CN2379299Y - 高分辨率多功能彩色图像表面喷印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高分辨率多功能彩色图像表面喷印机,是由喷印头、喷印控制装置及机座构成,喷印头由基座、工作台、装有墨盒的悬臂梁组成;工作台安装在基座的上面,并与调整机构的蜗杆轴相固定;在基座上导轨基面处安装一供悬臂梁行进的圆导轨;X、Y、Z轴向驱动电机、滴墨墨盒的喷头受控于主控制电路。其可实现三维的调整,并可在工件渐变非平面上喷印图案文字,应用范围广,可适用于各种不同被喷涂工件。

Description

高分辨率多功能彩色图像表面喷印机

本实用新型涉及一种在被加工工件(金属、陶瓷、玻璃、纸制品和食品等)表面制作彩色图案文字(图形)的喷印设备，尤其涉及是一种高分辨率多功能彩色图像表面喷印机。

传统的表面图彩色图象加工工艺多为手工绘制、丝网漏印或彩色胶印，其加工效率低，制版周期长，制作成本高，而且已制成的版难以修改等：应运而生的各式图象喷印机一般也只是对薄平件的处理，对一些具有一定厚度或凸凹不平的加工部件则无能为力。

本实用新型的目的是提供一种高分辨率多功能彩色图像表面喷印机，其适用范围广且制图快捷、编辑灵活。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：一种高分辨率多功能彩色图像表面喷印机，是由喷印头、喷印控制装置及机座构成，所述的喷印头由基座、工作台、装有滴墨墨盒的悬臂梁组成；工作台安装在基座的上面，并与可调整工作台与悬臂梁之间距离的调整机构的蜗轴相固定；在基座上导轨基面处安装一供悬臂梁在Y方向行进的圆导轨；滴墨墨盒X向往复运动的驱动皮带、悬臂梁Y轴向行进的驱动皮带受牵于X、Y轴向驱动电机；Z轴向驱动电机与调整机构联接，X、Y、Z轴向驱动电机、滴墨墨盒的喷头受控于主控制电路。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的结构示意图

图2为喷印头结构示意图

图3为调整机构结构示意图

图4为滚动运动机构结构示意图

图5为工作时墨盒沿X与Y方向运动轨迹图

图6为本实用新型电控制原理方框图

图7为本实用新型电原理图(Z轴电路)

图8为本实用新型电原理图(X、Y微处理器)

图9为本实用新型电原理图(X、Y存储器)

图10为本实用新型电原理图(门阵电路)

图11为本实用新型电原理图(X、Y驱动器、喷头驱动器)

图12为本实用新型电原理图(电源部分)

如图1所示，本实用新型由喷印头1、喷印控制装置2及机座3构成。为监视图像处理效果，可配有显示器4。

喷印头1是本实用新型的一个非常重要的执行机构，如图2所示它由以下的几个部分组成：基座101、工作台102、悬臂梁103。

基座101是安装工作台、悬臂梁的基础，它采用铝合金铸造而成；工作台102安装在基座的上面，并可以通过安置在工作台下的调整机构调节工作台与悬臂梁之间的距离。调整机构采用了典型蜗轮蜗杆机构(参见图3)，蜗杆501与X轴向步进电机连接，蜗轮502是特别设计的，它的内孔加工成梯形螺纹；与它相配合的蜗轮轴504同时加工成一根梯形螺纹轴，蜗轮502安装在蜗轮壳体503中，当蜗轮旋转时它的内孔上的梯形螺纹螺母同时旋转，并使得不做旋转运动的蜗轴504作轴向的移动，蜗轴的一端与工作台102相固定，当蜗轴作轴向移动时同时可带动工作台移动而达到调节工作台与悬臂梁之间的距离目的。

喷印头的悬臂梁103安装在基座101上，在基座上的导轨基面处安装了一根圆导轨1011，以保证悬臂梁在Y轴方向移动时的运动精度，导轨的安装和加工精度要求比较高，导轨在全长上不直度的误差不大于0.01毫米。

