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JP2010036388A - Droplet amount measuring method and droplet discharging system employing thereof - Google Patents

Droplet amount measuring method and droplet discharging system employing thereof Download PDF

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JP2010036388A
JP2010036388A JP2008199563A JP2008199563A JP2010036388A JP 2010036388 A JP2010036388 A JP 2010036388A JP 2008199563 A JP2008199563 A JP 2008199563A JP 2008199563 A JP2008199563 A JP 2008199563A JP 2010036388 A JP2010036388 A JP 2010036388A
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JP
Japan
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droplet
amount
curve
threshold
droplet amount
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008199563A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Nishimura
秀明 西村
Osamu Machida
治 町田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Printing Systems Ltd
Original Assignee
Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Printing Systems Ltd filed Critical Ricoh Printing Systems Ltd
Priority to JP2008199563A priority Critical patent/JP2010036388A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system for efficiently observing volume of a droplet, which is discharged from a droplet discharging means so as to have various shapes. <P>SOLUTION: A droplet amount measuring method includes: acquisition of flying images of a plurality of droplets, which are discharged from a droplet discharging means and have various ligaments, a droplet amount curve, which is calculated by sweeping binary threshold values over respective images, calculation of threshold values, at which the droplet amount curve becomes equal to the droplet amounts measured with a weight acquiring means, a threshold value curve, which is calculated between a plurality of ligaments and the threshold values; and optimization of the binary threshold values in the image analysis of droplets having various flying shapes based on the threshold value curve in the order named. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出手段から吐出された液滴の吐出量を測定する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for measuring a discharge amount of droplets discharged from a liquid discharge unit such as an ink jet recording head.

近年、インクジェット技術における印刷の高精細化と高速化が要求されている。これらの技術は、インクジェット式記録ヘッドにおける液滴吐出ノズルの高密度化、微細化、乃至はヘッド駆動波形による液滴の微小化技術等に基づいている。一方、製品評価時におけるインクジェット式記録ヘッドの特性として、高位な印刷品質を確保するためには液滴の飛翔速度や吐出量等の各ノズルに対する特性を適宜測定しなければならない。なぜなら、これらの特性はヘッドの製造工程におけるノズル毎の寸法のばらつき等に依存し、印刷時の液滴着地位置ずれや印刷濃度ムラ等の品質に直接的な影響を与えるためである。したがって、ノズルの高密度化にともなうノズル数の増大によって製品評価時の測定時間の増大が問題となっているのである。   In recent years, there has been a demand for high definition and high speed printing in ink jet technology. These techniques are based on a technique for increasing the density and miniaturization of droplet discharge nozzles in an ink jet recording head, or a technique for miniaturizing droplets using a head drive waveform. On the other hand, as characteristics of the ink jet recording head at the time of product evaluation, in order to ensure high print quality, characteristics for each nozzle such as a droplet flying speed and a discharge amount must be appropriately measured. This is because these characteristics depend on the dimensional variation of each nozzle in the head manufacturing process and directly affect the quality of the liquid droplet landing position deviation and the printing density unevenness during printing. Therefore, an increase in the number of nozzles accompanying an increase in the density of nozzles causes an increase in measurement time during product evaluation.

従来から、液滴速度に関しては、液滴が吐出するタイミングに同期させてLED等の光源を断続的に発光させることにより断続的に撮像した画像における液滴の位置と撮像時の発光タイミングにもとづいて、短時間で高精度に測定可能な方法が知られている(例えば、非特許文献1を参照)。   Conventionally, the droplet velocity is based on the position of a droplet in an image captured intermittently by intermittently emitting a light source such as an LED in synchronization with the timing at which the droplet is ejected and the emission timing at the time of imaging. Thus, a method capable of measuring with high accuracy in a short time is known (for example, see Non-Patent Document 1).

一方、液滴の吐出量に関しては、比較的高精度に測定可能である液滴積算法が用いられてきた。すなわち、一滴の液滴吐出量を測定するために、1ノズルにつき複数回液滴を吐出させて容器に収集し、それを重量計等で測定する方法、あるいはヘッドに接続したインク供給容器側のインク減少量を重量計等で測定する方法である。   On the other hand, with respect to the droplet discharge amount, a droplet integration method that can be measured with relatively high accuracy has been used. In other words, in order to measure the droplet discharge amount of one droplet, a droplet is ejected a plurality of times per nozzle and collected in a container and measured by a weigh scale or the like on the ink supply container side connected to the head. This is a method of measuring the ink reduction amount with a weight meter or the like.

しかしながら、測定対象である液滴が数ng(10−9g)程度であることに対して、一般に市販されている高精度の重量計の分解能は1×10−5g程度であるため、高精度に液滴重量を測定するためには1ノズルにつき数万乃至数十万発程度積算しなければならず、多数集積した各ノズルに対して重量測定を行う場合に多大な時間を要してしまうという問題があった。 However, since the droplet to be measured is about several ng (10 −9 g), the resolution of generally available high-precision weigh scales is about 1 × 10 −5 g. In order to accurately measure the droplet weight, it is necessary to accumulate several tens of thousands to several hundred thousand shots per nozzle, and it takes a lot of time to measure the weight for each of the many accumulated nozzles. There was a problem that.

さらなる問題は、前述したインクジェット式記録装置による印刷物の高画質化の要求にともない、例えば特許文献1のように、前記圧電素子駆動信号パルス波形の制御によって吐出される液滴を微小化する試みが行われているが、このような試みの場合、各ノズルから吐出される液滴の飛翔形状や液滴量は各ノズルに対する特性のばらつきにもとづいて多岐に渡ることが通常である。一方、高品位な印刷を得るためには前記波形の変化に対する液滴の飛翔特性を各ノズルに対して測定する必要があるため、前述の液滴積算法と合わせて測定に膨大な時間を費やしてしまうという問題があった。   A further problem is that with the demand for higher image quality of printed matter by the above-described ink jet recording apparatus, for example, as disclosed in Patent Document 1, attempts to miniaturize droplets ejected by controlling the piezoelectric element drive signal pulse waveform have been made. In such an attempt, the flying shape and the amount of liquid droplets ejected from each nozzle are usually varied based on variations in characteristics with respect to each nozzle. On the other hand, in order to obtain high-quality printing, it is necessary to measure the flying characteristics of the droplet with respect to the change in the waveform for each nozzle. There was a problem that.

この問題に対して、液滴量を効率的に測定する方法として、以下の4例に示すような方法が開示されている。   In response to this problem, methods as shown in the following four examples are disclosed as methods for efficiently measuring the droplet amount.

例えば、特許文献2によれば、インクジェット式記録ヘッドのノズルから移動式の透明基材上に液滴を吐出し、着弾後の液滴径を基材下部に設置した光源からの透過光としてライン型あるいはエリア型のCCDセンサで読み取り、予め測定しておいた液滴径と液滴量の相関関係から液滴量を算出するという方法である。   For example, according to Patent Document 2, droplets are ejected from a nozzle of an ink jet recording head onto a movable transparent substrate, and the diameter of the droplet after landing is lined as transmitted light from a light source installed at the bottom of the substrate. This is a method of calculating the droplet amount from the correlation between the droplet diameter and the droplet amount, which is read by a type or area type CCD sensor and measured in advance.

また、特許文献3によれば、吐出された液滴を回転対称体とみなし、撮像した画像データから回転中心軸、および回転半径を測定し、それを先端から終端まで積分して算出するという方法である。   Further, according to Patent Document 3, a method is considered in which a discharged droplet is regarded as a rotationally symmetric body, a rotation center axis and a rotation radius are measured from captured image data, and are integrated and calculated from the tip to the end. It is.

あるいは、参考文献4によれば、吐出された液滴が等速運動に至った状態における液滴の速度を観測し、それをストークスの法則にもとづいた関係式より液滴半径を導出し、それによって体積を算出するという方法である。すなわち、具体的な基礎式は、
Cd=Fd/(πr・ρv/2)・・・(式1)
Fd=6πμrv・・・(式2)
Re=2rρv/μ・・・(式3)
Cd=Cd(Re)・・・(式4)
m(dv/dt)=mg−Fd=0・・・(式5)
m=(4/3)ρπr・・・(式6)
となる。上記の式1〜式6において、Cdは球体状粒子における抵抗係数、Fdは前記球体状粒子に作用する抵抗力、rは粒子半径、ρは粒子を形成する流体の密度、vは粒子が等速運動に至った後の終末速度、μは粒子周囲の気体の粘度、mは粒子の質量、tは時間、gは重力加速度、πが円周率、Reは気体中における液滴粒子の運動に関するレイノルズ数である。
Alternatively, according to Reference 4, the droplet velocity in a state where the ejected droplet has reached a constant velocity is observed, and the droplet radius is derived from the relational expression based on Stokes' law. The volume is calculated by That is, the specific basic formula is
Cd = Fd / (πr 2 · ρv 2/2) ··· ( Equation 1)
Fd = 6πμrv (Expression 2)
Re = 2rρv / μ (Expression 3)
Cd = Cd (Re) (Formula 4)
m (dv / dt) = mg−Fd = 0 (Expression 5)
m = (4/3) ρπr 3 (Expression 6)
It becomes. In the above formulas 1 to 6, Cd is a resistance coefficient in spherical particles, Fd is a resistance force acting on the spherical particles, r is a particle radius, ρ is a density of a fluid forming the particles, v is a particle density, etc. Final velocity after reaching a fast motion, μ is the viscosity of the gas around the particle, m is the mass of the particle, t is the time, g is the acceleration of gravity, π is the circumference, Re is the motion of the droplet particle in the gas Is the Reynolds number.

