一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统及优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统及优化方法，系统通过上位机控制压电驱动模块来驱动喷头喷射墨滴；同时，墨滴监测系统连续采集墨滴下落过程中的多幅图像并进行图像对比和分析，判断是否有卫星液滴产生，并将数据结果传输至上位机；上位机分析数据结果后控制温度调控系统对压电喷头自动调温，并将实时温度值反馈回上位机，从而消除卫星液滴的产生。本发明专利技术不受打印墨水种类限制，适用范围广，自动化程度高，无需人为干涉即可自动消除墨水温度设定误差、喷嘴磨损和喷嘴表面老化等产生的卫星液滴，为高质量且无杂散卫星点的超高精度图形化喷墨印刷提供保障。

【技术实现步骤摘要】
一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统及优化方法
本专利技术涉及印刷电子
，特别是一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统及优化方法。
技术介绍
近年来，由于科技的不断进步以及喷墨打印技术应用成本的逐步降低，工业喷墨打印技术的应用日益广泛，其中微压电喷墨打印技术在工业喷墨打印领域中居于主导地位。当前压电式喷墨打印头在工商业中的应用已经不再局限于中高端户外广告喷绘，而是逐步拓展至印刷显示器件制造领域，如有机电致发光OLED器件(特别是有机全彩显示屏)，LCD中的彩色滤光片，有机薄膜场效应晶体管，LED封装和可穿戴电子器件等，受到学术界和产业界越来越广泛的关注。压电喷墨打印技术作为一种无接触、无压力、无掩模的印刷技术，可以将很小的液滴(体积为皮升或者飞升)精确喷涂在所需的位置，溶剂挥发干燥固化后形成薄膜，故而容易形成分辨率极高的显示器件。在超高精度印刷过程中，墨滴的状态是影响印刷质量的关键因素，而墨滴的状态很大程度上受墨水性质和压电喷头温度的影响。其中，喷头温度的高低会严重影响墨水粘度和表面张力的大小：温度过低，导致粘度和表面张力过大，墨滴不容易喷射出；温度过高，导致粘度和表面张力过小，喷射过程中容易产生卫星液滴，卫星液滴的存在说明了印刷墨水粘度和表面张力未达到最佳印刷条件，这会导致基板上的墨水干燥后形成的薄膜分布不均匀，降低印刷质量。因此，压电喷墨印刷对墨水的要求较高，可适用于印刷的墨水种类也受到严格的限制，在每次更换墨水印刷前，必须确定最佳的喷头温度。传统的解决办法是在印刷前，配置粘度和表面张力符合喷头规定范围的墨水，再由专业的测试人员反复调试设备，直至肉眼无法在监测端观察到卫星液滴为止，不仅耗时耗力，其检测难度也较大。同时，若在印刷过程出现一定量的卫星液滴，将无法通过有效手段监测到并消除，最终导致印刷后的成品质量低下。因此，有必要研究能够解决现有方法存在的问题，对压电喷头自动调温以监控和消除卫星液滴的新技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于解决传统压电喷墨过程中卫星液滴的产生，无法做到自动消除卫星液滴的不足，提出一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统，可以实现卫星液滴的实时自动监测和分析，自动调节压电喷头温度，直至卫星液滴消除为止，并确定出压电喷头最佳温度。本专利技术的第二目的在于提出一种可提高印刷精度的墨水压电控制优化方法。本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统，包括上位机、墨滴喷射控制系统、墨滴监测系统和温度调控系统，墨滴喷射控制系统包括供墨模块、压电驱动模块和压电喷头，温度调控系统包括主控模块、温度采集模块和调温模块；其中，供墨模块和压电驱动模块分别连接压电喷头，压电驱动模块连接上位机，并接收上位机指令以控制压电喷头喷射墨滴；墨滴监测系统连接至上位机，墨滴监测系统连续采集墨滴下落过程中的多幅图像并发送给上位机进行图像分析，判断是否有卫星液滴产生；上位机通过主控模块连接至温度采集模块和调温模块，温度采集模块连续采集压电喷头的温度数据，上位机通过主控模块接收温度数据，并根据温度数据和图像分析结果生成相应的控制指令，主控模块接收上位机的控制指令并根据该控制信号控制调温模块的工作状态，以对压电喷头自动调温，从而消除卫星液滴的产生。