一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统及方法，属于喷墨打印技术领域。该系统包括计算机计算平台、喷头驱动控制器、压电式打印喷头和CCD摄像机；所述喷头驱动控制器一端与计算机计算平台连接，另一端与所述压电式打印喷头连接；所述CCD摄像机与计算机计算平台连接；所述喷头驱动控制器产生适合于压电式打印喷头所需的驱动信号，同时进行驱动信号的时序控制；所述压电式打印喷头在喷头驱动控制器给出的驱动信号的作用下在墨腔中产生波动，波动传播到喷孔，形成墨滴；所述CCD摄像机捕获压电式打印喷头喷射出的墨滴的状态。

【技术实现步骤摘要】
一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统及方法
本专利技术属于喷墨打印
，具体涉及一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统及方法。
技术介绍
喷墨打印技术是一种在计算机控制下，通过将皮升量级的液滴喷射在多种打印基材上，实现高速度、高质量的点阵式、图形化的无板印刷工艺。此项技术具有污染小、能耗低、加工工艺简单、无需与基材接触、适宜于加工具有立体结构的产品等加工优势。目前，可供打印的墨水也可具备一定的物理特性，化学特性。不同于传统的文档打印，喷墨打印技术如今已经成为小规模电路精细加工中的一个低成本高精度的技术手段，并被认为是未来电路加工业产业发展的一个重要途径。目前，在工业应用上，对压电式打印喷头的使用最为广泛。由于喷墨打印技术在工艺领域应用情况多样，压电式喷头必须在不同的工作状态下以满足不同的应用需求。为此，工业上最常用的方法是根据所选用的压电式打印喷头参数、所使用的墨水特性以及对喷射墨滴状态要求等调整喷头驱动波形中参数，以满足不同打印分辨率、打印效率和打印质量的要求。但由于喷头的驱动波形中包含诸多可调整参数，基于人工经验、或基于网格的调整方式不仅费时费力，而且在喷头的使用过程中，随着喷头状态的漂移(主要是压电陶瓷疲劳现象所致)，喷头状态很难长期保持一致，极大地限制了喷墨打印技术的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统及方法，克服对压电式打印喷头调整费时过长、无法在打印过程中快速跟踪喷头状态漂移情况，实现对压电式打印喷头快速准确调整，同时能够实现对打印喷头实时跟踪调整的功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，包括计算机计算平台、喷头驱动控制器、压电式打印喷头和CCD摄像机；所述喷头驱动控制器一端与计算机计算平台连接，另一端与所述压电式打印喷头连接；所述CCD摄像机与计算机计算平台连接；所述喷头驱动控制器产生适合于压电式打印喷头所需的驱动信号，同时进行驱动信号的时序控制；所述压电式打印喷头在喷头驱动控制器给出的驱动信号的作用下在墨腔中产生波动，波动传播到喷孔，形成墨滴；所述CCD摄像机捕获压电式打印喷头喷射出的墨滴的状态；所述计算机计算平台对CCD摄像机捕获到的墨滴进行参数提取获得墨滴的表征参数，计算得到优化的墨滴驱动波形表征参数，将该优化的墨滴驱动波形表征参数传递给喷头驱动控制器，通过喷头驱动控制器控制压电式打印喷头挤出墨滴，实现对压电式打印喷头的实时调整。所述CCD摄像机安装在所述压电式打印喷头的正前方偏下的位置，其与压电式打印喷头的水平距离为0.5-0.6米，与压电式打印喷头的垂直距离为0.3-0.5米处。所述CCD摄像机采用高速工业CCD摄像机，最短曝光时间在微秒量级或以下；所述CCD摄像机的前端物镜的放大倍数在120倍以上。所述计算机计算平台包括墨滴状态参数提取单元、驱动波形表征参数提取单元和具有反馈机制的智能调整单元，具体如下：所述墨滴状态参数提取单元采用阈值分割算法从所述CCD摄像机获得的灰度图像中提取出墨滴的轮廓，确定每个像素所对应的物理距离，基于墨滴绝对轴对称假设，计算出墨滴尺寸、拖尾长度和卫星墨滴的数量；所述驱动波形表征参数提取单元根据所述墨滴尺寸、拖尾长度和卫星墨滴的数量以及压电式打印喷头工作原理，记录该墨滴所对应的驱动波形表征参数；所述具有反馈机制的智能调整单元根据当前墨滴对应的驱动波形表征参数与期望墨滴的驱动波形表征参数的差距，采用人工蜂群算法进行优化，得出一个优化的墨滴驱动波形表征参数，将该优化的墨滴驱动波形表征参数传递给喷头驱动控制器。