基于嵌入型墨滴检测控制平台构设及实现

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1、基于嵌入型墨滴检测控制平台构设及实现第一章绪言1.1课题研究的背景及意义随着信息技术快速进入喷墨印刷行业，喷墨印刷技术在不断地发展，从最初的喷墨印表机到现在大幅面、高精度的喷墨印刷机[1]。喷墨技术应用的发展也不断趋于广泛，从传统的印刷产业扩展到PCB制造[2]，陶瓷的喷墨砖[3]等先进的高端领域，目前，数字喷印技术正处于高速发展阶段，喷墨印刷的打印速度不断在提高，同时对喷墨印刷的印品质量要求也不断提高，喷墨印刷逐渐涉入到标签、包装及个性印刷等部分印刷市场，并向多个领域拓展，市场前景非常广阔。墨滴的参数指标是对检测和评估喷印质量直观的反映，如何实现检测喷头喷出墨滴的大小、

2、速度、形状、轨迹等特征参数，从而优化喷印条件，提高喷印效果。由于在承印物上难以确定每个墨滴落点的规律，所以这种喷墨检测利用传统打印在承印物上的信息进行研究效果甚微；而从喷嘴喷出的墨滴着手研究其特征参数，这些特征可以准确、快速地检测出喷嘴的性能，再对喷嘴的性能进行了评价，最终用户可以选择喷嘴性能更好的喷头，但这也增加了研究的难度。墨滴的检测逐渐会成为喷墨印刷系统中不可或缺的工具，是现代喷墨印刷系统中的一个研究点。1.2墨滴检测系统国内外研究现状为了清晰地捕捉到墨滴从喷嘴喷出到墨滴形成的整个过程，并对喷出墨滴进行质量检测，而传统的对墨滴进行人工检测方法[6]是利用显微镜和带刻

3、度的标尺观察到少量喷嘴喷射墨滴的部分过程。而目前工业上需要经常对全部喷嘴进行检测，但使用的喷头喷嘴至少在128个以上，这样就导致人工检测无法记录及统计喷嘴实验数据的准确性，不能满足工业生产的要求。墨滴检测新的研究方法是采用高速图像采集器件获取墨滴成形过程中的墨滴图像，通过图像分析方法检测喷头喷出墨滴的质量。Kripfgans[7]等人提出了一个喷嘴和采集设备位置相对固定的实验平台上，使用显微镜和相机对单个液滴喷射进行液滴图像采集的方案，在软件上并没有进行对采集结果的图像进行识别和分析。目前国内在墨滴检测研究上只有少数几家，2001年我国台湾大叶大学设计的液滴观测系统[8]

4、研究墨滴飞行状态并得到在各种喷墨频率下墨滴飞行速度大约为8ms，而液滴粒径约为36μm。2004年杭州电子大学设计一种微滴尺寸与形态检测系统[9]，在实验结果分析上表明喷墨头图像检测系统比传统的喷墨检测方法效果要好。国外有不少机构和企业也致力于使用图像处理方法进行墨滴行为的检测研究。主要相关研究介绍如下：2003年EricR.Lee[10]提供一种微滴检测系统，主要观测在使用墨滴制备生物芯片上。2004年澳大利亚Neic)(简称PZT)[20]使之产生高速且轻微的变形，而产生墨腔内容积的改变，挤压墨腔内的墨水，当产生瞬间的压力足以克服液体的表面张力时，墨水由喷嘴口喷

5、射出，然后，压电陶瓷恢复原状，由于表面张力作用，新的墨水进入喷嘴。在喷出墨滴的过程中，由于移除电压时所造成的压电陶瓷组件反方向的应力会使墨滴串产生颈缩现象，使得墨滴脱离喷嘴口，进而喷出墨滴。压电材料具有体积小，反应快，机电转换效率高，生热小的特性，且压电式喷墨头因不需要将喷液汽化，在其墨水发展的选择上较自由，亦可应用于熔融的金属，高分子材料的喷射，在工业制造上有极大的发展潜力[21]。压电式喷头在给定的驱动电压下使压电材料产生变化而喷射出墨滴，墨滴的成形是一个阶段性的过程[22-24]。墨滴每个阶段图像如图2.2.1所示，过程如下：墨滴产生阶段，由于压电材料PZT在驱动电

6、压下产生形变，使得腔体内的墨水受到挤压，墨水会在喷嘴出溢出，形成一个突起，突起的体积会越来越大，并慢慢的从喷嘴口射出，即该阶段就是墨滴形成的初始阶段。颈缩阶段，在喷头腔体内，对于远离喷嘴处的墨水来说，承受内部对其的负压力，在受到腔体内的向内拉力作用和墨水之间的表面张力作用下墨滴开始逐渐出现颈缩现象，即颈缩阶段。第三章墨滴检测控制系统的总体设计........133.1系统总体设计方案........133.2系统设计的重点及难点分析....163.3系统数据传输编码的设计........183.4系统实时数据缓存设计......253.5本章小结......28第四章墨滴

7、检测控制系统喷头控制板的设计........294.1SPECTRA喷头控制板的设计........294.2EPSON喷头控制板的设计.......344.3本章小结......40第五章墨滴检测控制系统上位机软件.........415.1系统上位机软件功能简介........415.2墨滴的图像采集及处理......415.3观测墨滴喷射及下落过程实验......475.4温度对墨滴大小的影响......505.5本章小结......第五章墨滴检测控制系统上位机软件图像处理5.1系统上位机软件功能简介用户在系统上位机软件