ただし、式4における抵抗係数Cdとレイノルズ数Reの関数は、一般的にRe≦(0.1〜10)の領域については、
Cd=24/Re・・・(式7)
であり、Re≦1000の領域については、例えば非特許文献2に記載のLappleの相関式によれば、
Cd=(24/Re)・(1+0.125Re0.72)・・・(式8)
と示されることが知られている。したがって、Cd、Fd、Re、m、r、vについて式1〜式6を解けば、液滴半径rが求まり、これによって液滴量が求まるという方法である。
However, the function of the resistance coefficient Cd and the Reynolds number Re in Equation 4 is generally in the region of Re ≦ (0.1-10).
Cd = 24 / Re (Expression 7)
For the region of Re ≦ 1000, for example, according to the sample correlation equation described in Non-Patent Document 2,
Cd = (24 / Re) · (1 + 0.125Re 0.72 ) (Expression 8)
It is known that Therefore, by solving Equations 1 to 6 for Cd, Fd, Re, m, r, and v, the droplet radius r can be obtained, whereby the droplet amount can be obtained.

あるいは、特許文献5によれば、吐出された液滴が等速運動するまでの2箇所、望ましくは減速程度の大きい吐出直後の2箇所における液滴速度を観測し、それをストークスの法則を考慮した運動方程式から求めた液滴半径から液滴体積を算出するというものである。すなわち、具体的な基礎式は、
dv/dt+kv=g・・・(式9)
k≡6πμr/m・・・(式10)
m=(4/3)ρπr・・・(式11)
となる。また、式9の一般解v=v(t)は、Cを定数とすると、
v=g/k+C・exp(−kt)・・・(式12)
である。上記の式9〜式12において、vは等速運動に至るまでの液滴速度、kは式10で示される変数、それ以外の記号であるg、m、μ、r、π、ρについては式1〜式6と同様である。したがって、液滴吐出後の2箇所における時刻t=t1、t2と各時刻における液滴速度v=v1、v2を測定し、これらを式12に代入して連立させれば、定数Cとkが求まり、さらに式10と式11から質量mを消去すれば液滴半径rが求まり、これによって液滴量が求まるという方法である。
Alternatively, according to Patent Document 5, the droplet velocity is observed at two locations until the ejected droplet moves at a constant velocity, preferably two locations immediately after ejection with a large degree of deceleration, and the Stokes law is taken into account. The droplet volume is calculated from the droplet radius determined from the equation of motion. That is, the specific basic formula is
dv / dt + kv = g (formula 9)
k≡6πμr / m (Formula 10)
m = (4/3) ρπr 3 (Expression 11)
It becomes. Further, the general solution v = v (t) of Equation 9 is as follows:
v = g / k + C · exp (−kt) (Equation 12)
It is. In the above formulas 9 to 12, v is a droplet velocity until reaching a constant velocity motion, k is a variable represented by formula 10, and other symbols g, m, μ, r, π, and ρ This is the same as Equations 1-6. Therefore, if the time t = t1, t2 at two places after the droplet discharge and the droplet velocity v = v1, v2 at each time are measured, and these are substituted into the equation 12 and made simultaneous, the constants C and k are obtained. Further, if the mass m is erased from the equations 10 and 11, the droplet radius r is obtained, whereby the droplet amount is obtained.

特許第3275965号公報Japanese Patent No. 3275965 特開2005−238787号公報JP 2005-238787 A 特開1993−149769号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1993-149769 特開2003−028696号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-028696 特開2007−107933号公報JP 2007-107933 A 甘利武司監修「インクジェットプリンター技術と材料」シーエムシー出版、1998年発行、P.41〜52Supervised by Takeshi Amari “Inkjet Printer Technology and Materials”, CMC Publishing, 1998, P.A. 41-52 浅野康一著「物質移動の基礎と応用」丸善、2004年発行、P.115〜116Asano Koichi “Basics and Applications of Mass Transfer” Maruzen, 2004, P.A. 115-116

しかしながら、前記特許文献2に示される方法の場合、液滴の基材に対する接触角は基材表面の表面粗さや表面エネルギーのムラに影響を受けるために、基材全面に対して常に一定とはならず、算出すべき液滴量にばらつきを生じさせるという問題があった。   However, in the case of the method disclosed in Patent Document 2, since the contact angle of the droplet with respect to the substrate is affected by the surface roughness of the substrate surface and unevenness of the surface energy, it is always constant with respect to the entire surface of the substrate. In other words, there is a problem that the amount of droplets to be calculated varies.

また、前記特許文献3に示される方法の場合、液滴の画像を認識する場合の輪郭を抽出する方法に問題があった。すなわち、撮像された液滴のサイズは画像の輝度に依存するため、照明の強度によって取得するサイズに誤差が生じるというものである。また、液滴の飛翔形状がごく安定している場合は、安定した輝度水準を持つ画像を取得することが可能であるが、一般的には、液滴が高速で飛翔する場合には液滴が柱上に伸長した形状で飛翔し、撮像した液滴の画像に輝度のムラが生じるため、正確に液滴の輝度レベルを取得することが困難であるという問題があった。   Further, in the case of the method disclosed in Patent Document 3, there is a problem in the method of extracting the contour when recognizing the image of the droplet. That is, since the size of the imaged droplet depends on the brightness of the image, an error occurs in the acquired size depending on the intensity of illumination. In addition, when the flying shape of the droplet is extremely stable, it is possible to acquire an image with a stable brightness level. However, it is difficult to accurately obtain the brightness level of the droplet because the image of the droplet that has been captured flies in an elongated shape on the column and unevenness in brightness occurs in the captured droplet image.

また、前記特許文献4に示される方法の場合、液滴が等速運動をするまでに50〜70mm程度の距離を費やすことが示されている。この飛翔距離を進む間に液滴は表面張力により球形状に変形するため、球体粒子に対するストークスの法則によって液滴量を算出できると記載されている。しかしながら、現実的には、測定する液滴の直径は20μm程度、体積は数pl程度であるため、等速となる終末速度vは液滴を水、周囲の雰囲気を空気とした場合、水の密度ρ=1000kg/m 、空気の粘度μ=1.8×10−5Pa・sであり、式1〜6によればv=12mm/s程度となる。したがって、装置周囲を覆ったのち、温度湿度をコントロールしなければ、周囲環境の影響を大きく受けてしまうため、精度良く測定することが困難であり、測定装置および調整が煩雑化するという問題があった。 Further, in the case of the method disclosed in Patent Document 4, it is shown that a distance of about 50 to 70 mm is spent until the droplet moves at a constant speed. It is described that the droplet amount is calculated by Stokes' law for spherical particles because the droplet is deformed into a spherical shape by the surface tension while traveling the flight distance. However, in reality, since the diameter of the droplet to be measured is about 20 μm and the volume is about several pl, the final velocity v at which the velocity is constant is water when the droplet is water and the surrounding atmosphere is air. Density ρ = 1000 kg / m 3 , air viscosity μ = 1.8 × 10 −5 Pa · s, and according to equations 1 to 6, v = about 12 mm / s. Therefore, if the temperature and humidity are not controlled after covering the surroundings of the device, it will be greatly affected by the surrounding environment, making it difficult to measure accurately and complicating the measuring device and adjustment. It was.

また、前記特許文献5に示される方法の場合、液滴が等速運動をするまでの間に2点あるいは複数点の液滴速度を観測し、それをストークスの法則にもとづいた運動方程式からなる連立方程式を解いて液滴速度を導出する方法であるが、式11に示したように、この方法は液滴が球形状であることが前提である。すなわち、特許文献4のように十分時間が経過して、表面張力によって液滴が球形状となった場合は好適である方法であると言える。しかしながら、一般的にインクジェット式記録ヘッドから吐出された直後の液滴は、球形状(図9(a)を参照)だけでなく、あるいは複数の液滴に分離した形状(図9(b)を参照)や、その粘性によって柱状に伸びた形状(図9(c)を参照)など様々な形状で飛翔するため、液滴半径rと質量mの関係は当然未知である。ゆえに、この方法においては種々な飛翔形状を有する液滴量を算出することが困難であるという問題があった。   In the case of the method disclosed in Patent Document 5, two or a plurality of droplet velocities are observed before the droplet moves at a constant velocity, and this is composed of an equation of motion based on Stokes' law. In this method, the droplet velocity is derived by solving the simultaneous equations. As shown in Equation 11, this method is based on the premise that the droplet has a spherical shape. That is, it can be said that this method is suitable when a sufficient amount of time has passed and the droplets have become spherical due to surface tension as in Patent Document 4. However, in general, the droplet immediately after being ejected from the ink jet recording head has not only a spherical shape (see FIG. 9A) but also a shape separated into a plurality of droplets (FIG. 9B). The relationship between the droplet radius r and the mass m is naturally unknown, since it flies in various shapes such as a shape (see FIG. 9C) that extends in a columnar shape due to its viscosity (see FIG. 9). Therefore, this method has a problem that it is difficult to calculate the amount of droplets having various flying shapes.

本発明は、上記の問題を鑑み、種々の形状を持つ液滴の液滴量を効率的に測定する方法、およびこれを搭載した液滴吐出システムおよびこれを搭載した液滴吐出システムを提供することを目的とするものである。   In view of the above problems, the present invention provides a method for efficiently measuring the amount of droplets having various shapes, a droplet ejection system equipped with the method, and a droplet ejection system equipped with the same. It is for the purpose.

前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、インク加圧室と、該加圧室に取り付けられた加圧室内圧力可変手段と、該圧力可変手段により液滴を吐出するノズル開口部とから構成されたノズルを複数集積してなるインクジェット式記録ヘッドから吐出される液滴量を測定する液滴量測定方法において、
前記液滴の液滴長さが異なる複数の液滴の飛翔特性を取得する第一の工程と、各々の前記画像について二値化閾値の輝度水準を掃引することによって液滴量曲線を算出する第二の工程と、前記液滴量曲線と重量取得手段によって測定した液滴量とが等価となる閾値を算出する第三の工程と、複数の液滴長さに対する閾値曲線を算出する第四の工程と、前記閾値曲線にもとづいて最適閾値を算出し、液滴量を導出する第五の工程とを有することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first means of the present invention includes: an ink pressurizing chamber; a pressurizing chamber pressure varying means attached to the pressurizing chamber; and a nozzle opening for discharging droplets by the pressure varying means. In a droplet amount measuring method for measuring a droplet amount discharged from an ink jet recording head in which a plurality of nozzles composed of
A first step of acquiring flight characteristics of a plurality of droplets having different droplet lengths, and a droplet amount curve is calculated by sweeping a luminance level of a binarization threshold for each of the images. A second step, a third step of calculating a threshold value at which the droplet amount curve is equivalent to the droplet amount measured by the weight acquisition means, and a fourth step of calculating a threshold curve for a plurality of droplet lengths. And a fifth step of calculating an optimum threshold value based on the threshold curve and deriving the droplet amount.

