效果。用于測(cè)量激光系統(tǒng)的能量輸出的一種直接的方法是使用在市場(chǎng)上可得到的標(biāo)準(zhǔn)的激光功率計(jì)，但是，對(duì)于非常小的區(qū)域，這是非常困難的。因此，測(cè)量最終的燒蝕特征并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償要簡(jiǎn)單和容易得多。
如圖2所示，噴嘴號(hào)0-30和150-170比噴嘴號(hào)50-120大得多。這也在圖6B中被示出，其中可變尺寸的噴嘴板孔330和350比可變尺寸的噴嘴板孔340大得多。使用矩形的大約6mm×70mm的一相干光束燒蝕噴嘴板80。噴嘴號(hào)0-30和150-170相應(yīng)于由相干光束燒蝕的矩形的相對(duì)端，而噴嘴號(hào)50-120相應(yīng)于矩形的中部。由圖2可見(jiàn)，激光系統(tǒng)的能量輸出在矩形的兩端比矩形的中部高，因而產(chǎn)生具有不同直徑的噴嘴孔330，340和350，如圖6B所示。
為了使說(shuō)明簡(jiǎn)單起見(jiàn)，掩模60和噴嘴板80假定只包括一排噴嘴孔。不過(guò)，在一般的噴墨打印頭中，噴嘴板至少具有兩排通常具有多排噴嘴孔。當(dāng)同時(shí)燒蝕多排噴嘴孔時(shí)，必須考慮到在不同排之間的直徑尺寸的改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沿著上述的矩形相干光束的寬度和長(zhǎng)度都可能發(fā)生類似的變化。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的實(shí)施例中所討論的用于校正能量輸出變化的方法可以用于任何數(shù)量的行和任何數(shù)量的噴嘴孔。下面說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例使用的用于補(bǔ)償噴嘴孔改變的方法。優(yōu)選實(shí)施例圖4是按照本發(fā)明一實(shí)施例使用的用于產(chǎn)生補(bǔ)償圖2和圖6B所示噴嘴直徑改變的掩模60的方法的流程圖。
如圖4的步驟S100所提供的，激光系統(tǒng)被設(shè)置，以下假定不需調(diào)節(jié)掩模60以便補(bǔ)償該激光系統(tǒng)功率輸出改變的條件下燒蝕噴嘴板80。所述設(shè)置步驟包括確定為燒蝕噴嘴板80需要量材料所需的激光器10的功率設(shè)定和重復(fù)速率。
如圖4的步驟S110所提供的，使用在步驟S100確定的功率設(shè)定和重復(fù)速率燒蝕噴嘴板80。所使用的掩模60是沒(méi)有對(duì)功率輸出的變化進(jìn)行過(guò)特征尺寸補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)掩模。不過(guò)，也可以使用其中對(duì)選擇的特征尺寸進(jìn)行過(guò)補(bǔ)償?shù)难谀?0。燒蝕足夠數(shù)量的若干個(gè)噴嘴板80或試驗(yàn)部件，以提供具有統(tǒng)計(jì)意義的試樣。
為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在下面的說(shuō)明中只說(shuō)明均勻的噴嘴孔和特征。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，任何可被利用掩模燒蝕的特征都可被使用，并被按照本發(fā)明的其它實(shí)施例進(jìn)行補(bǔ)償。
如圖6A所示，其中示出了具有相同直徑的開(kāi)口的均勻的掩?？?00，310和320的掩模60，這是在圖4的步驟S110中所需掩模。圖6B中示出了曾經(jīng)燒蝕過(guò)的最終的噴嘴板80。應(yīng)當(dāng)注意，可變尺寸的噴嘴孔330和350比可變尺寸的噴嘴孔340大得多。這和圖2所示的數(shù)據(jù)是一致的，其中在燒蝕區(qū)域中心的噴嘴孔小于在邊緣上的噴嘴孔。
如圖4的步驟S120所提供的，測(cè)量并記錄每個(gè)噴嘴板80或試驗(yàn)件的感興趣的特征。在噴嘴板80的情況下，不需要測(cè)量每個(gè)噴嘴，因?yàn)橐话愕膰娮彀蹇梢院袛?shù)百個(gè)噴嘴。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只需要測(cè)量具有統(tǒng)計(jì)意義數(shù)量的感興趣的特征(噴嘴孔直徑)，并且這些測(cè)量應(yīng)當(dāng)在被燒蝕的整個(gè)區(qū)域上均勻分布。