优选的，供墨模块采用气压泵和储墨装置；压电驱动模块采用任意波形发生卡和电压放大器，上位机通过任意波形发生卡连接电压放大器，电压放大器连接压电喷头，任意波形发生卡采用PCI/PCIe总线传输协议与上位机通信；墨滴监测系统包括LED频闪灯、光源控制器、CCD，上位机连接CCD以及通过任意波形发生卡连接光源控制器，光源控制器连接LED频闪灯。优选的，温度调控系统还包括数据转换模块，主控模块通过数据转换模块连接上位机；主控模块采用数据处理芯片，数据转换模块采用串口转换模块，温度采集模块采用温度传感器，调温模块采用加热垫和连接主控模块及加热垫的单路继电器。本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现：一种可提高印刷精度的墨水压电控制优化方法，所述方法应用于本专利技术第一目的所述的可提高印刷精度的墨水压电控制系统，包括如下步骤：S1、先令供墨模块中的墨水输送至压电喷头，并使喷嘴处弯液面与喷嘴边缘持平；S2、上位机给定指令给压电驱动模块，控制压电驱动模块喷射墨滴；S3、在喷射的过程中，墨滴监测系统利用相位延迟技术采集墨滴下落过程中的多幅图像，并将图像发送到上位机；温度采集模块连续采集压电喷头的温度数据，并通过主控模块将温度数据发送到上位机；S4、上位机对采集到的多幅图像进行灰度转换、降噪、二值化和轮廓提取，将轮廓提取得到的墨滴轮廓图像与预先设定的标准墨滴轮廓图像进行对比分析，判断是否有卫星液滴产生；再根据分析结果和温度数据生成相应的控制信号；S5、主控模块接收上位机的控制信号，并根据该控制信号控制调温模块的工作状态，以对压电喷头自动调温，从而影响下落墨滴温度，减少卫星液滴的产生；S6、经过多次温度调控，上位机最终得到喷墨最佳温度。优选的，在步骤S4中，上位机对采集到的多幅图像进行灰度转换、降噪、二值化和轮廓提取，过程具体是：先将图像从RGB色彩空间转换成HSL色彩空间，得到HSL图像，然后提取出亮度平面，得到灰度图像；然后采用二维中值滤波法对灰度图像进行降噪：先将整幅灰度图像按像素点数目均分成数个像素群，每个像素群结构为n*m，n、m＞1且为奇数，再对每个像素群里面的n*m个像素点的灰度值进行升序排序，取中间灰度值作为该像素群所有像素点的灰度值，以消除噪声点；再根据预设的一个灰度阈值T，将构成灰度图像的像素群分成两部分，小于灰度阈值T的像素点呈现黑色，大于灰度阈值T的像素点呈现白色，从而将彩色图像转换成黑白图像；最后对黑白图像做轮廓提取处理：根据预设的一个灰度值范围，确定滤波降噪后的灰度图像中位于该灰度值范围内的像素点，从黑白图像中提取出这些像素点所对应的黑色像素点，从而得到墨滴轮廓图像，上位机最终显示该墨滴轮廓图像。优选的，在步骤S4中，将轮廓提取得到的墨滴轮廓图像与标准墨滴轮廓图像进行直径对比，若提取出来的墨滴的直径小于标准墨滴直径的三分之一，说明有卫星液滴产生；主控模块在有卫星液滴产生的情况下，控制调温模块停止工作，以冷却压电喷头，进而增大墨水的粘度和表面张力，消除卫星液滴的产生。优选的，温度采集模块以ΔT时间为间隔，定时获取一次压电喷头的温度数据；上位机将温度数据实时绘制成波形图表，在循环多次温度调控过程后，最终波形图表中的温度曲线趋于平缓，若温度实时更新值与上一循环温度更新值差值小于设定的温度阈值，则判定此次温度更新值即为最佳喷墨温度。优选的，步骤S2具体是：上位机给定指令控制任意波形发生卡输出脉冲信号，脉冲信号经由电压放大器升压后加至压电喷头的正负接线端，利用压电材料的逆压电效应使墨滴喷射。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术系统通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统，其特征在于，包括上位机、墨滴喷射控制系统、墨滴监测系统和温度调控系统，墨滴喷射控制系统包括供墨模块、压电驱动模块和压电喷头，温度调控系统包括主控模块、温度采集模块和调温模块；/n其中，供墨模块和压电驱动模块分别连接压电喷头，压电驱动模块连接上位机，并接收上位机指令以控制压电喷头喷射墨滴；/n墨滴监测系统连接至上位机，墨滴监测系统连续采集墨滴下落过程中的多幅图像并发送给上位机进行图像分析，判断是否有卫星液滴产生；/n上位机通过主控模块连接至温度采集模块和调温模块，温度采集模块连续采集压电喷头的温度数据，上位机通过主控模块接收温度数据，并根据温度数据和图像分析结果生成相应的控制指令，主控模块接收上位机的控制指令并根据该控制信号控制调温模块的工作状态，以对压电喷头自动调温，从而消除卫星液滴的产生。/n