本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記第一の工程は、1ノズルあるいは複数のノズル(n)に対して、前記圧力可変手段の強度を複数(m)の水準数掃引することによって、飛翔する液滴の液滴長さと、吐出量と、画像データとを取得するものであることを特徴とするものである。   The second means of the present invention is the first means, wherein the first step sweeps the strength of the pressure variable means for a plurality of (m) levels for one nozzle or a plurality of nozzles (n). By doing so, the droplet length of the flying droplet, the ejection amount, and the image data are obtained.

本発明の第3の手段は前記第1の手段において、前記第二の工程は、二値化閾値における輝度水準の最小分解能毎に取得した液滴画像を解析するか、あるいは前記分解能を補間処理手段によって複数の区間に分割し、前記分解能を擬似的に高めた後に前記画像を解析するか、あるいは前記分解能を適当数に間引いた後、近似式により補間処理を行うことによって液滴量曲線を算出するものであることを特徴とするものである。   According to a third means of the present invention, in the first means, the second step analyzes the droplet image acquired for each minimum resolution of the luminance level at the binarization threshold value, or interpolates the resolution. By dividing the image into a plurality of sections by means and analyzing the image after increasing the resolution in a pseudo manner, or by thinning out the resolution to an appropriate number and then performing an interpolation process using an approximate expression, a droplet volume curve is obtained. It is characterized by being calculated.

本発明の第4の手段は前記第1の手段において、前記第四の工程は、1ノズルあるいは複数のノズル(n)に対して、前記圧力可変手段の強度を複数(m)の水準数掃引することによって取得した(n×m)個のデータを1次式、あるいは多項式等の近似式により近似することによって閾値曲線を算出するものであることを特徴とするものである。   According to a fourth means of the present invention, in the first means, the fourth step sweeps the strength of the pressure variable means for a plurality of (m) levels for one nozzle or a plurality of nozzles (n). The threshold curve is calculated by approximating the (n × m) pieces of data obtained by performing the approximation using a linear expression or an approximate expression such as a polynomial.

本発明の第5の手段は液滴量測定プログラムにおいて、前記第1乃至第4の手段の閾値最適化方法を搭載することによって、最適閾値を算出することを特徴とするものである。   The fifth means of the present invention is characterized in that the optimum threshold value is calculated by installing the threshold value optimization method of the first to fourth means in the droplet amount measurement program.

本発明の第6の手段は液滴吐出システムにおいて、前記第5の手段の液滴量測定プログラムを搭載することを特徴とするものである。   According to a sixth means of the present invention, in the droplet discharge system, the droplet amount measurement program of the fifth means is installed.

本発明の第7の手段は前記第6の手段の液滴吐出システムは、インクジェット式記録ヘッド特性評価装置、あるいはインクジェット式記録ヘッド特性補正装置、あるいはインクジェット式記録ヘッド駆動波形最適化装置、あるいはインクジェット式記録装置であることを特徴とするものである。   According to a seventh means of the present invention, the droplet discharge system of the sixth means is an ink jet recording head characteristic evaluation device, an ink jet recording head property correction device, an ink jet recording head drive waveform optimization device, or an ink jet. It is a type recording device.

本発明による液滴量測定方法は、従来の液滴画像処理方法における液滴寸法の検出精度を向上する効果があり、また、種々の飛翔形状を持つ液滴量の解析を可能とするものであるから、インクジェット式記録ヘッド等における多数集積してなる各ノズルに対する液滴の飛翔特性を短時間に測定できるという効果がある。   The droplet amount measuring method according to the present invention has an effect of improving the detection accuracy of the droplet size in the conventional droplet image processing method, and enables analysis of droplet amounts having various flying shapes. Therefore, there is an effect that it is possible to measure the flight characteristics of droplets for each nozzle formed in a large number in an ink jet recording head or the like in a short time.

さらに、本方法にもとづく前記プログラムを搭載したインクジェット式記録装置等の液滴吐出システムを構成することにより、インクジェット式記録ヘッド等の液滴吐出手段における液滴飛翔特性を測定する、さらには該ヘッドを選別する、あるいは該特性の補正を実施することによって、高品位な印刷を実施できるという効果がある。   Further, by configuring a droplet discharge system such as an ink jet recording apparatus equipped with the program based on the present method, the droplet flight characteristics in a droplet discharge means such as an ink jet recording head are measured. There is an effect that high-quality printing can be carried out by sorting out or correcting the characteristics.

以下に、図2に示すフロー図にもとづき、本発明に係る液滴量測定方法および液滴吐出システムについて説明する。
[工程1]液滴特性取得工程
閾値曲線を求めるための1ノズル、あるいは複数(n)の代表ノズル、および複数の電圧水準(m)の駆動電圧V=V(n、m)に対する請求項2に記載の液滴の特性、すなわち、飛翔速度v、液滴長さL、液滴重量wrを測定する。このとき、飛翔速度v=v(n、m)と液滴長さL=L(n、m)に関しては、取得した飛翔画像内のノイズが液滴に影響を及ぼさない程度の二値化閾値b=b0とした場合に、前者は飛翔液滴先端部の画素における飛翔方向の位置座標を、吐出から画像取得までの時間間隔tdで除した値であり、後者は液滴先端から終端までの画素をカウントした値に1画素あたりの寸法を乗じた距離として定義されるものであり、ともに画像処理によって算出される。また、測定時の液滴位置は通常のインクジェット式記録装置におけるヘッドと印刷媒体間の間隙1mm程度に設定することが好適である。
The droplet amount measuring method and droplet discharge system according to the present invention will be described below based on the flowchart shown in FIG.
[Step 1] Droplet characteristics acquisition step One nozzle for obtaining a threshold curve, or a plurality (n) of representative nozzles, and a driving voltage V = V (n, m) for a plurality of voltage levels (m). 3 are measured, that is, the flying speed v, the droplet length L, and the droplet weight wr. At this time, with respect to the flying speed v = v (n, m) and the droplet length L = L (n, m), the binarization threshold is such that noise in the acquired flying image does not affect the droplet. When b = b0, the former is a value obtained by dividing the position coordinate in the flying direction at the pixel at the leading end of the flying droplet by the time interval td from ejection to image acquisition, and the latter is from the leading end to the end of the droplet. It is defined as a distance obtained by multiplying a value obtained by counting pixels by a size per pixel, and both are calculated by image processing. In addition, it is preferable that the droplet position at the time of measurement is set to about 1 mm between the head and the print medium in a normal ink jet recording apparatus.

一方、液滴重量に関しては、任意に設定した吐出回数分積算した重量wr=wr(n、m)を重量測定装置によって測定する。
[工程2]液滴量曲線算出工程
続いて、取得した原画像に対して、二値化閾値bをbminからbmaxまで掃引した場合における複数枚の画像データD=D(n、m、b)を取得する。掃引時の前記閾値bに対して得られた該データDの液滴部に相当する画素を、液滴先端から終端まで積分することによって液滴体積を算出する。これに液滴密度を乗じることによって得られる液滴重量wiについて、前記閾値bに対する液滴量曲線wi=wi(n、m、b)を算出する。
On the other hand, with respect to the droplet weight, the weight wr = wr (n, m), which is integrated for the number of discharges set arbitrarily, is measured by the weight measuring device.
[Step 2] Droplet Volume Curve Calculation Step Subsequently, a plurality of pieces of image data D = D (n, m, b) when the binarization threshold value b is swept from bmin to bmax with respect to the acquired original image. To get. The droplet volume is calculated by integrating the pixels corresponding to the droplet portion of the data D obtained with respect to the threshold value b at the time of sweeping from the leading end to the end of the droplet. With respect to the droplet weight wi obtained by multiplying this by the droplet density, a droplet amount curve wi = wi (n, m, b) with respect to the threshold value b is calculated.

なお、この曲線は図3に示すように、横軸に閾値b、縦軸に液滴体積(単位:pl)を設定した2軸上の曲線として示されるものである。該曲線は飛翔する液滴の輝度水準にともなって漸増したのち、二値化閾値水準が液滴以外の観測領域における輝度水準に漸近するにつれて急激に増加することを意味している。   As shown in FIG. 3, this curve is shown as a biaxial curve with the horizontal axis indicating the threshold value b and the vertical axis indicating the droplet volume (unit: pl). This curve means that after increasing gradually with the luminance level of the flying droplet, the binarization threshold level increases rapidly as it approaches the luminance level in the observation region other than the droplet.