如圖4的步驟S130所提供的，根據(jù)在圖4的步驟S120中記錄的被測(cè)量特征確定感興趣的特征尺寸的調(diào)節(jié)。這通過(guò)確定被測(cè)量的特征尺寸和所需的特征尺寸之間的改變或差來(lái)進(jìn)行。不過(guò)，首先需要消除每個(gè)所測(cè)量的噴嘴號(hào)的數(shù)據(jù)中的隨機(jī)變化(噪聲)。這可以通過(guò)使用一個(gè)或幾個(gè)數(shù)理統(tǒng)計(jì)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括平均，線性模擬，n次多項(xiàng)式，二次模擬和非線性模擬。二次模擬方法例如包括二次最小二乘法曲線擬合技術(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，最好進(jìn)行二次模擬，因?yàn)槠渚哂谐瑥?qiáng)的消除局外點(diǎn)的能力，并且其能夠在測(cè)量的點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插。不過(guò)，二次模擬方法的缺點(diǎn)在于，其需要多得多的燒蝕試驗(yàn)部件和取更多的測(cè)量。
在消除測(cè)量數(shù)據(jù)中的隨機(jī)改變(噪聲)之后，便可對(duì)每個(gè)測(cè)量特征確定一組數(shù)據(jù)，所得的數(shù)據(jù)就可繪制成圖2所示的曲線。在繪制好曲線之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員就可以根據(jù)其判斷來(lái)確定被分別處理的數(shù)據(jù)段，并使每個(gè)數(shù)據(jù)段和曲線擬合。
在圖2所示數(shù)據(jù)的情況下，不可能容易地確定一個(gè)公式能和噴嘴號(hào)0-160所測(cè)量的直徑數(shù)據(jù)擬合。不過(guò)，借助于把數(shù)據(jù)分成三段，并使一曲線和每段擬合，可以得到一個(gè)能夠精確地表示每個(gè)線段的簡(jiǎn)單的代數(shù)公式。例如，在圖2的情況下，第一線段含有對(duì)噴嘴號(hào)0-40的測(cè)量，第二線段可以含有噴嘴號(hào)41-110的測(cè)量，第三線段含有噴嘴號(hào)111-160的測(cè)量。
一旦代表被測(cè)量噴嘴孔線段的曲線被確定之后，對(duì)于給定的線段，使用這些代數(shù)公式確定對(duì)于被測(cè)量的特征(噴嘴直徑)的調(diào)節(jié)。例如，如果目標(biāo)是使所有的噴嘴直徑為16.5微米，則表示噴嘴號(hào)0-40的線段的代數(shù)公式應(yīng)當(dāng)使噴嘴號(hào)1以及和其接近的噴嘴號(hào)的直徑減少大約0.5微米。因?yàn)?，縮小透鏡70能使來(lái)自掩模60的相干光束減少5倍，所以在掩模60中1號(hào)噴嘴附近的掩?？椎闹睆綉?yīng)當(dāng)被減少2.5微米，以便達(dá)到所需的結(jié)果。
如圖4的步驟S140所提供的，根據(jù)在步驟S130確定的調(diào)節(jié)的特征產(chǎn)生具有被調(diào)節(jié)的噴嘴尺寸的掩模60。所得的掩模60如圖7A所示。應(yīng)當(dāng)注意，可變的掩?？?00和420小于可變的掩?？?10。
如圖4的步驟S150所提供的，使用如圖7A所示的具有被調(diào)節(jié)了的可變掩?？?00，410和420的掩模60燒蝕噴嘴板80。所得的噴嘴板80如圖7B所示。應(yīng)當(dāng)注意，圖7B中所得的均勻的噴咀孔430，440和450具有基本上相等的直徑。然后，以和圖4的步驟S120類似的方式對(duì)噴嘴板80中的噴嘴孔抽樣進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行若干個(gè)燒蝕的噴嘴板80的具有統(tǒng)計(jì)意義的抽樣，并按照?qǐng)D4的步驟S120的方式確定每個(gè)噴嘴孔號(hào)的直徑的單個(gè)平均值。
