连续喷墨式喷码机的设计研究

连续喷墨式喷码机的设计研究

徐强

广州易达包装设备有限公司510530

摘要：随着电子计算机技术的迅速发展，许多行业正努力实现工业自动化，使自身产品生产变得越来越高效化、标准化。产品标记是一个产品生产线上的最后一道工序，为了提高标记效率，多采用喷码技术，因此，目前对喷码技术在产品质量把控、跟踪以及产品管理分类应用越来越广泛。现如今，国内关于喷码技术核心尚不完善，因此，国内主要市场长期被国外产品所占据，致使我国喷码技术发展缓慢。国外喷码机无论基本技术，还是核心技术都做的较好，产品使用者也都给于好评，但始终避免不了成本高，维护技术复杂、费用高等关键性问题。因此，对于现代化工业发展来说，必须加快喷码机的技术研究步伐。

关键词：喷码机；连续喷墨式；结构设计；技术研究

前言：

本文首先简述了喷码机的发展背景和发展趋势，然后介绍了连续喷墨式喷码机的基本工作原理，并总结出一套实用性的设计方案。在基本了解喷码机的基本工作设计原理之后，又对喷码机的整体设计结构进行了重点分析，并作出设计方案。喷码机的组成部分较多，控制系统较复杂，而喷码机的要求是必须具有实用性，所以本文对喷码机自身结构加以研究分析，并给出整体性的研究设计方案。

1、连续喷墨式喷码机的发展背景和趋势

“喷墨编码”即喷码，又称非接触式印刷。就是为产品或产品包装进行基本信息的标记的一种自动化设备，比如：产品编号、有效日期、批号、徽标、品名等产品信息。喷码机利用高压电场控制带电墨滴的偏转，从而实现产品编码，是一种高科技的全自动化的机械设备。目前，国内外的喷码机都存在着一些不可避免的技术问题，但喷码技术技术总的发展趋势是高效、实用、易维护，另外，为顺应人们的意向，操作界面将会更人性化，使用更加方便灵活。此外，科技的迅速发展和新型材料的产生都将对喷码技术的未来发展产生深远影响，其意义重大。

2、连续喷墨式喷码机的总体分析

在对国外喷码机进行了长期的技术分析之后，对喷码机技术进行了深度研究，以下便是对其研究成果的呈现，根据其工作原理和现有的喷码技术经验，总结出了一套实用性强的喷码设备的设计方案，并对系统的各个模块进行单独分析。

2.1喷码机的工作原理

连续喷墨式喷码机是一种由微处理器控制的非接触式喷墨标识设备。主要是靠控制内部齿轮和机器外部供应压缩气体给于系统内墨水一定压力，使得从几十微米孔径喷出，然后再利用晶体驱动杆将其分成大小均匀、间距相等的墨滴，再经过“充电系统”，使得墨滴被感应带电，然后再经过电极检测系统判断墨滴是否带点正确，最后带电墨滴在高压电场的作用下产生偏转，从喷头喷出，分别打在产品不同的位置形成提前设计好的文字或图案，没喷出的则打入收回槽，将重新进去墨滴循环系统。

在对连续喷墨式喷码机的总体工作原理分析之后，我们依次来了解一下墨滴的产生、墨滴的充电、墨滴的带电量检测以及墨滴的偏转情况等步骤的具体操作。

2.1.1墨滴的产生

喷码机的喷头由腔体、晶振柱、喷嘴组成，是形成墨滴的重要部分。在系统的压力作用下，墨水与喷嘴构建成挤出装置？晶振柱主要由压电陶瓷驱动杆组成，在高频电的作用下，压电陶瓷产生高频超声振动，使得驱动杆出现位移。油墨进入喷腔时，经过喷嘴形成连续的极细微的墨线流，最后，在流经高频振动的晶振杆时被高频声波切断，从而形成大小均匀、间距相等的墨滴。

2.1.2墨滴的充电

初步形成的墨滴具有一定的加速度，因此，它会保持原来前进的状态，脱离喷嘴进入由带电极板组成的充电极进行充电。墨滴在进入充电极时会瞬间被感应带电，充电完成后，电极板上的电压会立即自动断开，保证墨滴均匀受电，避免墨滴带电量不同的现象。