また、請求項3に記載の方法によって、工程1において取得した画像データDを輝度水準毎に呼び出して液滴体積を算出してもよいし、あるいはより高精度に求めるならば各輝度水準をさらに複数の区間に分割、補間処理した上で液滴体積を算出してもよい。
[工程3]液滴量等価閾値算出工程
工程1において求めた液滴量wrと、工程2において求めた液滴量曲線wiが等価となるときの閾値b=b(n、m)が図3における液滴量等価閾値算出補助線902によって算出される。これにより、前記特許文献3の課題であった、照明の強度によって生じる画像データ上における液滴の大きさのばらつきを低減することが可能となる。
[工程4]閾値曲線算出工程
工程1〜工程3を複数(n)の代表ノズル、および複数(m)の駆動電圧に対して繰り返すことによって求めたn×m個からなる前記液滴長さLと前記閾値bとの関係を前記請求項4に記載の近似曲線b=b(L)によって補間する。これにより、前記特許文献3の課題に示したストロボ等の光源によって撮像した液滴長さの異なる液滴画像データに発生する液滴画素における輝度水準のばらつきを低減することが可能となる。
[工程5]最適閾値算出工程
測定対象ノズルに対して、工程1と同様に液滴長さLを算出した後、前記工程4によって算出した閾値曲線b=b(L)にもとづいて閾値bを算出する。すなわちこれにより、前記特許文献4、および特許文献5の課題であった、複数のノズルより吐出される液滴の形状が球形状である限定がなされることなく、種々の形状を有する液滴の吐出量を短時間に測定することが可能となる。
According to the method of claim 3, the image data D acquired in step 1 may be called for each luminance level to calculate the droplet volume, or each luminance level may be further determined if it is obtained with higher accuracy. The droplet volume may be calculated after dividing into a plurality of sections and performing interpolation processing.
[Step 3] Droplet Amount Equivalent Threshold Calculation Step The threshold b = b (n, m) when the droplet amount wr obtained in step 1 is equivalent to the droplet amount curve wi obtained in step 2 is shown in FIG. Is calculated by a droplet amount equivalent threshold value calculation auxiliary line 902. As a result, it is possible to reduce the variation in the size of the droplets on the image data caused by the illumination intensity, which was a problem of the Patent Document 3.
[Step 4] Threshold Curve Calculation Step The droplet length L consisting of n × m obtained by repeating steps 1 to 3 for a plurality (n) of representative nozzles and a plurality (m) of driving voltages. And the threshold value b are interpolated by the approximate curve b = b (L) described in claim 4. As a result, it is possible to reduce variations in brightness level in droplet pixels generated in droplet image data having different droplet lengths imaged by a light source such as a strobe as described in the problem of Patent Document 3.
[Step 5] Optimal Threshold Calculation Step After calculating the droplet length L for the measurement target nozzle in the same manner as in Step 1, the threshold b is set based on the threshold curve b = b (L) calculated in Step 4 above. calculate. In other words, the droplets ejected from the plurality of nozzles, which is a problem of the Patent Document 4 and Patent Document 5, are not limited to be spherical, and droplets having various shapes can be obtained. The discharge amount can be measured in a short time.

以上、工程1〜5が本発明における閾値最適化工程であるが、これらは前記請求項5に示したように、任意のプログラム言語にて処理工程を記述することによって自動化することが好適である。   As described above, the steps 1 to 5 are the threshold optimization steps in the present invention, and it is preferable to automate these by describing the processing steps in an arbitrary program language as shown in the fifth aspect. .

さらには、前記請求項6に示したように前記方法を搭載したシステムを構築することが好適である。   Furthermore, it is preferable to construct a system in which the method is mounted as shown in the sixth aspect.

さらには、前記請求項7に示したように、前記方法を全ノズルに対して適用するインクジェット式記録ヘッド特性評価装置や、前記方法により算出した液滴量をインク加圧室内圧力可変手段にフィードバックすることによって該圧力可変量を補正するインクジェット式記録ヘッド特性補正装置や、前記液滴量を駆動波形生成手段にフィードバックすることによって印刷に最適な特性を有する波形を生成するためのインクジェット式記録ヘッド駆動波形最適化装置や、上述の装置を搭載したインクジェット式記録装置を構築することが好適である。   Further, as described in claim 7, an ink jet recording head characteristic evaluation apparatus that applies the method to all nozzles, and a droplet amount calculated by the method is fed back to an ink pressurizing chamber pressure variable means. An ink jet recording head characteristic correcting device for correcting the variable amount of pressure by performing the operation, and an ink jet recording head for generating a waveform having optimum characteristics for printing by feeding back the droplet amount to the drive waveform generating means It is preferable to construct a drive waveform optimizing device or an ink jet recording device equipped with the above-described device.

以下、本発明の実施の形態を、図を参考にしながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

まず、以下にインクジェット式記録ヘッド、およびインクジェット式記録装置の概要について説明する。図10は、本発明の実施例において使用したインクジェット式記録装置の構成と動作を説明する装置構成図であり、図11は記録ヘッドの構造と動作を説明する部分斜視図である。   First, an outline of an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus will be described below. FIG. 10 is an apparatus configuration diagram illustrating the configuration and operation of the ink jet recording apparatus used in the embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a partial perspective view illustrating the structure and operation of the recording head.

インクジェット式記録装置はインクジェット式記録ヘッド10とインクジェット式記録ヘッド駆動装置20とを備える。さらに、インクジェット式記録ヘッド10はインク流路ユニット101と、該ユニットを保持するヘッドハウジング102、および圧電素子ユニット103とから構成される。このうち、インク流路ユニット101は、図11に示すように、オリフィス板130、インク流路形成板142、ダイヤフラム形成板122がこの順に貼り付けられて構成される。   The ink jet recording apparatus includes an ink jet recording head 10 and an ink jet recording head driving device 20. Further, the ink jet recording head 10 includes an ink flow path unit 101, a head housing 102 that holds the unit, and a piezoelectric element unit 103. Among these, as shown in FIG. 11, the ink flow path unit 101 is configured by attaching an orifice plate 130, an ink flow path forming plate 142, and a diaphragm forming plate 122 in this order.

圧電素子ユニット103は棒状圧電素子110を櫛歯状に圧電素子支持基板113に固着して構成される。該構造により、記録ヘッド10には、n個のノズルが構成される。各ノズルは、図11のオリフィス板130に所定ピッチで列状に配置したn個のノズル開口部131を開口としている。そして、ノズル開口131を開口端とするインク加圧室140、このインク加圧室140にインクを供給するインク流入口145、該インク流入口145にインクを供給する共通インク室150で構成される。また、ダイヤフラム形成板122の貼り付けにより、インク加圧室140の少なくとも1壁面はダイヤフラム120で形成される。そして、ダイヤフラム120のインク加圧室140と反対面には、圧電素子ユニット103の棒状圧電素子110の一端が取り付けられている。すなわち、棒状圧電素子110の先端部がダイヤフラム120に突き当てられ、接着剤層を介してダイヤフラムに取り付けられている。各ノズルの構造は同一構造である。   The piezoelectric element unit 103 is configured by sticking a rod-shaped piezoelectric element 110 to a piezoelectric element supporting substrate 113 in a comb shape. With this structure, the recording head 10 includes n nozzles. Each nozzle has n nozzle openings 131 arranged in rows at a predetermined pitch on the orifice plate 130 of FIG. An ink pressurizing chamber 140 having an opening end at the nozzle opening 131, an ink inlet 145 for supplying ink to the ink pressurizing chamber 140, and a common ink chamber 150 for supplying ink to the ink inlet 145 are configured. . In addition, at least one wall surface of the ink pressurizing chamber 140 is formed of the diaphragm 120 by attaching the diaphragm forming plate 122. One end of the rod-like piezoelectric element 110 of the piezoelectric element unit 103 is attached to the surface of the diaphragm 120 opposite to the ink pressurizing chamber 140. That is, the tip of the rod-shaped piezoelectric element 110 is abutted against the diaphragm 120 and attached to the diaphragm via the adhesive layer. Each nozzle has the same structure.

各ノズル素子の棒状圧電素子110は、圧電素子支持基板113に接着等で取り付けられ圧電素子ユニット103を構成する。そして、圧電素子支持基板113の圧電素子配列方向の両側には柱状の圧電素子支持基板固定部114があり、その底面がインク流路ユニット101に接着等で固定される。一方、インク流路ユニット101は、前記接着固定部の近傍でヘッドハウジング102に接着固定されているため、圧電素子支持基板固定部114の底面がヘッドハウジング102に対して固定されていることになる。   The rod-like piezoelectric element 110 of each nozzle element is attached to the piezoelectric element support substrate 113 by bonding or the like, and constitutes a piezoelectric element unit 103. There are columnar piezoelectric element support substrate fixing portions 114 on both sides of the piezoelectric element support substrate 113 in the piezoelectric element arrangement direction, and the bottom surfaces thereof are fixed to the ink flow path unit 101 by bonding or the like. On the other hand, since the ink flow path unit 101 is adhesively fixed to the head housing 102 in the vicinity of the adhesive fixing portion, the bottom surface of the piezoelectric element support substrate fixing portion 114 is fixed to the head housing 102. .

なお、棒状圧電素子110は、図11に示すように積層構造であり、複数の層状圧電素子111が層状電極112を介して積層されている。そして該層状電極112は、1つおきに棒状圧電素子の側面に形成された共通電極1121と個別電極1122に接続される。該共通電極1121と個別電極1122は圧電素子支持基盤113の上面に形成された共通電極1121と個別電極1122に接続され、さらにフレキシブルケーブル160のフレキシブルケーブル端子161に接続される。   The rod-like piezoelectric element 110 has a laminated structure as shown in FIG. 11, and a plurality of layered piezoelectric elements 111 are laminated via layered electrodes 112. The layered electrodes 112 are connected to a common electrode 1121 and individual electrodes 1122 formed on the side surfaces of every other bar-shaped piezoelectric element. The common electrode 1121 and the individual electrode 1122 are connected to the common electrode 1121 and the individual electrode 1122 formed on the upper surface of the piezoelectric element support base 113, and further connected to the flexible cable terminal 161 of the flexible cable 160.

以上の構造のインクジェット式記録ヘッド10は、フレキシブルケーブル160を介して記録ヘッド駆動装置20からの信号で駆動される。   The ink jet recording head 10 having the above structure is driven by a signal from the recording head driving device 20 via the flexible cable 160.

記録ヘッド駆動装置20は、記録データ信号作成回路302、圧電素子駆動データ信号作成回路303、圧電素子駆動スイッチング回路304、タイミング信号発生回路301、電素子駆動信号パルス発生回路305を備える。   The recording head driving device 20 includes a recording data signal generation circuit 302, a piezoelectric element driving data signal generation circuit 303, a piezoelectric element driving switching circuit 304, a timing signal generation circuit 301, and an electric element driving signal pulse generation circuit 305.

例えば、パーソナルコンピュータ等の上位装置からの記録信号入力データに応じて、記録データ信号作成回路302で記録データ信号が作成され、該データ信号とタイミング信号発生回路301からのタイミング信号をもとに、圧電素子駆動データ信号作成回路303で圧電素子駆動データ信号が作成される。圧電素子駆動データ信号作成回路303は、圧電素子駆動スイッチング回路304のスイッチング素子3041を制御する。そして、該一個のスイッチング素子を介して圧電素子駆動信号パルス発生回路305に接続され、該スイッチング素子のON、OFFが、圧電素子駆動データ信号で制御されるスイッチング素子駆動回路3042により作動する。これにより各ノズルの圧電素子は圧電素子駆動信号パルスで駆動される。   For example, in accordance with recording signal input data from a host device such as a personal computer, a recording data signal is generated by a recording data signal generation circuit 302. Based on the data signal and a timing signal from the timing signal generation circuit 301, A piezoelectric element drive data signal creation circuit 303 creates a piezoelectric element drive data signal. The piezoelectric element drive data signal creation circuit 303 controls the switching element 3041 of the piezoelectric element drive switching circuit 304. The switching element driving circuit 3042 is connected to the piezoelectric element driving signal pulse generation circuit 305 via the one switching element, and the switching element driving circuit 3042 controlled by the piezoelectric element driving data signal is turned on and off. Thereby, the piezoelectric element of each nozzle is driven by the piezoelectric element drive signal pulse.

本発明においては前記圧電素子駆動信号パルスを制御することにより、インクジェット式記録ヘッド10のノズル開口部131から吐出された液滴30の重量を効率的に得ることが目的となる。   An object of the present invention is to efficiently obtain the weight of the droplets 30 ejected from the nozzle openings 131 of the ink jet recording head 10 by controlling the piezoelectric element drive signal pulses.

一方、前述したように、従来からインクジェット式記録装置による印刷物の高画質化の要求にともない、前記圧電素子駆動信号パルス波形の制御により、吐出される通常サイズの液滴30を微小化する試みが行われている。ここでいう通常サイズの液滴30とは、図12のような圧電素子駆動信号パルス波形において、そのパルス幅PWが、ノズルのインク振動系ヘルムホルツ共振が起こるパルス幅に応じて設定されていることを特徴とする波形により吐出された液滴のことをあらわす。   On the other hand, as described above, with the demand for high image quality of printed matter by an ink jet recording apparatus, there has been an attempt to miniaturize the normal-size droplet 30 to be ejected by controlling the piezoelectric element drive signal pulse waveform. Has been done. The normal size droplet 30 here means that the pulse width PW of the piezoelectric element drive signal pulse waveform as shown in FIG. 12 is set according to the pulse width at which the ink oscillation system Helmholtz resonance of the nozzle occurs. It represents a droplet ejected by a waveform characterized by.

前記特許文献1によれば、前記圧電素子駆動信号パルス波形は図13の形状に示したように圧力発生室を収縮させて収縮状態としてノズル開口のメニスカスの中央領域をもりあげてノズル開口からインクを吐出させ始める収縮工程と、吐出され始めたインクの後端部の当該ノズル開口での速度が零になるまでに前記圧力発生室を膨張させて前記収縮工程によって中央領域がもりあげられたメニスカスの外縁部を引き込ませる膨張工程により吐出する液滴30を微小化するというものである。   According to Patent Document 1, the piezoelectric element drive signal pulse waveform is contracted as shown in the shape of FIG. 13 so that the central region of the meniscus of the nozzle opening is raised and ink is ejected from the nozzle opening. The shrinking process that starts to discharge, and the outer edge of the meniscus in which the pressure generating chamber is expanded until the speed at the nozzle opening at the rear end of the ink that has started to discharge becomes zero, and the central region is raised by the contracting process The droplet 30 to be ejected is miniaturized by an expansion process for drawing the part.

しかしながら、図13のような微小化の試みによる波形は通常サイズの液滴を得るための波形に対して、タイミングおよび前記圧電素子駆動電圧に関するパラメータが2倍、あるいはそれ以上に増加してしまうのである。一方、各工程におけるタイミングと前記圧電素子駆動電圧の決定を行う場合、前記インクジェット式記録ヘッド10を構成するインク流路ユニット101、圧電素子110、ノズル開口部131等の部材における製造上のばらつき、さらにはインクジェット式記録装置に用いられるインクの物性のばらつきを考慮すると、高品質な印刷を実施するためには、ヘッド、ノズル、インク、波形の多岐に渡る組み合わせに対して特性を測定しなければならない。したがって、液滴の飛翔特性、とりわけ液滴吐出量の測定に多大な時間を要するため、前記駆動信号パルス波形の設計に膨大な時間を要してしまうのである。   However, since the waveform due to the miniaturization attempt as shown in FIG. 13 is twice or more than the waveform for obtaining a droplet of a normal size, the parameters regarding the timing and the piezoelectric element driving voltage are increased. is there. On the other hand, when determining the timing in each step and the piezoelectric element driving voltage, manufacturing variations in members such as the ink flow path unit 101, the piezoelectric element 110, and the nozzle opening 131 that constitute the ink jet recording head 10, Furthermore, considering the variation in the physical properties of the ink used in the ink jet recording apparatus, in order to perform high-quality printing, characteristics must be measured for a wide variety of combinations of heads, nozzles, inks, and waveforms. Don't be. Therefore, since it takes a long time to measure the flying characteristics of the droplet, particularly the droplet discharge amount, it takes a lot of time to design the drive signal pulse waveform.

そこで、本発明者は液滴の吐出量を効率的に測定するために本発明を考案するに至り、以下のようにインクジェット式記録ヘッド特性観測装置を構成し、液滴量の測定を実施した。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、測定対象物、および測定環境に応じて任意に装置を構成することができる。   Therefore, the present inventor has devised the present invention in order to efficiently measure the droplet discharge amount, and configured an ink jet type recording head characteristic observation apparatus as follows to measure the droplet amount. . In addition, this invention is not limited to a following example, A device can be arbitrarily comprised according to a measurement object and measurement environment.

まず、図1を参照しながら、以下に装置構成を説明する。該装置は、第一の系統である機構系統801と、第二の系統である制御系統802との2系統に分けられる。   First, the apparatus configuration will be described below with reference to FIG. The apparatus is divided into two systems, a mechanism system 801 that is a first system and a control system 802 that is a second system.

第一の系統である機構系統801は、インクジェット式記録ヘッド10と、該ヘッド10から吐出された液滴30と、液滴30の飛翔画像を取得するための照明光源601と、拡大レンズ602と、光学式センサ603と、該ヘッドにインクを供給するためのインク供給源206と、インク供給管207と、吐出されたインクを収集するためのインク収集部材208と、該インク収集部208の重量を測定するための重量測定装置701と、該ヘッドにおけるノズル位置を選択するための可動式ステージ501から構成される。以下に該系統801の詳細な構成を説明する。   A mechanism system 801 as a first system includes an inkjet recording head 10, a droplet 30 ejected from the head 10, an illumination light source 601 for acquiring a flying image of the droplet 30, and a magnifying lens 602. , An optical sensor 603, an ink supply source 206 for supplying ink to the head, an ink supply pipe 207, an ink collecting member 208 for collecting ejected ink, and the weight of the ink collecting unit 208 A weight measuring device 701 for measuring the position of the nozzle and a movable stage 501 for selecting a nozzle position in the head. The detailed configuration of the system 801 will be described below.

前記ヘッド10には、リコープリンティングシステムズ社製圧電素子駆動式インクジェットヘッド(商品名:GEN3E2、ノズル数:128)を用い、該ヘッドをノズル面が鉛直下向きとなるように、すなわち吐出された液滴30が鉛直下向きに飛翔するように、前記ステージ501に取り付けられている。また、該ステージ501は、該ヘッド10のノズル位置と前記センサ603の焦点位置を調整するためにX、Y、Z方向に移動可能なものであり、それぞれステッピングモータによりボールねじを介して3軸に直動動作する構成である。   As the head 10, a piezoelectric element drive type ink jet head (trade name: GEN3E2, number of nozzles: 128) manufactured by Ricoh Printing Systems Co., Ltd. is used. 30 is attached to the stage 501 so as to fly vertically downward. The stage 501 is movable in the X, Y, and Z directions in order to adjust the nozzle position of the head 10 and the focal position of the sensor 603. Each of the stages 501 has three axes via a ball screw by a stepping motor. It is the structure which carries out a linear motion operation.

前記センサ603には、5倍程度の拡大レンズ602を取り付けた東芝テリー社製CCD白黒カメラ(画素数:38万画素)を用い、鉛直下向きに飛翔する液滴30をセンサ603に対向する照明光源601に用いたLEDの照明光によって、水平方向から画像を撮像する。以上の光学系により、前記ヘッド10のノズル面から、インクジェット式記録装置におけるヘッドと印刷媒体間の間隙に相当する1mm程度の地点までの矩形領域を撮像する構成である。   The sensor 603 is a CCD black and white camera (number of pixels: 380,000 pixels) manufactured by Toshiba Terry Inc., to which a magnifying lens 602 of about 5 times is attached, and an illumination light source that opposes the sensor 30 with a droplet 30 flying vertically downward. An image is picked up from the horizontal direction by the illumination light of the LED used in 601. With the above optical system, a rectangular area from the nozzle surface of the head 10 to a point of about 1 mm corresponding to the gap between the head and the print medium in the ink jet recording apparatus is imaged.

前記重量測定装置701には、メトラー・トレド社製電子天秤(商品名:SAG285高精度計量モジュール、最小表示単位:0.00001g)を用い、該装置上部に設置した飛翔する複数個の液滴30を収集するインク収集部材208の重量を測定する構成である。   As the weight measuring device 701, an electronic balance (trade name: SAG285 high-precision weighing module, minimum display unit: 0.00001 g) manufactured by METTLER TOLEDO is used, and a plurality of flying droplets 30 installed on the upper portion of the device are used. The weight of the ink collecting member 208 that collects the ink is measured.

また、吐出する液滴30のインクにはダウ・ケミカルズ社製トリプロピレングリコールメチルエーテル(商品名:ダワノールTPM、化学式:CHO(CO)H、比重:1.0)を粘度10mPa・sに調整したものを用いた。 Further, tripropylene glycol methyl ether (trade name: Dawanol TPM, chemical formula: CH 3 O (C 3 H 6 O) 3 H, specific gravity: 1.0) manufactured by Dow Chemicals Co., Ltd. is used for the ink of the droplets 30 to be discharged. What adjusted the viscosity to 10 mPa * s was used.

