隨著可變條碼、標(biāo)識技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。諸如物流中的貨物跟蹤、產(chǎn)品防偽防串貨每一產(chǎn)品或包裝上唯一條碼標(biāo)識技術(shù),已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的條碼都采用預(yù)印制方式,而預(yù)印制方式已不能滿足在每個產(chǎn)品或包裝上生成不同的條碼。在原噴碼機(jī)的基礎(chǔ)上,研發(fā)新一代具有噴印可變條碼功能的噴碼機(jī),成為一種發(fā)展趨勢，國內(nèi)外噴碼機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,對不同工作方式的當(dāng)前主流噴碼機(jī)作了簡單介紹,重點(diǎn)介紹了連續(xù)式和按需式兩種不同工作方式的墨水噴碼機(jī),并對其進(jìn)行性能的優(yōu)越性對比。選用麥太爾的兩款按需式噴頭作為研究。
按需式壓電打印頭的油墨噴射多采用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行測量,根據(jù)激光多普勒速度測量儀測得的速度和圖像可視化系統(tǒng)獲得的圖像數(shù)據(jù),對打印頭的性能進(jìn)行全面了解。在模擬操作條件的情況下觀察壓電式打印頭的工作狀況,從而確定印刷密度的最優(yōu)參數(shù)。結(jié)果表明印品質(zhì)量不精確的主要原因是由衛(wèi)星式液滴造成的。對壓電推拉式按需噴墨印刷頭進(jìn)行計算機(jī)仿真,主要進(jìn)行墨滴噴射和墨滴向印刷介質(zhì)轉(zhuǎn)移過程的仿真。
噴墨打印技術(shù)的基本工作原理是根據(jù)計算機(jī)指令將油墨從微小的噴孔直接噴射至承載物的指定位置上，從而形成預(yù)制圖形。隨著打印噴頭性能的逐步提升以及新型油墨材料的使用，其應(yīng)用范圍不僅僅局限于辦公領(lǐng)域，已成功擴(kuò)展到電子電路加工、智能紡織品、微電子機(jī)械系統(tǒng)制備等制造領(lǐng)域，呈現(xiàn)出加工精度高、速度快、低污染、低能耗等優(yōu)勢。
噴頭作為打印系統(tǒng)的核心部件，其工作狀態(tài)直接影響印刷的質(zhì)量和打印效率。而噴頭的工作狀態(tài)具體反映在其噴射出的液滴體積、液滴速度等方面，其中：液滴體積直接影響打印分辨率，還決定墨點(diǎn)的沉積厚度；液滴速度影響墨點(diǎn)位置偏差以及撞擊基板的效果；液滴不僅會影響打印的分辨率，還會造成墨點(diǎn)誤連等現(xiàn)象。由此可見，實(shí)現(xiàn)噴頭噴射液滴狀態(tài)優(yōu)化是保障打印系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精確運(yùn)行的基礎(chǔ)，這其中涉及到機(jī)理建模、參數(shù)優(yōu)化與控制、圖像檢測等一系列問題，引起了專家和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。 本文以壓電式按需打印噴頭為背景，在查閱和分析國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)型的集總參數(shù)模型，用于實(shí)現(xiàn)噴頭工作狀態(tài)模擬和參數(shù)優(yōu)化；充分考慮基于模型的噴頭狀態(tài)優(yōu)化控制中存在的不足，設(shè)計了基于檢測的液滴噴射狀態(tài)調(diào)整系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了液滴狀態(tài)閉環(huán)反饋控制。本文的具體研究工作概括如下：
1.在深入分析壓電式按需打印噴頭組成結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，研究了適于模擬壓電式按需打印噴頭工作情況的集總參數(shù)模型；針對原始集總參數(shù)模型仿真精度不高、動態(tài)跟蹤性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，引入多種壓電陶瓷等效模型，分別對原始模型進(jìn)行改進(jìn)；并采用模型仿真與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果證明了改進(jìn)模型在液滴狀態(tài)模擬精度上的優(yōu)勢。
2.在改進(jìn)的壓電式按需打印噴頭集總參數(shù)模型基礎(chǔ)上，采用遍歷方式對驅(qū)動波形參數(shù)進(jìn)行了低維度搜索；同時，針對多維驅(qū)動波形參數(shù)優(yōu)化問題，引入人工蜂群算法，以克服遍歷搜索效率低、適用性差等局限性。通過仿真實(shí)例證明上述方法的有效性。 3.針對液滴狀態(tài)檢測問題，采用OTSU多閾值分割技術(shù)提取液滴的圖像信息，為克服基于遍歷搜索的多閾值分割運(yùn)行時間長這一缺陷，設(shè)計了具有分層結(jié)構(gòu)的人工蜂群算法實(shí)現(xiàn)閾值搜索，通過仿真試驗(yàn)證明上述方法在求解液滴輪廓提取問題中具有收斂精度高，速度快的特點(diǎn)；并可在基礎(chǔ)上，較為精確地計算出液滴速度、體積和衛(wèi)星液滴。 4.針對模型方法中噴頭內(nèi)部參數(shù)存在誤差、基于離線模擬難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)整的不足，設(shè)計了一種具有反饋結(jié)構(gòu)的噴頭驅(qū)動參數(shù)在線優(yōu)化系統(tǒng)；在液滴噴射狀態(tài)檢測的基礎(chǔ)上，分別采用人工蜂群算法、PSO算法、遺傳算法等方法實(shí)現(xiàn)驅(qū)動波形參數(shù)優(yōu)化，通過對多個液滴狀態(tài)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明系統(tǒng)的有效性。 |
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