与圆导轨相接触的是安装在悬臂梁下部的为保证悬臂梁在Y轴方向上运动时减少摩擦阻力的滚轮1012(如图4所示)，滚轮共有两排，每排有两个滚轮。悬臂梁在Y轴方向的运动采用滚轮，其目的是为减少悬臂梁在Y轴方向运动时的摩擦阻力，使悬臂梁在Y轴方向做运动时不丢步。

工作时悬臂梁要沿着安装在基座上与Y轴平行的圆导轨运动，而悬臂梁的总重量约1.5公斤，Y轴方向的驱动是由步进电机、齿轮、齿型带实现的。

采用悬臂梁设计方案的另一考虑是从实际应用时为方便放置喷印工件程度而定的。

在悬臂梁的悬臂中安装了一根与悬臂梁平行的圆柱导向轴1031(即X轴)，墨盒1032及墨盒安装架就安装在这一轴上，工作时墨盒及墨盒安装架沿圆柱导向轴(X轴向)做往复运动，运动坐标参见图5，工作过程如下：墨盒安装架及墨盒(以下简称墨盒)首先沿X轴由X’向Xmax移动，当墨盒移至Xmax后墨盒向相反方向移回X’处，此时墨盒沿Y轴方向由Y’向Ymax方向移动一个单位ΔY；墨盒就又沿X轴方向由X’向Xmax方向移动一个往返，此时墨盒又沿Y轴方向由Y’向Ymax方向移动一个单位ΔY；墨盒就又沿X轴方向由X’向Xmax方向移动一个往返，就这样墨盒在X轴方向反复的运动，而同时又不停地完成Y轴方向由Y’向Ymax点的运动。墨盒的运动轨迹就将整个X’-Xmax与Y’-Ymax所包络的平面全部扫描了一遍；在墨盒扫描的同时，墨盒在数据处理器的控制下将以三基色的配色原理组合成的各种不同颜色滴喷在所需要的位置，以形成所需的图案。墨盒安装架与圆柱导向轴之间采用滑动摩擦配合，这是因为墨盒及墨盒安装架的重量很轻，采用滑动摩擦配合不会影响在X轴方向上的运动；墨盒的驱动是由步进电机带动齿轮、齿型带、牵动墨盒架及墨盒做X轴方向的往复运动的。

为了保证高分辨率多功能彩色图像表面多功能喷印机的喷印头在工作时扫描喷绘出的图案的质量，要求喷印头与被喷印物表面的距离始终保持在一定范围内，不可过大或过小(一般应在1-3mm)之间；这就是说要求喷印头与被喷印物表面的距离要Z轴向进行调整，本机器在Z方向的调整机构就是为解决这问题的，Z方向的调整是由驱动电机带动蜗轮蜗杆机构，从而推动与蜗杆轴相固定的喷印头的工作台移动，改变工作台与墨盒之间的距离，达到调整目的。

以上墨盒及墨盒安装架在X轴方向以及悬臂梁在Y轴方向的运动和工作台在Z轴方向的运动，是由安装在X、Y、Z轴上的三只驱动电机完成的，为保证在X、Y、Z三个方向上的协调一至；三只电机采用了步进电机，并由主控制电路控制，由其数据处理器发出指令给X、Y、Z三轴向的驱动电机，使三个轴向的运动单元可以协调一致。

悬臂梁采用了薄钢板加工而成，在一侧安装了墨盒架、圆导轨，而另一侧安装了驱动墨盒的电路控制板以及控制墨盒和悬臂梁运动的位移传感器，用以控制和反馈墨盒、悬臂梁的运动状态。

在X轴方向，步进电机带动一齿轮，齿轮是安装在步进电机轴上的，齿轮带动一在X轴方向上的与墨盒架相联接固定的齿型带1033实现传动的。

在Y轴方向，一齿型带与悬臂梁相联接固定，当步进电机接运动指令后每动一步即可带动悬臂梁移动一步。

在这里采用齿轮及齿型带传动的目的是为了防止当电机运动时X轴上的墨盒架和Y轴上的悬臂梁因丢步而造成运动的不协调。

机座3采用不锈钢板料加工成直角状后，焊接成一立体框架。在框架的外表面加装由特殊材质的耐火材料板制成的外装饰板，外装饰板的表面采用橡木纹理的装饰图案，木本色，表面有相当的硬度，防火、阻燃、耐磨并有一定能抗钝器划伤的性能。