次に、第二の系統である制御系統802は、前記ヘッド10と前記照明光源601とを駆動する信号源300と、該駆動信号源300を構成する圧電素子駆動スイッチング回路304、圧電素子駆動信号パルス発生回路305、および圧電素子駆動信号パルス増幅回路306と、これらの駆動データを生成するための駆動データ生成回路303と、前記可動式ステージ501の動作を制御するためのステージ制御回路502と、前記カメラ603によって取得した画像データを市販のパーソナルコンピュータ等の情報処理装置400に取り込むための画像データ取得回路404と、前記重量測定装置701によって取得した重量データを前記装置400に取り込むための重量データ取得回路402と、前記画像データの液滴に相当する画素データにおける二値化閾値を掃引して液滴量曲線を算出するための液滴量曲線算出回路405と、前記液滴量曲線データと前記重量データから最適な閾値を算出するための最適閾値算出回路406と、前記装置400に対して観測者がデータを入力するためのキーボード、マウス等のデータ入力部403と、前記装置400によって算出した結果を出力するためのディスプレイ等のデータ表示部402と、上述したすべてのデータを前記装置400内に保持するためのハードレィスク等のデータ記憶装置401とから構成される。また、上述の系統802は、本発明にもとづいて開発した液滴量測定プログラムによって制御する。以下に該系統802の詳細な構成を説明する。   Next, a control system 802 as a second system includes a signal source 300 that drives the head 10 and the illumination light source 601, a piezoelectric element drive switching circuit 304 that constitutes the drive signal source 300, and a piezoelectric element drive signal. A pulse generation circuit 305, a piezoelectric element drive signal pulse amplification circuit 306, a drive data generation circuit 303 for generating these drive data, a stage control circuit 502 for controlling the operation of the movable stage 501, and Image data acquisition circuit 404 for acquiring image data acquired by the camera 603 into an information processing apparatus 400 such as a commercially available personal computer, and weight data for acquiring weight data acquired by the weight measuring apparatus 701 into the apparatus 400 An acquisition circuit 402 and a pixel data corresponding to the droplet of the image data; A droplet amount curve calculation circuit 405 for calculating a droplet amount curve by sweeping a binarization threshold value in the data collector, and an optimum threshold value calculation for calculating an optimum threshold value from the droplet amount curve data and the weight data A circuit 406; a data input unit 403 such as a keyboard and a mouse for an observer to input data to the device 400; and a data display unit 402 such as a display for outputting a result calculated by the device 400; , And a data storage device 401 such as a hard disk for holding all the data described above in the device 400. The above-described system 802 is controlled by a droplet amount measurement program developed based on the present invention. The detailed configuration of the system 802 will be described below.

ステージ制御回路502には、メレック社製ステッピングモータコントローラ(商品名:MPL−16)を用い、前記ステージ501を3方向に駆動する。   As the stage control circuit 502, a stepping motor controller (trade name: MPL-16) manufactured by Merek is used to drive the stage 501 in three directions.

画像データ取得回路404には、サイバーテック社製フレームグラバーボード(商品名:CT−3000A)を用い、前記カメラ603による画像データを輝度水準8ビット256階調のグレースケール画像として取得する。   For the image data acquisition circuit 404, a frame grabber board (trade name: CT-3000A) manufactured by Cybertech Co., Ltd. is used to acquire image data from the camera 603 as a grayscale image having a luminance level of 8 bits and 256 gradations.

前記重量測定装置によって取得した重量データは、該装置に装備されたインターフェース部と、前記パーソナルコンピュータに装備されたRS−232C通信ポートを接続することによって取得する。   The weight data acquired by the weight measuring device is acquired by connecting an interface unit provided in the device and an RS-232C communication port provided in the personal computer.

MicroSoft社Windows(登録商標)上に構築した前記プログラム(コンパイラ:ボーランド社製C++Builder)は、複数のウィンドウから構成され、ウィンドウ毎に駆動条件の設定と、ステージ移動条件の設定と、画像の取得条件、および表示条件の設定と、重量取得条件の設定の入力と、各処理命令の実行と、各処理の制御が可能である。また、該プログラムは、CD−ROM等の記録媒体や、インターネット等のネットワークを通じて簡便に提供することができる。   The above-described program (compiler: Borland C ++ Builder) built on MicroSoft's Windows (registered trademark) is composed of a plurality of windows, setting drive conditions, setting stage moving conditions, and image acquisition conditions for each window. , And display condition setting, weight acquisition condition setting input, execution of each processing command, and control of each process. Further, the program can be simply provided through a recording medium such as a CD-ROM or a network such as the Internet.

次に、図2のフロー図を参照しながら、具体的な測定工程について以下に説明する。   Next, specific measurement steps will be described below with reference to the flowchart of FIG.

[前工程]測定条件入力
本実施例における測定条件について、図4を参照しながら説明する。すなわち、前記電圧水準数907においてm=3、各水準番号908に対する設定電圧909にV=16、19、22Vを入力する。また図示しないノズル選択部により、閾値を最適化するための代表ノズルn=2(端部No.1ノズル、および中央部No.64ノズル)を入力する。また、閾値曲線近似式設定部914にて前記閾値曲線を下記2次式で補間することとし、液滴吐出数設定部913にて前記重量測定装置701により重量を測定するときの液滴吐出数を60万発に設定した。
[Pre-Process] Measurement Condition Input Measurement conditions in this example will be described with reference to FIG. That is, m = 3 in the voltage level number 907, and V = 16, 19, and 22V are input to the set voltage 909 for each level number 908. Further, a representative nozzle n = 2 (end No. 1 nozzle and center No. 64 nozzle) for optimizing the threshold value is input by a nozzle selection unit (not shown). In addition, the threshold curve approximate expression setting unit 914 interpolates the threshold curve with the following quadratic expression, and the droplet discharge number setting unit 913 uses the weight measuring device 701 to measure the weight. Was set to 600,000.

b=a・L+a・L+a・・・(式13)
ただし、a、a、aは係数、前述のようにbは閾値、Lは液滴長さである。また、図7に示した画像表示部上において、図中の白い点線で示した矩形領域のサイズを変更し、解析する画像上にノイズ成分が乗らないように解析領域31を設定し、二値化閾値の適当な初期値b=b0を設定した。ただし、本例では、液滴部30の輝度が白色(=255)、それ以外の領域の輝度が黒色(=0)となるよう色調を設定してある。本例では、前述した図3に示す液滴量曲線のように、該曲線が60〜80程度の閾値領域に対しては漸増するという傾向が分かっており、一方、飛翔する液滴は飛翔先端部と後端部の輝度水準が高いため、先端部の液滴速度と、先端部から後端部までの液滴長さを解析する上では、閾値が特に厳密である必要がない傾向が分かっているため、本例ではb0=70に設定した。
b = a 2 · L 2 + a 2 · L + a 0 (Expression 13)
However, a 2 , a 2 , a 0 are coefficients, as described above, b is a threshold value, and L is a droplet length. Further, on the image display section shown in FIG. 7, the size of the rectangular area indicated by the white dotted line in the figure is changed, and the analysis area 31 is set so that noise components are not superimposed on the image to be analyzed. An appropriate initial value b = b0 of the threshold value is set. However, in this example, the color tone is set so that the luminance of the droplet portion 30 is white (= 255) and the luminance of the other region is black (= 0). In this example, as shown in the droplet amount curve shown in FIG. 3 described above, it is known that the curve gradually increases with respect to the threshold region of about 60 to 80, while the flying droplet is a flying tip. Since the brightness level at the head and rear ends is high, it is found that the threshold value does not need to be particularly strict in analyzing the droplet velocity at the tip and the droplet length from the tip to the rear end. Therefore, b0 = 70 is set in this example.

また、図7における画像について補足すると、画面左上の画素の位置座標を(x、y)=(0、0)、右下の画素の位置座標を(x、y)=(640、480)(単位:pix)ととり、右方向にx軸、下方向にy軸をとってある。また、該画像左側の白色部が前記ヘッド10のノズル面を表し、点線矩形中の白色円形部が画面左側から右側(実際には、鉛直下向き)へ飛翔する途中の液滴30を示すものである。   Further, supplementing the image in FIG. 7, the position coordinates of the upper left pixel of the screen are (x, y) = (0, 0), and the position coordinates of the lower right pixel are (x, y) = (640, 480) ( (Unit: pix), the x-axis is taken in the right direction and the y-axis is taken in the downward direction. The white portion on the left side of the image represents the nozzle surface of the head 10, and the white circular portion in the dotted rectangle indicates the droplet 30 in the process of flying from the left side of the screen to the right side (actually vertically downward). is there.

また、前記レンズの倍率調整後に、寸法校正手段によって取得画像1画素あたりのサイズs(単位:μm/pix)をあらかじめ補正しておいた。本例では該サイズs=2.8μm/pixである。   In addition, after adjusting the magnification of the lens, the size s (unit: μm / pix) per pixel of the acquired image is corrected in advance by a dimension calibration unit. In this example, the size s = 2.8 μm / pix.

また、図示しない液滴吐出周波数設定部に該周波数5kHzを設定した。   Further, the frequency of 5 kHz was set in a droplet discharge frequency setting unit (not shown).

[工程1]液滴特性取得工程
まず前記No.1ノズルにおける水準1の駆動電圧V(1、1)=16Vをヘッド30に与えて液滴を吐出させた。前記重量測定装置701によって取得した一滴あたりの重量データwr(1、1)=10.5ngと、該液滴に対して画像処理によって算出した液滴長さL(1、1)=25.3μmとを図4の液滴長さ表示部911と、液滴量等価閾値表示部912にそれぞれ表示した。該液滴長さLは下式14によって算出した。
[Step 1] Droplet characteristics acquisition step A level 1 driving voltage V (1, 1) = 16 V per nozzle was applied to the head 30 to discharge droplets. Weight data wr (1, 1) per droplet obtained by the weight measuring device 701 = 10.5 ng, and droplet length L (1, 1) calculated by image processing on the droplet = 25.3 μm Are displayed on the droplet length display unit 911 and the droplet amount equivalent threshold value display unit 912 in FIG. The droplet length L was calculated by the following formula 14.