所述喷头驱动控制器包括外壳，在所述外壳的上方设有驱动器CAN总线通信凹槽和压电式打印喷头信号线输出凹槽；在所述外壳内装有驱动器控制模块，该驱动器控制模块包括微控制器电路、CAN总线通信电路、驱动信号发生电路和电源电路；所述微控制器电路包括STC12C5A单片机及其外围电路，其通过CAN总线接收计算机计算平台发送的驱动波形驱动参数和压电式打印喷头的电压和时序控制；所述CAN总线通信电路包括TJA1050及其外围电路，实现所述STC12C5A单片机的串行通信接口与CAN总线通信接口的物理转换；在所述CAN总线通信电路上设有CAN总线通信接口，其通过所述CAN总线与计算机计算平台相连，该CAN总线通信接口位于喷头驱动控制器外壳上方的驱动器CAN总线通信凹槽处；所述驱动信号发生电路包括双极性串行数模转换芯片AD5752及其外围电路，产生适合于压电式打印喷头的所需的电压信号；在所述驱动信号发生电路上设有压电式打印喷头信号线输出接口，其通过压电式打印喷头信号线与压电式打印喷头相连，该压电式打印喷头信号线输出接口位于喷头驱动控制器外壳上方的压电式打印喷头信号线输出凹槽处；所述电源电路包括LM2940及其外围电路，将系统+24V直流电源降压到+5V，为微控制器电路、CAN总线通信电路、驱动信号发生电路及其他+5V系统供电。当驱动器控制模块接收到由零电压上升到最大正向电压的时间trP、最大正向电压VP、最大正向电压持续的时间tdP：、由最大正向电压下降到零电压的时间tfP、零电压持续的时间ti时，所述数模转换芯片AD5752产生所需的正极性梯形波；当驱动器控制模块接收到由零电压下降到最大反向电压的时间trN、最大反向电压VN、最大反向电压持续的时间tdN、由最大反向电压上升到零电压的时间tfN：时，所述数模转换芯片AD5752产生所需的负极性梯形波。利用所述系统实现的用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整方法，包括：(1)、设定期望墨滴的驱动波形表征参数trP,VP,tdP,tfP,ti,trN,VN,tdN,tfN；(2)、通过CCD摄像机捕获压电式打印喷头喷射出的墨滴；(3)、提取墨滴状态参数，所述墨滴状态参数包括墨滴尺寸、拖尾长度和卫星墨滴的数量；(4)、提取当前墨滴的驱动波形表征参数；(5)、将当前墨滴的驱动波形表征参数与期望墨滴的驱动波形表征参数逐一进行比较，如果每一个驱动波形表征参数的误差均在接受范围内，则将当前墨滴的驱动波形表征参数作为优化的驱动波形表征参数，进入第(7)步；如果差距不在接受范围内，进入第(6)步；(6)、利用人工蜂群算法对当前墨滴的驱动波形表征参数进行优化，得出优化的墨滴驱动波形表征参数；(7)、将优化的驱动波形表征参数输出到喷头驱动控制器；(8)、判断是否需要对期望墨滴的驱动波形表征参数进行更新，如果更新，则进入第(9)步；不更新，则返回第(2)步；(9)、将当前墨滴的驱动波形表征参数作为期望墨滴的驱动波形表征参数，然后返回第(2)步。所述步骤(4)中在提取驱动波形表征参数过程中，设定的评价函数如下，其中，w(1)和w(2)为设定系数，V是当前墨滴尺寸，Vt是期望墨滴体积，Ns是卫星墨滴数量。所述驱动波形表征参数需要满足下述条件：trP+tdP+tfP+ti+trN+tdN+tfN≤Ts-20usti≤2(trP+tdP+tfP)VP≥VNVP+VN≤28VVP,VN≥5VtrP,tdP,tfP,ti,trN,tdN,tfN≥0.1ustrP,tfP,trN,tfN≤0.5us其中，Ts为压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统包括计算机计算平台、喷头驱动控制器、压电式打印喷头和CCD摄像机；所述喷头驱动控制器一端与计算机计算平台连接，另一端与所述压电式打印喷头连接；所述CCD摄像机与计算机计算平台连接；所述喷头驱动控制器产生适合于压电式打印喷头所需的驱动信号，同时进行驱动信号的时序控制；所述压电式打印喷头在喷头驱动控制器给出的驱动信号的作用下在墨腔中产生波动，波动传播到喷孔，形成墨滴；所述CCD摄像机捕获压电式打印喷头喷射出的墨滴的状态；所述计算机计算平台对CCD摄像机捕获到的墨滴进行参数提取获得墨滴的表征参数，计算得到优化的墨滴驱动波形表征参数，将该优化的墨滴驱动波形表征参数传递给喷头驱动控制器，通过喷头驱动控制器控制压电式打印喷头挤出墨滴，实现对压电式打印喷头的实时调整。

