专题- 喷墨印刷机控制系统和机械系统

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1、专题4-1喷墨印刷机控制系统和机械系统1系统概述大幅面压电式喷墨印刷机是一套数字控制的印刷系统。整个系统分印刷机部分和上位主控PC机两部分，印刷机不是一个独立的系统。印刷机是接收上位主控PC机的指令和图像数据，依据指令和图像数据完成印刷动作，并将自身的工作状态反馈给上位主控PC的设备。印刷机的结构设计如下。1．1印刷机的总体结构上位主控PC机前端控制机操作面板喷头小车行走单元卷布单元喷头驱动单元喷头电源供墨单元图1喷墨印刷机的总体结构印刷机的总体结构如图1所示。整个系统分前端控制机、操作面板、喷头驱动、喷头、喷头小车行走单元

2、、卷布单元、供墨单元、电源等组成部分。其中，喷头小车行走单元和卷布单元涉及到机械结构设计，而供墨单元涉及到油墨油路设计。1．2前端控制机前端控制机以MCS-51系列单片机为控制芯片，辅以一定的外部电路。完成接收上位控制PC的指令和图像数据、驱动机械系统运动、同步机械运动与图像数据、驱动喷头按需喷墨等工作。其结构见图2。其中单片机通过串行口与上位主控PC（COM端口）进行通信，用于接收上位主控PC发来的指令，向上位主控PC返回印刷机的状态。单片机也可接收控制面板发出的手动控制指令。单片机根据指令发出电机运动控制信号，送给电机驱

3、动器，驱动电机运动。单片机接收各传感器发回的状态，依据传感器的状态调整电机的运动以实现精确定位。图像数据从上位主控PC的并行端口（PPT端口）发给前端控制机中的缓冲单元，并在缓冲单元中进行图像数据格式的简单转换。单片机同时负责同步图像数据和电机的运动，将图像数据从缓冲单元中读出并发送到喷头，进而控制喷头的点火动作，将画面喷出。为便于系统调整。前端控制机备有参数存储器，以便适应不同系列、不同规格、不同机械参数的设备的参数调整要求。供墨单元负责接收装在二级墨盒中的浮子液位开关发回的液位信息，驱动油墨泵从初级墨盒向二级墨盒供给油墨

4、。12图2前端控制机的结构喷头小车驱动卷布辊驱动检测信号调理参数存储缓冲FIFO缓冲分配电路PCPPT端口喷头控制驱动供墨单元喷头数据驱动面板步进电机驱动器器伺服电机驱动器器PCCOM端口RS232MCS-51单片机转换电路喷头驱动板油墨泵像素数据SHUJU控制信号介质原点Z1.3数据传输数据传输机制是设计喷墨印刷机首先需要考虑的问题，不同的数据传输机制决定了不同的系统架构。考察数据传输机制首先需预估数据流量。喷墨印刷机是一个数据消耗系统，数据消耗的高峰在每行的喷印过程中。每行喷印所需的最高数据传输率也反映在这个时段。12为

5、保证喷墨印刷机长时间稳定工作，保证画面的连续性和饱和度，提供在印刷过程中对缺陷喷头的一定的容忍度，通常在喷墨印刷机中采用多喷头多次覆盖的印刷方法。此时，考虑数据传输流量时需同时考虑多个喷头的数据消耗。不同型号的喷墨印刷机采用不同的喷头数，常见的方案有如下三种：8喷头，四色，每色两个喷头16喷头，四色，每色四个喷头24喷头，四色，每色六个喷头XJ128喷头为128孔压电式喷头，喷孔间距为0.137mm，垂直于运行方向安装可同时打印128线，形成180DPI的色带。XJ128的最高点火频率为4.25kHz。若要保证喷出的画面在水

6、平和垂直方向上具备相同的分辨率，必须每隔0.137mm的运行距离点火一次。若用常规的3200mm的打印幅宽计算，每个喷头每行最多需点火23358次。XJ128的每个喷孔在喷墨时对应一个比特的像素数据，一个喷头一次点火需要128比特的数据。以16喷头的喷墨印刷机为例，如果16个喷头同时点火，则需要16×128bit=256Byte的数据准备。如果用4.25kHz的点火频率点火，每次点火前都更新数据，就需要1.038MBps的数据传输率。每行需要的数据量为5979648≈5.7MB。考察喷墨印刷机的工作方式，喷印以行为单位，每行

7、喷印的过程中以恒定的速度喷印，此时的数据输出速度必须保证为稳定的最高数据传输率。在每行的行端，喷头小车要进行加减速和换向，要卷动卷布辊进布，以便进行下一行的喷印。如果上位机能够保证以相同的速率传送像素数据，则问题就非常简单。但在实际应用中，除非使用实时操作系统，否则上位机不可能保证以均匀的速度传输数据。尤其是考虑到用户操作的方便性和软件界面的友好性，上位机的操作系统通常都采用不具备实时性的通用操作系统，如Windows98。这就要求在结构设计时必须提供一个缓冲机制，上位机将图像数据以猝发的方式发送到特定的缓冲区，而前端控制机

8、同步喷头小车的运行和图像数据的传输，以均匀的数据传输率从该缓冲区中将图像数据取出并发送到喷头。最简单的缓冲机制是使用双缓冲区，一个缓冲区负责接收下一行的图像数据，另一个缓冲区负责提供当前喷印行的数据。在喷印到当前喷印行的末端时，当前行的数据已经消耗完毕，此时如果下一行的数据已经准备就绪，则