L=s(x-x)/t・・・(式14)
ただし、xは液滴先端のx方向画素位置座標(pix)、xは後端のx方向画素位置座標(pix)、tは液滴吐出から画像取得までの時間間隔(本例では、t=120μs)、およびsは前記画素サイズ(μm/pix)である。
L = s (x t −x b ) / t d (Equation 14)
However, x t droplet tip in the x direction pixel position coordinates (pix), x b is the rear end in the x direction pixel position coordinates (pix), t d is the time interval (in this example from the droplet ejection to the image acquisition , T d = 120 μs), and s is the pixel size (μm / pix).

[工程2]液滴量曲線算出工程
工程1における重量取得処理と平行して、液滴飛翔画像データDを取得し、図3に示したように、二値化閾値bを掃引閾値最小値設定部904であるbmin(=60)から掃引閾値最大値設定部906であるbmax(=107)まで水準を1ずつ掃引した場合の液滴飛翔画像データD=D(1、1、b)に対する液滴量曲線901を算出した。また該液滴量は下式15によって算出した。
[Step 2] Droplet Volume Curve Calculation Step In parallel with the weight acquisition process in Step 1, the droplet flight image data D is acquired, and as shown in FIG. 3, the binarization threshold value b is set to the minimum sweep threshold value. Liquid for droplet flying image data D = D (1, 1, b) when the level is swept one by one from bmin (= 60) as the unit 904 to bmax (= 107) as the sweep threshold maximum value setting unit 906 A drop volume curve 901 was calculated. The droplet amount was calculated by the following equation 15.

wi=Σ(ρ・s・π(s(y−y)))・・・(式15)
ただし、ρは前記インク30の密度、yは各x座標上における液滴外縁に相当するy方向画素位置座標(pix)、yは各x座標上における液滴中心軸上のy方向画素位置座標(pix)、iはxからxまでの各x座標を示す添え字、πは円周率、それ以外の記号は上式14と同様である。
wi = Σ i (ρ · s · π (s (y r −y c )) 2 ) (Equation 15)
However, [rho is the density of the ink 30, y r is y-direction pixel position coordinates corresponding to the droplet outer edge on each x-coordinate (pix), y c is the y-direction pixel on the droplet center axis on the x-coordinate location coordinates (pix), i is a suffix showing each x coordinate from x t to x b, [pi is circle ratio, and the other symbols are the same as the above equation 14.

[工程3]液滴量等価閾値算出工程
工程1によって取得した重量データwrと、工程2において取得した該曲線901の交点における閾値を液滴量等価閾値算出補助線902によって算出し、図4における液滴量等価閾値表示部912に閾値b(1、1)=82として示した。
[Step 3] Droplet Equivalent Equivalent Threshold Calculation Step The threshold value at the intersection of the weight data wr acquired in step 1 and the curve 901 acquired in step 2 is calculated by a droplet amount equivalent threshold calculation auxiliary line 902, as shown in FIG. The threshold value b (1, 1) = 82 is shown in the droplet amount equivalent threshold value display unit 912.

以上により、n=1、m=1におけるデータの取得が完了した。これと同様の処理をNo.64ノズル、およびm=2、3に対して実施し、n×m=6個の液滴長さLと閾値bの関係を求めた。   As described above, data acquisition at n = 1 and m = 1 is completed. A process similar to this is No. The test was performed for 64 nozzles and m = 2 and 3, and the relationship between the length L of n × m = 6 droplets and the threshold value b was determined.

[工程4]閾値曲線算出工程
該データを上式13に適用し、最小二乗法によって各係数a、a、aを求めた結果を図5に示した。前述したように、液滴長さLが増加するにともなって、すなわち図9(c)に示すような柱状に液滴が伸長するにともなって、液滴の飛翔形状のばらつきにより液滴画素の輝度水準が低下する傾向がある。該傾向を図5に示すような近似曲線によって閾値bを補正することが本発明の特徴である。
[Step 4] Threshold Curve Calculation Step FIG. 5 shows the results of calculating the coefficients a 2 , a 1 and a 0 by the least square method by applying the data to the above equation 13. As described above, as the droplet length L increases, that is, as the droplet expands in a columnar shape as shown in FIG. The brightness level tends to decrease. It is a feature of the present invention that the threshold value b is corrected by an approximate curve as shown in FIG.

[工程5]最適閾値算出工程
高品位な印刷を実現する上で、該ヘッド10における各ノズルから飛翔する液滴量のばらつきを知ることが重要である。本発明にしたがって、各ノズルから吐出される液滴長さLを解析し、工程4において算出した液滴長さLと二値化閾値bの関数である該閾値曲線によって、各ノズルから飛翔した種々の形状を持つ液滴に対する最適な閾値を算出した。さらに、該閾値によって二値化した画像データから上式15によって各液滴の吐出量を算出した。1ノズルあたりの液滴量データを算出するための画像処理に要する時間に関しては、前記情報処理装置400であるパーソナルコンピュータの性能に依存するものであるが、本例においては市販のCPU2GHz、メモリ1GBを有するコンピュータの場合、1秒程度で測定ができる。
[Step 5] Optimal threshold calculation step In realizing high-quality printing, it is important to know the variation in the amount of droplets flying from each nozzle in the head 10. According to the present invention, the droplet length L discharged from each nozzle was analyzed, and the droplets flew from each nozzle by the threshold curve which is a function of the droplet length L calculated in step 4 and the binarization threshold b. The optimal threshold for droplets with various shapes was calculated. Further, the ejection amount of each droplet was calculated from the image data binarized by the threshold value by the above formula 15. The time required for image processing for calculating droplet amount data per nozzle depends on the performance of the personal computer that is the information processing apparatus 400, but in this example, a commercially available CPU 2 GHz, memory 1 GB. In the case of a computer having the above, measurement can be performed in about 1 second.

[後工程]測定結果出力
図8は前記ヘッド30の全ノズルに対して本発明を適用することによって液滴量データを取得し、グラフ916として表示した一例である。また、図8には、飛翔する液滴の特性である液滴速度(単位:m/s)、液滴飛翔時の曲がり程度(単位:deg)、リガメント(前述の液滴長さと同義、単位:μm)も同時に画像処理によって算出し、図中に示してある。
[Post-Processing] Measurement Result Output FIG. 8 shows an example in which droplet amount data is acquired by applying the present invention to all nozzles of the head 30 and displayed as a graph 916. Further, FIG. 8 shows a droplet velocity (unit: m / s) which is a characteristic of a flying droplet, a degree of bending at the time of droplet flying (unit: deg), ligament (synonymous with the above-described droplet length, unit : Μm) is also calculated by image processing at the same time and is shown in the figure.

前述した従来の液滴積算法において5kHzで60万発吐出した場合は、1ノズルの液滴量データ取得時間2分×128ノズル=4時間要する。   When 600,000 shots are ejected at 5 kHz in the conventional droplet integration method described above, it takes 2 minutes × 128 nozzles = 4 hours for acquiring the droplet amount data for one nozzle.

一方、本発明の場合、前記閾値最適化処理に要する時間が2分×6データ=12分であり、画像処理によって求める1ノズルあたりの液適量データ取得時間1秒×128ノズル=2分のため、計14分で完了となる。   On the other hand, in the case of the present invention, the time required for the threshold optimization process is 2 minutes × 6 data = 12 minutes, and the liquid acquisition amount data acquisition time per nozzle obtained by image processing is 1 second × 128 nozzles = 2 minutes. It will be completed in 14 minutes.

図6は本発明による液適量測定結果と、重量の実測値とを比較した一例である。両者は完全に一致するまではいかないが、おおよその一致は見られる。なお、測定精度に関しては、取得する画像輝度水準を電気的に細分化することや、前記CCDカメラの性能を適宜選択することによって改善が見込めるものである。   FIG. 6 is an example comparing the result of measuring an appropriate amount of the liquid according to the present invention and the actual value of weight. The two don't have to match completely, but there is an approximate match. Note that the measurement accuracy can be improved by electrically subdividing the acquired image luminance level or by appropriately selecting the performance of the CCD camera.

本発明は、上述した実施例におけるインクジェット式記録ヘッド特性観測装置に限定するものではなく、前記請求項7に記載した種々の液滴吐出システムへ適用することが可能である。   The present invention is not limited to the ink jet recording head characteristic observation apparatus in the above-described embodiment, and can be applied to various droplet discharge systems described in the seventh aspect.