【技术特征摘要】
2015.12.01 CN 20151085631081.一种用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统包括计算机计算平台、喷头驱动控制器、压电式打印喷头和CCD摄像机；所述喷头驱动控制器一端与计算机计算平台连接，另一端与所述压电式打印喷头连接；所述CCD摄像机与计算机计算平台连接；所述喷头驱动控制器产生适合于压电式打印喷头所需的驱动信号，同时进行驱动信号的时序控制；所述压电式打印喷头在喷头驱动控制器给出的驱动信号的作用下在墨腔中产生波动，波动传播到喷孔，形成墨滴；所述CCD摄像机捕获压电式打印喷头喷射出的墨滴的状态；所述计算机计算平台对CCD摄像机捕获到的墨滴进行参数提取获得墨滴的表征参数，计算得到优化的墨滴驱动波形表征参数，将该优化的墨滴驱动波形表征参数传递给喷头驱动控制器，通过喷头驱动控制器控制压电式打印喷头挤出墨滴，实现对压电式打印喷头的实时调整。2.根据权利要求1所述的用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述CCD摄像机安装在所述压电式打印喷头的正前方偏下的位置，其与压电式打印喷头的水平距离为0.5-0.6米，与压电式打印喷头的垂直距离为0.3-0.5米处。3.根据权利要求2所述的用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述CCD摄像机采用高速工业CCD摄像机，最短曝光时间在微秒量级或以下；所述CCD摄像机的前端物镜的放大倍数在120倍以上。4.根据权利要求3所述的用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述计算机计算平台包括墨滴状态参数提取单元、驱动波形表征参数提取单元和具有反馈机制的智能调整单元，具体如下：所述墨滴状态参数提取单元采用阈值分割算法从所述CCD摄像机获得的灰度图像中提取出墨滴的轮廓，确定每个像素所对应的物理距离，基于墨滴绝对轴对称假设，计算出墨滴尺寸、拖尾长度和卫星墨滴的数量；所述驱动波形表征参数提取单元根据所述墨滴尺寸、拖尾长度和卫星墨滴的数量以及压电式打印喷头工作原理，记录该墨滴所对应的驱动波形表征参数；所述具有反馈机制的智能调整单元根据当前墨滴对应的驱动波形表征参数与期望墨滴的驱动波形表征参数的差距，采用人工蜂群算法进行优化，得出一个优化的墨滴驱动波形表征参数，将该优化的墨滴驱动波形表征参数传递给喷头驱动控制器。5.根据权利要求4所述的用于压电式打印喷头的墨滴喷射状态调整系统，其特征在于：所述喷头驱动控制器包括外壳，在所述外壳的上方设有驱动器CAN总线通信凹槽和压电式打印喷头信号线输出凹槽；在所述外壳内装有驱动器控制模块，该驱动器控制模块包括微控制器电路、CAN总线通信电路、驱动信号发生电路和电源电路；所述微控制器电路包括STC12C5A单片机及其外围电路，其通过CAN总线接收计算机计算平台发送的驱动波形驱动参数和压电式打印喷头的电压和时序控制；所述CAN总线通信电路包括TJA1050及其外围电路，实现所述STC12C5A单片机的串行通信接口与CAN总线通信接口的物理转换；在所述CAN总线通信电路上设有CAN总线通信接口，其通过所述CAN总线与计算机计算平台相连，该CAN总线通信接口位于喷头驱动控制器外壳上方的驱动器CAN总线通...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瀚宁，何茂伟，苏卫星，何友国，梁晓丹，孙丽玲，刘芳，
申请(专利权)人：天津斯沃姆科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12