2.1.3墨滴的带电量检测

带电量是否均匀是保证编码质量的重要保障，因此，墨滴充电过后，喷码系统并不能独自作出准确判断带电量是否符合需求，所以，必须加入一个能在系统内部进行电荷检测的模块，以实现喷码机的智能化。保持极板的电压与墨滴的飞行时间同步是保证受电均匀的关键，因此，必须有一个模块对其进行快速的电荷检测，以确保墨滴受电量均匀。

2.1.4墨滴在高压电场作用下的偏转情况

墨滴在高压偏转场具有一定的方向和轨迹，根据物理知识分析，墨滴在偏转场做的是类平抛运动。带电粒子在电场作用下作水平方向加速度为a=Eq/m的匀变速运动，在垂直方向上作匀速直线运动，x=vt；在沿电场方向作初速度为零的匀加速直线运动y=at2/2。

3喷码机系统的整体构架设计研究

3.1中央处理器

传统的喷码机普遍存在由于电路设计复杂造成开发周期长、生产成本高处理速度低、产品维修难度高、为解决此类问题，将嵌入式技术融入到喷码机的研究当中。而嵌入式系统主要依靠可靠的控制系统来维持，中央处理器是控制系统的重要部分，主要由主处理器和协处理器组成。主处理器主要负责大部分控制和状态监控；协处理器主要是接受由主处理器获得的数据参数，并对其进行保存。

3.2供墨系统模块

供墨系统模块是为喷码机系统提供喷印墨水的装置，主要由稀释罐、墨水罐、过滤器、墨泵、压力传感器、粘度计等部分组成。稀释罐和墨水罐分别用于盛放稀释剂和墨水；过滤器用于出去水中杂质，防止破坏系统内部结构；墨泵用于在墨路中形成真空条件，给墨水增加压力；压力传感器用于检测系统内部压力，保证内部稳定；粘度计用于检测墨水浓度。

3.3存储模块构成及设计

喷码机系统的存储模块主要由程序存储模块和数据存储模块构成。其中程序存储模块包括NandFlash、NorFlash构成。数据存储模块主要指的是S3C2440外围扩展的SDRAM，它可以满足用户查询历史喷码信息，可以申请数据存储的要求。

3.4CPU电源模块电路设计

影响设计CPU电源模块电路的因素有很多，具体如下：输出电压、电流和功率；输入电压、电流；安全因素有：输出纹波；体积限制；功耗限制及成本限制。喷码机系统内设置有很多组的电源模块，有直接为喷码机提供稳定的电源的5V直流电源，它可以有效保证其工作运行时的系统稳定性。另外，还有3.3V、1.25V、2.5V等多组电源，也是组成CPU电源模块的重要部分，作用巨大。

结语：

本文分析了连续喷墨式喷码机的内部系统组成和工作原理，并对其进行讨论与研究，其成果使得喷码机具有喷印速度快、精度高，实用性强等特点。而本文研究的目的是为了解决国内喷码设备过度依赖国外的问题，希望能够为国内喷码技术进步起到重要的推动作用，为今后喷码技术的发展研究提供数据参考，加快实现具有更高技术的喷码设备在国内的应用范围领域。

参考文献：

[1]宋夏义.为工业4.0设计的多米诺Ax系列亮相国际包装展[J].条码与信息系统，2017（2）：50-52.

[2]郭瑞松，齐海涛，李金有，等.提高AEO9/醇/烷/水体系反相微乳液陶瓷墨水浓度的研究[J].无机材料学报，2003，18（4）：955-959.

[3]柯达公司.凤凰传媒按需喷墨联机生产线正式投入生产[J].印刷世界，2012（11）：9-9.

[4]孙同亮.双ARM架构的连续喷墨式喷码机控制系统的设计[D].山东大学，2013.

[5]MarcoBoer.生产型数字印刷成为主流喷墨印刷墨水涡轮式增长[J].数码印刷，2013（4）：79-82.