机器的底部安装了四只脚轮，以便于机器在使用中移动位置，另外在机器的底部同时安装了三只支撑座，它是由丝杠和丝母组成，当机器移动至工作位置后，将三只支撑座调整至与地面接触并支撑起机器，使四只脚轮不在与地面接触，从而将机器相对固定在工作位置，支撑座采用三点，可以稳定，也便于调整机器的水平。

图6为本实用新型电控制原理方框图，从图中可示出，本实用新型可以通过附加的信息采集器，如：扫描器、视频摄像机、摄像头、数字照像机随时采集需要的信息，以满足需求。采集信息时如使用数字照像机可以到远离高分辨率多功能彩色图像表面喷印机的地方工作，而后将数字照像机带回到高分辨率多功能彩色图像表面喷印机处用数字接口将数字照像机中所储存的信息通过传输电缆输入高分辨率多功能彩色图像表面喷印机中进行编辑处理。摄像头是用于现场图像采像集的，不能运离高分辨率多功能彩色图像表面喷印机。

扫描器、视频摄像机和数字照相机是高分辨率多功能彩色图像表面喷印机的三个图像数据信息输入设备。它们分别将现已存的彩色图像经扫描仪转变成为数字信号，现场用视频摄像机摄取彩色图像和随时随地由数字照相机拍摄的数字彩色图像信号，经过各自的接口电路板输至数字图像信号处理器。

高速中央数据处理单元，数据存储器和相应的数据处理软件组成了数字图像信号处理器，对数字彩色图像进行各种艺术加工和编辑处理。图像处理的结果即刻显示在彩色图像显示终端器上。键盘输入器和鼠标控制器是人机对话的窗口。

由数字图像信号处理器送出的喷印控制信号和X、Y轴电机控制信号，经喷印头与电机驱动电路板上各自相应电路的放大和驱动，分别控制三彩色喷料从喷印头的喷口喷出和协调X轴电机和Y轴电机的起止动作。

Z轴控制电路是一个闭环的自动控制回路，参见图7，电磁涡流传感器作为回路的测距输入设备，它实际上是一个电感线圈，当金属板垂直地接近它时，线圈中的交变电磁场便感应到金属板上，并产生“电涡流”。由于涡流磁场作用，线圈的等效参数将随之发生变化，测定其变化量即可得到测距数据。由Z轴传感器送来的信号经J102插座送入Z轴电路。经U101的放大和整形再送到Z轴微处理器J102的P3.1口。经U102的计算处理，由P1.6和1.7口给出Z轴电机的双向控制信号，并分别经由U103和U104的驱动放大后，从J101送到Z轴驱动电机。产生电涡流的金属板表面即为Z轴的基准面，与被喷印件的表面精确地处于同一水平面上，并随同喷印件的Z轴平台一齐做Z方向的受控随动运动。电磁涡流传感器固定在与喷印头的喷口同一水平面上，随同喷印头的Y轴平台一齐做Y方向的受控随动运动，以保证喷印头的喷口与被喷件的表面在喷印的全过程中保持恒定的相对间距。最佳相对间距由数字图像信号处理器选定，并通过单片微处理器控制Z轴电机执行。

图8-图10为本实用新型电路控制中X、Y轴向部分电控制原理图

图11为X、Y轴电路和喷头控制电路：

由X轴传感器和Y轴传感器送来的信号分别从J202和J203插座进入X、Y轴电路。X轴和Y轴的信号在门阵U209中配合软件进行信号的初处理，再由计算机单元做进一步的计算，J201再次送到门阵电路中。U201配合U204到U209共同，Y轴和喷印头控制微处理器电路。微处理器给出的信号经门阵电路分别形成喷印头控制轴和Y轴信号。X轴信号由驱动器U301的放大，经J302送到X轴电机；Y轴信号由驱动器U302的放大，经J303送到Y轴电机；喷头控制信号经由Q305到Q315组合，经J301送到彩色喷头墨盒及黑色喷头墨盒。