本発明の装置構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the apparatus structure of this invention. 本発明における液滴量測定方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the droplet amount measuring method in this invention. 本発明の実施例における液滴量測定プログラム上に表示した液滴量曲線の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the droplet amount curve displayed on the droplet amount measurement program in the Example of this invention. 本発明の実施例における液滴量測定プログラム上に表示した閾値曲線の係数算出結果の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the coefficient calculation result of the threshold curve displayed on the droplet amount measurement program in the Example of this invention. 本発明の実施例における閾値曲線の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the threshold curve in the Example of this invention. 本発明の実施例における液滴量測定方法による液滴量算出結果と従来の液滴積算法による測定結果の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the droplet amount calculation result by the droplet amount measurement method and the measurement result by the conventional droplet integration method in the Example of this invention. 本発明の実施例における液滴量測定プログラム上に表示した液滴飛翔画像の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the droplet flight image displayed on the droplet amount measurement program in the Example of this invention. 本発明の実施例における液滴量測定プログラム上に表示した液滴特性の測定結果の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the measurement result of the droplet characteristic displayed on the droplet amount measurement program in the Example of this invention. (a)は本発明の実施例における球形状を示す飛翔液滴の一例を説明するための図、(b)は本発明の実施例における2個の液滴に分離した形状を示す飛翔液滴の一例を説明するための図、(c)は本発明の実施例における柱状に伸びた形状を示す飛翔液滴の一例を説明するための図である。(A) is a figure for demonstrating an example of the flying droplet which shows the spherical shape in the Example of this invention, (b) is the flying droplet which shows the shape isolate | separated into two droplets in the Example of this invention. FIG. 4C is a diagram for explaining an example of flying droplets showing a shape extending in a columnar shape in the embodiment of the present invention. 本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドとこれを用いた記録装置の構成を説明するための構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram for explaining a configuration of an ink jet recording head and a recording apparatus using the same in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの構造を説明するための構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram for explaining a structure of an ink jet recording head in an embodiment of the present invention. 本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子駆動信号パルス波形の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the piezoelectric element drive signal pulse waveform of the inkjet recording head in the Example of this invention. 本発明の実施例におけるインクジェット式記録ヘッドの圧電素子駆動信号パルス波形の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the piezoelectric element drive signal pulse waveform of the inkjet recording head in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 インクジェット式記録ヘッド
20 インクジェット式記録ヘッド駆動装置
30 液滴
31 解析領域
40 記録媒体
101 インク流路ユニット
102 ヘッドハウジング
103 圧電素子ユニット
110 圧電素子
111 層状圧電素子
112 層状電極
1121 共通電極
1122 個別電極
113 圧電素子支持基板
114 圧電素子支持基板固定部
120 ダイヤフラム
122 ダイヤフラム形成板
130 オリフィス板
131 ノズル開口部
140 インク加圧室
142 インク流路形成板
145 インク流入孔
150 共通インク室
160 フレキシブルケーブル
161 フレキシブルケーブル端子
201 筐体
202 X軸直動ステージ
203 Y軸直動ステージ
204 Z軸直動ステージ
205 ヘッドベース
206 インク供給源
207 インク供給管
208 インク収集部材
300 駆動信号源
301 タイミング信号発生回路
302 記録データ信号作成回路
303 圧電素子駆動データ信号作成回路
304 圧電素子駆動スイッチング回路
3041 スイッチング素子
3042 スイッチング素子駆動回路
305 圧電素子駆動信号パルス発生回路
306 圧電素子駆動信号パルス増幅回路
400 情報処理装置
401 データ記憶装置
402 データ表示装置
403 データ入力装置
404 画像データ取得回路
405 液滴量曲線算出回路
406 最適閾値算出回路
501 可動式ステージ
502 可動式ステージ制御回路
601 照明光源
602 拡大レンズ
603 光学式センサ
701 重量測定装置
702 重量データ取得回路
801 機構系統
802 制御系統
901 液滴量曲線
902 液滴量等価閾値算出補助線
903 液滴量実測値
904 掃引閾値最小値設定部
905 液滴量等価閾値表示部
906 掃引閾値最大値設定部
907 電圧水準数設定部
908 水準番号
909 設定電圧設定部
910 液滴重量実測値表示部
911 液滴長さ表示部
912 液滴量等価閾値表示部
913 液滴吐出数設定部
914 閾値曲線近似式設定部
915 液滴飛翔特性取得データ表示部
916 液滴速度・液滴重量特性グラフ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Inkjet recording head 20 Inkjet recording head drive device 30 Droplet 31 Analysis area 40 Recording medium 101 Ink flow path unit 102 Head housing 103 Piezoelectric element unit 110 Piezoelectric element 111 Layered piezoelectric element 112 Layered electrode 1121 Common electrode 1122 Individual electrode 113 Piezoelectric element support substrate 114 Piezoelectric element support substrate fixing part 120 Diaphragm 122 Diaphragm forming plate 130 Orifice plate 131 Nozzle opening 140 Ink pressurizing chamber 142 Ink flow path forming plate 145 Ink inflow hole 150 Common ink chamber 160 Flexible cable 161 Flexible cable terminal 201 Housing 202 X-axis linear motion stage 203 Y-axis linear motion stage 204 Z-axis linear motion stage 205 Head base 206 Ink supply source 207 Ink supply tube 208 Collecting member 300 Driving signal source 301 Timing signal generating circuit 302 Recording data signal generating circuit 303 Piezoelectric element driving data signal generating circuit 304 Piezoelectric element driving switching circuit 3041 Switching element 3042 Switching element driving circuit 305 Piezoelectric element driving signal pulse generating circuit 306 Piezoelectric Element drive signal pulse amplification circuit 400 Information processing device 401 Data storage device 402 Data display device 403 Data input device 404 Image data acquisition circuit 405 Drop volume curve calculation circuit 406 Optimal threshold calculation circuit 501 Movable stage 502 Movable stage control circuit 601 Illumination light source 602 Magnifying lens 603 Optical sensor 701 Weight measuring device 702 Weight data acquisition circuit 801 Mechanism system 802 Control system 901 Drop volume curve 902 Drop volume equivalent threshold calculation auxiliary line 903 Drop volume actual measurement value 904 Sweep threshold minimum value setting unit 905 Droplet volume equivalent threshold value display unit 906 Sweep threshold maximum value setting unit 907 Voltage level number setting unit 908 Level number 909 Setting voltage setting unit 910 Droplet weight actual value display unit 911 Liquid Droplet length display unit 912 Droplet amount equivalent threshold value display unit 913 Droplet ejection number setting unit 914 Threshold curve approximation formula setting unit 915 Droplet flight characteristic acquisition data display unit 916 Droplet velocity / droplet weight characteristic graph

Claims (7)

インク加圧室と、該加圧室に取り付けられた加圧室内圧力可変手段と、該圧力可変手段により液滴を吐出するノズル開口部とから構成されたノズルを複数集積してなるインクジェット式記録ヘッドから吐出される液滴量を測定する液滴量測定方法において、
前記液滴の液滴長さが異なる複数の液滴の飛翔特性を取得する第一の工程と、各々の前記画像について二値化閾値の輝度水準を掃引することによって液滴量曲線を算出する第二の工程と、前記液滴量曲線と重量取得手段によって測定した液滴量とが等価となる閾値を算出する第三の工程と、複数の液滴長さに対する閾値曲線を算出する第四の工程と、前記閾値曲線にもとづいて最適閾値を算出し、液滴量を導出する第五の工程とを有することを特徴とする液滴量測定方法。
Inkjet recording comprising a plurality of nozzles each composed of an ink pressurizing chamber, a pressurizing chamber pressure varying means attached to the pressurizing chamber, and a nozzle opening for discharging droplets by the pressure varying means. In the droplet amount measuring method for measuring the droplet amount discharged from the head,
A first step of acquiring flight characteristics of a plurality of droplets having different droplet lengths, and a droplet amount curve is calculated by sweeping a luminance level of a binarization threshold for each of the images. A second step, a third step of calculating a threshold value at which the droplet amount curve is equivalent to the droplet amount measured by the weight acquisition means, and a fourth step of calculating a threshold curve for a plurality of droplet lengths. And a fifth step of calculating an optimum threshold based on the threshold curve and deriving a droplet amount.
請求項1に記載の液滴量測定方法において、前記第一の工程は、1ノズルあるいは複数のノズル(n)に対して、前記圧力可変手段の強度を複数(m)の水準数掃引することによって、飛翔する液滴の液滴長さと、吐出量と、画像データとを取得するものであることを特徴とする液滴量測定方法。   2. The droplet amount measuring method according to claim 1, wherein the first step sweeps a plurality of (m) levels of the strength of the pressure variable means with respect to one nozzle or a plurality of nozzles (n). A droplet amount measuring method, characterized in that the droplet length, ejection amount, and image data of a flying droplet are acquired by the above method. 請求項1に記載の液滴量測定方法において、前記第二の工程は、二値化閾値における輝度水準の最小分解能毎に取得した液滴画像を解析するか、あるいは前記分解能を補間処理手段によって複数の区間に分割し、前記分解能を擬似的に高めた後に前記画像を解析するか、あるいは前記分解能を適当数に間引いた後、近似式により補間処理を行うことによって液滴量曲線を算出するものであることを特徴とする液滴量測定方法。   2. The droplet amount measuring method according to claim 1, wherein the second step analyzes the droplet image acquired for each minimum resolution of the luminance level at the binarization threshold value, or the resolution is calculated by an interpolation processing unit. Divide into a plurality of sections and analyze the image after increasing the resolution in a pseudo manner, or calculate the droplet volume curve by thinning out the resolution to an appropriate number and then performing interpolation using an approximate expression A method for measuring the amount of liquid droplets. 請求項1に記載の液滴量測定方法において、前記第四の工程は、1ノズルあるいは複数のノズル(n)に対して、前記圧力可変手段の強度を複数(m)の水準数掃引することによって取得した(n×m)個のデータを1次式、あるいは多項式等の近似式により近似することによって閾値曲線を算出するものであることを特徴とする液滴量測定方法。   2. The droplet amount measuring method according to claim 1, wherein the fourth step sweeps a plurality of (m) levels of the strength of the pressure varying means with respect to one nozzle or a plurality of nozzles (n). A method for measuring a droplet amount, characterized in that a threshold curve is calculated by approximating (n × m) pieces of data acquired by (1) by an approximate expression such as a linear expression or a polynomial expression. 請求項1乃至4いずれかに記載の閾値最適化方法を搭載することによって、最適閾値を算出することを特徴とする液滴量測定プログラム。   A drop amount measurement program for calculating an optimum threshold by mounting the threshold optimization method according to claim 1. 請求項5に記載の液滴量測定プログラムを搭載することを特徴とする液滴吐出システム。   A droplet discharge system, comprising the droplet amount measurement program according to claim 5. 請求項6に記載の液滴吐出システムは、インクジェット式記録ヘッド特性評価装置、あるいはインクジェット式記録ヘッド特性補正装置、あるいはインクジェット式記録ヘッド駆動波形最適化装置、あるいはインクジェット式記録装置であることを特徴とする液滴吐出システム。   The droplet discharge system according to claim 6 is an ink jet recording head characteristic evaluation device, an ink jet recording head property correction device, an ink jet recording head drive waveform optimization device, or an ink jet recording device. A droplet discharge system.
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