噴嘴直徑的最終測(cè)量對(duì)噴嘴號(hào)的曲線如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意，在圖3中噴嘴直徑之間的差被大大減小了。
如圖4的步驟S160所提供的，確定使用具有可變掩?？?00，410，320的掩模(圖7A)產(chǎn)生的具有均勻的噴嘴孔430，440，450(圖7B)的噴嘴板80是否在預(yù)定的允差之內(nèi)。如果所得到的均勻的噴嘴孔430，440，450不滿足預(yù)定的允差，則重復(fù)進(jìn)行步驟S130到S150。否則，則斷定掩模60能夠生產(chǎn)好的部件，并且可以用于圖4的步驟S170中提供的生產(chǎn)設(shè)定。另一實(shí)施例至此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明中只說(shuō)明了調(diào)節(jié)噴嘴孔的直徑。不過(guò)，本發(fā)明不限于產(chǎn)生具有均勻噴嘴孔直徑的噴嘴?？梢哉{(diào)節(jié)掩模中的許多項(xiàng)，以便補(bǔ)償激光系統(tǒng)能量輸出的改變。這些項(xiàng)包括改變出口孔直徑，改變線性間距和由于燒蝕深度改變而對(duì)流動(dòng)特征補(bǔ)償?shù)碾妷骸?br> 在用于燒蝕噴嘴結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中使用的掩模60的尺寸是所需的噴嘴板的尺寸的5倍。其它的特征，例如加熱(蒸發(fā))室，在掩模中也是所需的初始尺寸的5倍。隨著燒蝕深度的增加，所述特征尺寸減小，并且對(duì)于給定的特征形成一側(cè)壁角。在燒蝕結(jié)束時(shí)的側(cè)壁角和特征尺寸取決于被燒蝕的材料、脈沖能量的大小，聚焦的位置以及所使用的激光系統(tǒng)的脈沖數(shù)。因而，側(cè)壁角和燒蝕的深度可以通過(guò)調(diào)節(jié)掩模60進(jìn)行補(bǔ)償。
也可以通過(guò)調(diào)節(jié)掩模60補(bǔ)償由于在激光系統(tǒng)中的光學(xué)畸變而導(dǎo)致的位置線性度的改變。隨著噴嘴線性長(zhǎng)度的尺寸的增加，位置線性度成為重要的，其直接影響在印刷介質(zhì)上最終排出的墨滴的位置。
為了補(bǔ)償由流動(dòng)特征深度和寬度變化引起的上升時(shí)間的特定改變，可以對(duì)掩模進(jìn)行補(bǔ)償，以對(duì)于實(shí)際深度的改變給出一合適的寬度。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，對(duì)于由激光斷面中的能量分布引起的固有可變性進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)盡可能一致的噴嘴結(jié)構(gòu)，以便使打印頭具有穩(wěn)定的性能。雖然所作的說(shuō)明主要集中在沿著激光束長(zhǎng)軸的功率變化，但是也可以補(bǔ)償沿短軸方向的變化，如早先所述。
上面說(shuō)明的噴嘴板和打印頭的特征在若干個(gè)重要方面具有直接的影響。這些方面包括由噴嘴噴出的每個(gè)墨滴的質(zhì)量，油墨從噴嘴噴出時(shí)的速度(墨滴速度)，加熱室的填充速度以及打印機(jī)的最終印刷質(zhì)量。
圖5是按照本發(fā)明一實(shí)施例使用的方法的流程圖，用于生產(chǎn)補(bǔ)償?shù)难谀?，以調(diào)節(jié)噴嘴板和打印頭的特征尺寸，實(shí)現(xiàn)上述的所需的性能。在圖5的說(shuō)明中，和圖4相同的步驟不再詳細(xì)說(shuō)明。
如圖5的步驟S200所提供的，設(shè)計(jì)一個(gè)使用掩模60燒蝕試驗(yàn)部件的實(shí)驗(yàn)，從中分析某些打印機(jī)特性。所述特性的一個(gè)例子是加熱室的填充速率和加熱室、油墨通道以及噴嘴的尺寸和形狀對(duì)該填充速率和打印機(jī)速度的影響。然后，對(duì)于上述的任何特性或所述特性的組合調(diào)節(jié)掩模60。
如圖5的步驟S210所提供的，使用按照?qǐng)D5的S200調(diào)節(jié)的掩模60燒蝕試驗(yàn)部件。在所述步驟S210中，應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生具有統(tǒng)計(jì)意義數(shù)量的試驗(yàn)部件。