【技术特征摘要】
1.一种可提高印刷精度的墨水压电控制系统，其特征在于，包括上位机、墨滴喷射控制系统、墨滴监测系统和温度调控系统，墨滴喷射控制系统包括供墨模块、压电驱动模块和压电喷头，温度调控系统包括主控模块、温度采集模块和调温模块；
其中，供墨模块和压电驱动模块分别连接压电喷头，压电驱动模块连接上位机，并接收上位机指令以控制压电喷头喷射墨滴；
墨滴监测系统连接至上位机，墨滴监测系统连续采集墨滴下落过程中的多幅图像并发送给上位机进行图像分析，判断是否有卫星液滴产生；
上位机通过主控模块连接至温度采集模块和调温模块，温度采集模块连续采集压电喷头的温度数据，上位机通过主控模块接收温度数据，并根据温度数据和图像分析结果生成相应的控制指令，主控模块接收上位机的控制指令并根据该控制信号控制调温模块的工作状态，以对压电喷头自动调温，从而消除卫星液滴的产生。


2.根据权利要求1所述的墨水压电控制系统，其特征在于，供墨模块采用气压泵和储墨装置；压电驱动模块采用任意波形发生卡和电压放大器，上位机通过任意波形发生卡连接电压放大器，电压放大器连接压电喷头，任意波形发生卡采用PCI/PCIe总线传输协议与上位机通信；
墨滴监测系统包括LED频闪灯、光源控制器、CCD，上位机连接CCD以及通过任意波形发生卡连接光源控制器，光源控制器连接LED频闪灯。


3.根据权利要求1所述的墨水压电控制系统，其特征在于，温度调控系统还包括数据转换模块，主控模块通过数据转换模块连接上位机；
主控模块采用数据处理芯片，数据转换模块采用串口转换模块，温度采集模块采用温度传感器，调温模块采用加热垫和连接主控模块及加热垫的单路继电器。


4.一种可提高印刷精度的墨水压电控制优化方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1～3中任一项所述的可提高印刷精度的墨水压电控制系统，包括如下步骤：
S1、先令供墨模块中的墨水输送至压电喷头，并使喷嘴处弯液面与喷嘴边缘持平；
S2、上位机给定指令给压电驱动模块，控制压电驱动模块喷射墨滴；
S3、在喷射的过程中，墨滴监测系统利用相位延迟技术采集墨滴下落过程中的多幅图像，并将图像发送到上位机；温度采集模块连续采集压电喷头的温度数据，并通过主控模块将温度数据发送到上位机；
S4、上位机对采集到的多幅图像进行灰度转换、降噪、二值化和轮廓提取，将轮廓提取得到的墨滴轮廓图像与预先设定的标准墨滴轮廓图像进行对比分析，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁洪龙，赵杰，彭俊彪，姚日晖，许伟，刘泰江，梁宏富，张观广，陈楠泓，李依麟，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44