一种简易可行CIJ式喷码机底层打印技术实现.docx

一种简易可行CLJ式喷码机底层打印技术实现 【摘要】随着当今工业的飞速发展，作为工业流水线上 不可缺少的配套标识设备—喷码机必须具备高速、稳定、 美观等多方面的要求。论文首先讨论了 CIJ式喷墨式喷码机 的工作原理，在对此原理具体分析后给出了一种简单可行的 基于FPGA的喷码机底层软、硬件实现，并制作了实验样机; 实验结果表明该设计突破了传统的喷码机设计方案，在喷印 质量、易操作性等多方面已全面超越目前市面上的传统喷码 机，且更易于实现。 【关键词】FPGA；连续喷墨式喷码机；相位检测；充电; 晶振驱动 CIJ式喷码机基本原理是墨水在压力作用下从单一喷嘴 不断喷出，经晶体振荡后发生断裂形成墨点；墨点经充电、 高压偏转后在运动的物体表面扫描成字［1］；大多使用在成 像要求低、需要高速度的包装市场，例如工业连续喷射式喷 码系统的速度最高可达每分钟1000英尺，大多数工业喷墨 打标系统都采用该技术［2］。 本论文的主要工作包括：首先详细分析CIJ式喷码机各 部分工作原理，接着给出各部分实现的硬件电路，最后编写 Verilog HDL程序写入FPGA、搭建硬件电路板并完成了最后 的测试，实验结果验证了本文所给出的底层打印软硬件技术 是有效的。 CIJ式喷码机基本工作原理 连续喷墨式喷码机基本工作原理如下：墨水在喷枪中压 力的作用下产生墨线，墨线在喷腔内部的晶体驱动杆的上下 振动的作用下，射出喷嘴后分裂成大小相等，间距一定的墨 滴；墨滴断开前“充电”电极如果有电压，该墨滴就会带电; 带静电的墨滴经过检测电极（用以反馈给主控电路寻找合适 相位）；最后，带电墨滴在高压偏转电场中发生偏转，从喷 头处射出，分别打在产品表面不同位置，形成所需各种文字、 图案等标识；而没有被充电的墨滴则落入回收槽，重新进入 机器内部的墨水循环系统。 下面详细讨论系统各部分详细的工作原理： 1.1墨滴产生过程 墨水在墨路系统压力作用下于喷嘴处构建了一个的挤 出系统，晶振柱由压电陶瓷和驱动杆组成，经高频电激励， 压电陶瓷产生高频超声振动（本设计中高频电激励信号为频 率为62. 5KHZ,峰值根据墨水粘度可调的正弦信号），带动驱 动杆在前端产生同频次的高频微量位移（上下伸缩抖动）。 油墨在压力的作用下进入喷腔，通过一个55微米孔径的喷 嘴射出连续的非常细微的墨线流，流经高频振动的晶振杆前 端而被高频声波切断[3],从而形成类似显像管里电子枪发 出的电子束流。 2墨滴的充电 墨滴充电指的是墨线靠近充电极板（电源正极）时，由 于静电感应现象产生的负电荷将分布于墨线尖端的表面 [4],此时墨滴从墨线断开时便会带负电，如图1所示，墨 线从喷枪喷头高速射出后，在晶振杆正弦信号的切割下会在 充电极附近分裂成墨滴，假如想给墨滴1充电，需要在墨滴 0断开后立即给充电极加正电，在静电感应的作用下会在墨 线尖端（即将断开的墨滴1）处感应出负电荷，维持充电极 电压不变一直等到墨滴1从墨线上断开，此时墨滴1就会带 负电，墨滴充电完成后，充电极板上的电压应立即断开，以 保证不会出现对墨滴2以及后面的墨滴进行充电。 图1墨滴充电原理图 1.3墨滴带电的检测 带电墨滴经过检测极时，会在检测极铜芯的另一端感应 出微弱的电压，可以根据该电压的大小判断充电极施加电压 相位是否合适。 1.4墨滴的偏转 类似于CRT显示器电子在高压下发生偏转的成像原理， 墨滴经过高压偏转后发生的侧移（字符的高度）与墨滴所带 电量成正比[5],与高压偏转极板间偏转电压成正比；字符 的宽度则与生产线的速度成正比，在此不再细述。 系统硬件电路规划 针对上述分析的喷码机基本原理，现逐一给出各部分解 决方案如下： 1墨滴产生电路 图2为正弦波产生电路的硬件结构：粗线代表器件，细 线为电气连线，虚线为信号，正弦小信号由FPGA编写cordic 迭代算法经DA产生，频率为62. 5KHz；后面经过一个推挽电 路激励高频变压器实现正弦电压的放大和隔离，用以驱动晶 振杆。 图2墨滴产生电路 2. 2墨滴充电电路 喷码机在工作过程中会根据喷印数据内容，通过按预存 的充电量大小控制充电电源电压，而使墨滴在此过程中感应 出数量不同的负电荷。当墨线进入充电极板间时，由FPGA 通过控制高速DA并经过功率放大从而决定充电极电压的大 小，墨线尖端感应出负电荷（理论上与充电极板电压成正 比），墨滴此时从尖端断开便会带一定量的负电荷。 2. 3墨滴带电检测电路 检测极为横截面光滑的铜芯，铜芯具有良好的导电性， 带电的墨滴在靠近检测极时，同样在铜芯表面产生感应电荷 [6],由于该信号十分微弱，需经放大电路将该检测信号放 大，再由此决定最合适的相位。 打印系统实现过程 打印控制的实现过程，主要分为两部分：相位检测和打 印时序控制。 在保证正弦波电压幅值、频率