如圖5的步驟S220所提供的，把試驗(yàn)部件裝配到打印機(jī)頭中并進(jìn)行測(cè)試，以便確定所述調(diào)節(jié)對(duì)打印機(jī)性能的影響。其中進(jìn)行和圖4的步驟S130類似的統(tǒng)計(jì)分析。此外，確定改變哪個(gè)特征對(duì)在噴嘴板80的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上的印刷質(zhì)量具有最大的影響。
如圖5的步驟S230所提供的，一旦確定所需的掩模60的最佳調(diào)節(jié)，便在噴嘴板80的整個(gè)長(zhǎng)度上產(chǎn)生包括這些調(diào)節(jié)的掩模。
如圖5的步驟S240所提供的，使用在圖5的步驟S230中產(chǎn)生的掩模60，產(chǎn)生出新的部件例如噴嘴板80。然后對(duì)所述新的部件進(jìn)行裝配并測(cè)試，以便確定其是否具有預(yù)期的性能。
如圖5的步驟S250所提供的，確定所產(chǎn)生的新的部件是否具有所需的性能。如果新的部件滿足這些預(yù)期值，則該掩模60在圖5的步驟S270中進(jìn)入生產(chǎn)使用。如果其不滿足預(yù)期的性能，則在圖5的步S260對(duì)新的掩模60再次進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而重復(fù)步驟S230到S240。
雖然上面說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員，不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的構(gòu)思，可以作出各種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸以便補(bǔ)償燒蝕工件用的激光系統(tǒng)能量輸出變化的方法，包括通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于一相干光束中的多個(gè)點(diǎn)的多個(gè)掩模特征尺寸，補(bǔ)償該相干光束中的多個(gè)點(diǎn)之間的能量輸出差異的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中該相干光束中的多個(gè)點(diǎn)相應(yīng)于一噴嘴板中的多個(gè)噴嘴孔。
3.如權(quán)利要求2所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中該激光系統(tǒng)能量輸出差異的影響，通過(guò)測(cè)量該噴嘴板中多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑被間接地確定。
4.如權(quán)利要求3所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中所述多個(gè)掩模的尺寸是多個(gè)掩?？椎闹睆?。
5.一種用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸以便補(bǔ)償燒蝕工件用的激光系統(tǒng)能量輸出變化的方法，包括在該激光系統(tǒng)產(chǎn)生的一相干光束中的多個(gè)點(diǎn)上，測(cè)量該激光系統(tǒng)能量輸出差異的影響；并且通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于該相干光束中多個(gè)點(diǎn)的多個(gè)掩模特征尺寸，補(bǔ)償該相干光束中多個(gè)點(diǎn)之間的能量輸出差異的影響。
6.如權(quán)利要求5所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中該相干光束中的多個(gè)點(diǎn)相應(yīng)于一噴嘴板中的多個(gè)噴嘴孔。
7.如權(quán)利要求6所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中該激光系統(tǒng)能量輸出差異的影響，通過(guò)測(cè)量一噴嘴板中多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑被進(jìn)行測(cè)定。