图12为本实用新型电源部分电原理图，电源电路采用开关稳压电源，将220V交流市电变成Y，Y，Z轴和喷头电路所需的+55V，+24V和+42V的直流电源。本机采用全自动交流稳压器作为全机的交流供电的稳定器，以提供220V+1％的交流电供应

本机采用普通的奔腾或奔腾II计算机作为计算单元，进行图像信号处理和X，Y轴以及喷头主信号处理及主控制信号处理。数字照相机，视频摄像机和扫描仪向计算机提供各种原始数据信息。

本机采用全自动交流稳压器作为全机的交流供电的稳定器，以提供220V+1％的交流电供应。

本实用新型的工作过程如下：

一、将需要喷绘的文稿或图片给数据输入装置(扫描仪)，数据输入装置将所取得的数据信息传给数据处理器，而后由数据处理器编辑处理，纺织处理的过程使用专用操作软件使得处理过程简便快捷，稿件在编辑处理时可以灵活地对原稿添加文字内容，改变颜色***图形、图像等；并在显示器上直观的监视其编辑处理效果，经数据处理器所处理数据信息的过程可以重复进行，直到显示器上的图案或文字达到满意。

二、将所处理的图案及文字的数字信息通过数据传输电缆传输给喷印头，喷印头即刻将数据信息转化为图案、文字点迹将墨喷在塑料制品及金属制品表面；如采用可食用墨汁可以将处理后的图案及文字喷涂在食品表面；如：饼干、蛋糕。墨合中的墨共有四种颜色分别为：红色、黄色、蓝色、黑色；红、黄、蓝三色在数据处理器的控制下以据三基色的配色原理组合成几百种不同的颜色，同时也可以组成黑色，机器中加入黑色墨水目地是为节省红、黄、蓝三种颜色。

高分辨率多功能彩色图像表面喷印机可以作为一般单件图案文字的喷印，也可以作为有一定数量的图案文字的喷印工作，它即可在平面上喷印，也可以在凸状的渐变面上喷印图案文字，在不同的材料表面喷图时要使用不同的墨。

采用可食用的墨可以在食品的表面喷出图案文字，在烘烤的食品如饼干、蛋糕的表面喷出图案会很能引发人们的兴趣，特别是在奶油蛋糕上，可以喷出生日的祝词，也可以喷绘上人物的像，及风景像使生日蛋糕变的别开生面。

本实用新型的优点是：

1、应用范围广，可适用于各种不同被喷涂工件。

2、由于自动编辑自动处理，自动控制协调X、Y、Z轴的行迹，使得其喷印不但适用于小批量单件的制作，也适应于大批量的生产过程。

Claims (3)

1、一种高分辨率多功能彩色图像表面喷印机，是由喷印头、喷印控制装置及机座构成，其特征在于：所述的喷印头由基座、工作台、装有滴墨墨盒的悬臂梁组成；工作台安装在基座的上面，并与可调整工作台与悬臂梁之间距离的调整机构的蜗轴相固定；在基座上导轨基面处安装一供悬臂梁行进的圆导轨；滴墨墨盒X向往复运动的驱动轴、悬臂梁Y轴向行进的驱动轴受牵于X、Y轴向驱动电机；Z轴向驱动电机与调整机构联接，X、Y、Z轴向驱动电机、滴墨墨盒的喷头受控于主控制电路。

2、根据权利要求1所述的高分辨率多功能彩色图像表面喷印机，其特征在于：在基座上导轨基面处安装一供悬臂梁行进的圆导轨。

3、根据权利要求1所述的高分辨率多功能彩色图像表面喷印机，其特征在于：悬臂梁下部安装与圆导轨相接触的滚轮。

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