[논문]피에조 잉크젯의 셀프 센싱 검출 및 응용

권계시; 김우식; 김상일; 신승주; 김성진

문제 정의

또한 본 연구에서는 잉크젯 헤드가 구동 되고 있을 때 잉크젯 헤드 내의 PZT 의 변형량으로 부 터 압력파를 간접적으로 측정하고 이것을 잉크젯의 작동 상태를 평가하고 모니터링 하는 방법에 대하여 논의 하려고 한다. 특히 실험결과를 통하여 공기가 헤드에 차 있을 때 셀프 센싱 신호를 이용하여 이를 검출 하는 것이 가능함을 보였다.
본 연구에서는 이러한 이슈들의 해결책을 모색하기 위하여 실제로 구동 중에서 토출 상태를 측정 및 모니터링 하려고 한다. 한편으로는피에조 잉크젯 헤드는 피에조를 전압으로 구동하여 변형량을 얻어내는 방법으로 잉크를 토출 시킨다.
일반적으로 PZT 에 흐르는 전류의 양은 미세하여 일반적인 전류 센서나 전류 probe 등으로 측정이 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 전류를 정확히 측정할 수 있는 전기 회로를 구현하고 이를 통해 변형량을 간접적으로 측정하여 잉크젯의 작동 상태를 진단하고 이를 이용하여 파형 설계등에 응용하는 것에 목적이 있다.

제안 방법

2 의 사다리꼴 파형이 나오도록 하였다. PZT 를구동하기 위하여 상용화된 TREK PZT drive PZD350 을 사용하여 임의 파형 발생기에서 나온 신호를 100 배를 증폭하여 잉크젯 헤드의 PZT 를구동하였다.
9]. 그러나 압력파를 직접 측정하는 것은 여려워서토출이 안되는 약한 전압을 이용하여 CCD 카메라와 strobe LED 를 이용하여 메니스커스(menisuce)의 모양을 관찰하여 압력파를 예측하였다[8]. 또한 파형 최적화를 위하여 잉크 액적이 떨어질 때 액적의 형상 혹은 속도를 strobe LED 를 이용하여 관찰하면서 파형을 설계하는 연구가 주된 연구였다[10-12].
시켰다. 또한 레이저 속도계를 사용하여 셀프 센싱으로 측정된 압력파를 검증하였다. 최종적으로는 셀프센싱으로 측정된 잉크젯내의 압력파를 이용하여 입력 전압 파형 설계에 응용하였다.
하였다 [15, 16]. 또한 토출 후에 잔류압력파를 최소화기 위하여 소위 Iterative Learning Control 이라는 알고리즘을 적용하여 입력 파형을 설계하였다.
본 연구는 피에조의 변형량으로부터 압력파를 간접적으로 측정하기 위하여 OP amp 를 사용한 전류를 측정하는 방법을 사용하여 변형량 측정을 임피던스 측정 방법[16]에 비해 단순화 시켰다. 또한 레이저 속도계를 사용하여 셀프 센싱으로 측정된 압력파를 검증하였다.
최종적으로는 셀프센싱으로 측정된 잉크젯내의 압력파를 이용하여 입력 전압 파형 설계에 응용하였다. 본연구에서는 Wassink et al [15]이 제안한 파형 설계를 위한 복잡한 알고리즘 대신 비교적 단순한 2개의 펄스로 된 파형으로 상용화된 프린트 헤드 SX-128 에 적용하여 토출 후의 압력파를 효과적으로 줄일 수 있음을 실험적으로 검증하였다.
잉크젯을 구동하기 위한 전압 파형을 만들기 위하여 Agilent 33220A 의임의 파형 발생기 사용하였다. 사다리꼴의 파형을 만들기 위하여 위하여 Labview 를 이용하여 데이터를 만들고 GPIB 통신을 사용하여 Agilent 33220A 에서 최대전압이 0.6volt 인 Fig. 2 의 사다리꼴 파형이 나오도록 하였다. PZT 를구동하기 위하여 상용화된 TREK PZT drive PZD350 을 사용하여 임의 파형 발생기에서 나온 신호를 100 배를 증폭하여 잉크젯 헤드의 PZT 를구동하였다.
셀프 센싱(self-sensing)으로 얻은 변형량을 검증하기 위하여 Fig. 4 과 같이 Polytec 사의 Laser vibrometer (OFV 511, PFV 3001)를사용하였다. 여기서 레이저 속도계의 게인은 1volt 가 25mm/s 에 해당하고 절점주파수 (low pass cut-off frequency)를 250kHz로 설정하였다.
여기서 두번째 파형이 시작 시간인 tr=2L/C 을 결정하기 위하여 별도의 측정 센서를 사용하여 mensicus 나 해당 노즐에 해당하는 구조의 진동을 측정하는 대신에 셀프 센싱을 이용하여 압력파를 간접적으로 측정하여 결정하였다. Fig.
10과 같이 공기의 효과를 효과적으로 알 수 있었다. 여기서 파형의 인가되는 9 µsec 의 부분은 오차가 존재할 수 있으므로 이 부분을 제외한 나머지 부분의 FFT 분석을 수행하였다. Fig.
또한 헤드 내의 공기로 인해 압력파의 주파수와 진폭이 달라지게 된다. 위 두 가지 현상은 같은 노즐을 그리고 여러 노즐을 사용하여 반복 실험을 통하여 확인하였다.
또한 레이저 속도계를 사용하여 셀프 센싱으로 측정된 압력파를 검증하였다. 최종적으로는 셀프센싱으로 측정된 잉크젯내의 압력파를 이용하여 입력 전압 파형 설계에 응용하였다. 본연구에서는 Wassink et al [15]이 제안한 파형 설계를 위한 복잡한 알고리즘 대신 비교적 단순한 2개의 펄스로 된 파형으로 상용화된 프린트 헤드 SX-128 에 적용하여 토출 후의 압력파를 효과적으로 줄일 수 있음을 실험적으로 검증하였다.
한편으로는 이렇게 결정된 single pulse 의 파형으로는 토출 된 후의 내부 압력파를 빨리 없애는데 한계가 있을 수 있기 때문에 본연구에서는 Fig 6 과 같은 두 펄스의 파형을 고려하도록 한다.
헤드내의 공기가 유입되었을때의 효과를 알기 위하여 Air-gun을 사용하여 공기를 강제로 유입시키고 정상 상태와 비교하여 셀프센싱 신호를 측정하여 Fig. 9의 결과를 얻었다. 이때의 파형은 Fig.