8.如權(quán)利要求7所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中所述多個(gè)掩模的尺寸是多個(gè)掩?？椎闹睆健?br> 9.一種用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)，包括一種激光器，所述激光器具有在該相干光束的多個(gè)點(diǎn)上產(chǎn)生的相干光束內(nèi)被測(cè)量的能量輸出中的可測(cè)量的不一致性；以及一具有多個(gè)小孔的掩模，其中所述多個(gè)小孔的尺寸被調(diào)節(jié)，以便在該相干光束的激光器中多個(gè)被測(cè)量點(diǎn)的相應(yīng)點(diǎn)上，補(bǔ)償該相干光束被測(cè)量的能量輸出的可測(cè)量的不一致性。
10.如權(quán)利要求9所述的用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)，其中該相干光束中的多個(gè)點(diǎn)相應(yīng)于一噴嘴板中的多個(gè)噴嘴孔。
11.如權(quán)利要求10所述的用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)，其中該激光系統(tǒng)能量輸出差異的影響，通過(guò)測(cè)量一噴嘴板中多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑被進(jìn)行測(cè)量。
12.如權(quán)利要求11所述的用于燒蝕工件的激光系統(tǒng)，其中所述多個(gè)掩模尺寸是多個(gè)掩?？椎闹睆?。
13.一種用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸以便補(bǔ)償燒蝕噴嘴板用的激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束能量輸出變化的方法，包括使用該激光系統(tǒng)通過(guò)讓一激光束通過(guò)具有已知直徑的多個(gè)掩?？椎难谀?lái)燒蝕噴嘴板，從而產(chǎn)生多個(gè)噴嘴孔；通過(guò)測(cè)量多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑，在多個(gè)點(diǎn)上測(cè)量該激光束的能量輸出差異的影響；確定在多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑和所需的噴嘴孔直徑之間存在的差異；以及調(diào)節(jié)該掩模中掩?？椎闹睆剑愿鶕?jù)所述差異補(bǔ)償該激光束能量輸出改變的影響。
14.如權(quán)利要求13所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中確定在多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑和所需的噴嘴孔直徑之間存在的差異的步驟還包括消除所測(cè)量的噴嘴孔試樣直徑的隨機(jī)的直徑改變；以及使一條曲線和所測(cè)量的噴嘴孔試樣的直徑擬合。
15.如權(quán)利要求14所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中使一條曲線和所測(cè)量的噴嘴孔試樣的直徑的擬合還包括使用最小二乘法曲線擬合算法，確定和所述曲線的最好的擬合，并使用在噴嘴孔試樣直徑之間的內(nèi)插。
16.如權(quán)利要求13所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，還包括產(chǎn)生一具有被調(diào)節(jié)的掩?？?，以便補(bǔ)償該激光束能量輸出改變的掩模；使用所述掩模燒蝕多個(gè)噴嘴板；以及確定所述多個(gè)噴嘴板是否適用于打印機(jī)頭。
17.一種用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸以便補(bǔ)償燒蝕噴嘴板中使用的激光系統(tǒng)產(chǎn)生的激光束的能量輸出變化的方法，包括產(chǎn)生一具有多個(gè)掩?？椎难谀?，其中多個(gè)掩?？拙哂幸阎闹睆?；使用該激光系統(tǒng)通過(guò)讓一激光束透過(guò)所述掩模燒蝕所述噴嘴板，從而產(chǎn)生多個(gè)噴嘴孔；測(cè)量多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑，其中所述多個(gè)噴嘴孔的試樣在噴嘴板上是均勻分布的；所述被測(cè)量的多個(gè)噴嘴孔試樣的直徑被繪制成曲線圖；確定多個(gè)噴嘴孔抽樣的試樣直徑之間的差；使一條曲線和表示多個(gè)噴嘴孔抽樣的試樣直徑的曲線圖擬合；確定在掩模孔中的調(diào)節(jié)，以便補(bǔ)償被抽樣的多個(gè)噴嘴孔的試樣直徑的差；以及根據(jù)在掩?？字羞M(jìn)行的調(diào)節(jié)產(chǎn)生被補(bǔ)償?shù)难谀！?br> 18.如權(quán)利要求17所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，還包括使用該激光系統(tǒng)通過(guò)讓一激光束透過(guò)被補(bǔ)償掩模燒蝕多個(gè)噴嘴板，從而在每個(gè)噴嘴板上產(chǎn)生多個(gè)噴嘴孔；確定每個(gè)具有在預(yù)定的允差內(nèi)的直徑的多個(gè)噴嘴孔，并使用被補(bǔ)償?shù)难谀Ｉa(chǎn)用于打印機(jī)頭裝置中的噴嘴板。
19.一種用于調(diào)節(jié)在燒蝕噴嘴板中用的掩模特征尺寸，以便改變噴墨打印機(jī)的性能特性的方法，包括利用一具有多個(gè)感興趣的掩模特征的第一掩模使用一激光系統(tǒng)燒蝕多個(gè)噴嘴板；使用所述多個(gè)噴嘴板裝配多個(gè)打印機(jī)頭；對(duì)所述多個(gè)打印機(jī)頭進(jìn)行測(cè)試；確定多個(gè)掩模特征的最佳的掩模特征；調(diào)節(jié)第二掩模，使得只包括最佳掩模特征；以及使用該激光系統(tǒng)和第二掩模燒蝕多個(gè)噴嘴板。
20.如權(quán)利要求19所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中根據(jù)確定多個(gè)掩模特征的哪些特征能夠?qū)崿F(xiàn)噴墨打印機(jī)操作性能的最大的改進(jìn)確定多個(gè)掩模特征的最佳掩模特征。
21.如權(quán)利要求19所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中使用該激光系統(tǒng)和第二掩模燒蝕的多個(gè)噴嘴板被安裝在多個(gè)打印機(jī)頭中，并用于多個(gè)噴墨打印機(jī)中。
22.如權(quán)利要求19所述的用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸的方法，其中調(diào)節(jié)第二掩模使得只包括最佳的掩模特征的步驟還包括調(diào)節(jié)該掩模，用于改變激光能量輸出的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于調(diào)節(jié)掩模特征尺寸以便補(bǔ)償燒蝕工件用的激光束的能量輸出不規(guī)則的系統(tǒng)和方法。所述方法包括在激光束斷面中的多個(gè)點(diǎn)上測(cè)量激光束能量輸出的改變的影響。這是通過(guò)測(cè)量利用具有均勻尺寸的孔的標(biāo)準(zhǔn)的掩模燒蝕的試驗(yàn)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在所述工件是噴嘴板的實(shí)施例中,掩模中采用的特征是掩模孔的直徑。通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于圖中所示的激光束各點(diǎn)的掩模特征,補(bǔ)償在激光束中這些點(diǎn)之間的能量輸出差異的影響。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1348403SQ99816557
公開(kāi)日2002年5月8日 申請(qǐng)日期1999年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月12日
發(fā)明者史蒂文·羅伯特·克姆普林 申請(qǐng)人:萊克斯馬克國(guó)際公司