대상 데이터

프린트 헤드로는 Dimatix 사의 SX-128 을 사용하였다. 본 실험에서 사용된 잉크는 유기용제(solvent)를 사용한 녹색의 안료 (pigment)잉크를 사용하였다. 잉크의 상온에 서점 성은 약 9cp 이다.
전류 측정으로부터 변형량을 측정하기 위해 사용된 잉크젯 헤드로는 dimatix 사의 SX-128 (spectra SX-128)이다. SX-128은 128개의 독립적인 nozzle을 가지고 있으며 각각 독립적인 파형을 인가할 수 있다.

이론/모형

잉크의 상온에 서점 성은 약 9cp 이다. 잉크젯을 구동하기 위한 전압 파형을 만들기 위하여 Agilent 33220A 의임의 파형 발생기 사용하였다. 사다리꼴의 파형을 만들기 위하여 위하여 Labview 를 이용하여 데이터를 만들고 GPIB 통신을 사용하여 Agilent 33220A 에서 최대전압이 0.

성능/효과

그러나 두번째 파형의 tr 을 잘못 선정한 경우에는 단일 파형보다 오히려 토출 후의 압력파가 증폭 되기도 하였다. 따라서 tr 의 최적점이 존재함을 알 수 있었고, 그 시간은 tr=2L/C 이나 그 때 2 번째 파형이 정의가 되지 않게 되는 경우 tr=6L/C 가 됨을 알 수 있었다.
특히 실험결과를 통하여 공기가 헤드에 차 있을 때 셀프 센싱 신호를 이용하여 이를 검출 하는 것이 가능함을 보였다. 본 방법은 전기적 신호 처리를 이용하므로 strobe LED 또는 진동센서를 사용할 때와 같이 해당 노즐에 대한 정밀한 기계적인 얼라인먼트 (alignment)등이 필요 없이 간편하게 토출 상태 진단이 가능한 장점을 지닌다.
진폭이 줄어는 폭은 잉크 특성에 따라 다르게 되며 이를 고려하여야 한다. 본 연구에서는 실험적으로 두 번째 파형의 크기를 결정하였고, 첫파형의 약 1/2 의 크기로 두 번째 파형의 전압을 인가하는 것이 잔여 압력파를 효과적으로 줄일 수 있음을 알 수 있었다.
셀프 센싱으로 통해 토출시 잉크젯 헤드내의 압력파를 간접적으로 측정이 가능하였으며 이러한 압력파를 이용하여 고속 프린팅이 가능한 파형을 설계를 하였으며, 헤드내의 공기의 존재 여부에 대한 잉크젯 작동의 이상 여부를 진단할 수 있음을 보였다.
5 µsec일 때 토출 후의 압력파가 상쇄되었고 압력파가 유지되는 시간은 약 30~40 µsec 을 알 수 있었다. 이때 얻을 수 있는 토출 주파수는 약 30kHz 정도로 단일 파형에 비해 3 배정도 빠르게 되어 그만큼 생산성을 높이는 것이 가능하게 되었다. 그러나 두번째 파형의 tr 을 잘못 선정한 경우에는 단일 파형보다 오히려 토출 후의 압력파가 증폭 되기도 하였다.
논의 하려고 한다. 특히 실험결과를 통하여 공기가 헤드에 차 있을 때 셀프 센싱 신호를 이용하여 이를 검출 하는 것이 가능함을 보였다. 본 방법은 전기적 신호 처리를 이용하므로 strobe LED 또는 진동센서를 사용할 때와 같이 해당 노즐에 대한 정밀한 기계적인 얼라인먼트 (alignment)등이 필요 없이 간편하게 토출 상태 진단이 가능한 장점을 지닌다.

후속연구

따라서 균일하면서 빠른 토출이 필요할 때 압력파의 측정은 중요한 이슈가 된다. 따라서 본 방법이 제시한 셀프 센싱을 이용한다면 별도의 레이저 속도계등의 설치 없이 바로 변형량을 측정을 통하여 압력파를 간접적으로 알 수 있는 장점이 있다. 또한 설치공간 등의 문제로 센서를 설치하기 어려운 곳도 쉽게 접근이 가능한 방법이다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

피에조 잉크젯의 셀프 센싱 검출 및 응용
Self-sensing measurement of piezo inkjet and its Applications 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

피에조 잉크젯의 셀프 센싱 검출 및 응용 Self-sensing measurement of piezo inkjet and its Applications 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

피에조 잉크젯의 셀프 센싱 검출 및 응용
Self-sensing measurement of piezo inkjet and its Applications 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper