专利名称：使用黏性色浆的计算机直控式转印绘图机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绘图机，特别是涉及一种在计算机控制下可将黏性色浆直接转印到织物、道路或平坦场地等物体表面的绘图机。
背景技术：
目前，公知的绘图方式比较多。对于尺寸相对较大图文印刷制作，常采用丝网印刷、热转印、彩色喷绘、绘图仪和手工方式等。在道路上施画标志线及图案时，一般也为人工绘制。
丝网印刷方式应用比较广泛，但有以下缺点对于大尺寸的图文印刷，要求丝网尺寸也比较大，一般要先用割字机在纸上绘写出图案，再用刀片将图案镂空，耗费纸张和人力。如果使用胶片，成本就会加大。印制大图案需多次制版和拼接。印刷完后，需对清洗丝网。
对于热转印方式，要用割字机将设计好的图文在复合色纸上镂刻出轮廓，再将镂刻好的部分与待印的布料通过热转印机，以高温加热的方式，将色纸上的颜料固化在布料上。这种方式有以下缺点转印中需要加热，耗电较大，色纸颜料在加热时，部分颜料加热后会散布于空气中，并未全部印在布料上，对环境有一定的污染，对工作人员的身体健康有不利影响。相对于丝网印刷方式，热转印方式印制的广告条幅色彩对比度较差，色彩的遮盖力不强。热转印的颜色只限于已生产出的色纸颜色，不能任意调配，因此颜色不丰富。
彩色喷绘技术也是常用的印刷形式。它的缺点是尺寸较大时，喷绘布自身具有相当的自重，悬挂时要十分小心，以防发生撕裂；不能直接在布料喷绘，也不能在道路上喷绘。
常用绘图仪的缺点是只能在纸张上绘制线条。
在道路上施划标志、标线和提示文字，一般由人工使用色浆填涂在相应位置。缺点是图案文字再现有较大误差，施工效率低。在公开的《多组份道路标线涂料喷涂划线机》(ZL200520136857.2)专利技术中，使用了加压喷涂的方式进行道路标线的施画。这种方式的本质仍是人工方式控制标线的轮廓。在喷涂的过程中，需要比较笨重的加压设备，不能自动完成对复杂图案的绘制。同时，喷涂的过程中有部分涂料以雾状形式被浪费，噪声也很大。
常用的织物印刷印料主要有两大类，即染料和涂料。用于印刷的染料中要加入糊料，调成稠厚而且有黏性的色浆。糊料是印刷色浆中的主要组成之一，不论任何织物使用何种染料印刷，在印刷色浆中均加入一定量的糊料，借助糊料把染料和化学品传递到织物上。涂料印料一般是由涂料色、胶黏剂、填充剂以及助剂组成。涂料印料的最大特点是不受纺织品纤维性能的影响，涂料色同纺织纤维没有亲和力，它借助胶黏剂结成坚固的膜牢牢吸附在纤维上。为了能印出轮廓清晰的图案，使印浆具有一定的流变性和触变性，在调制色浆时还需加入增稠剂。
上述常用的黏性印料成本低，来源广，色泽艳丽，可以在多种物料表面着色，在颜色的遮盖力方面独具特色。但目前还没有可直接使用黏性印料，利用计算机进行直接绘图的装置。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种使用常用的黏性色浆作为印料的转印绘图装置，在计算机的控制下，可以在布料、道路、平坦场地以及适合着色的物料表面进行大尺寸的图文转印，准确再现原图文内容，可更换不同颜色绘制具有多种颜色的图案。
为了达到上述目的，本发明的转印绘图机的原理是使用一个中空的色浆盒，在其内部可以盛装色浆，色浆在重力的作用下自然向下缓慢流动，并流至色浆盒下方。色浆盒下方的开口处有转印轮和刮浆机构。当转印轮在计算机的控制下按一定转速和转动角度进行旋转时，印轮上粘有的色浆在刮浆片的刮抹下，侧面基本被刮尽，而外周面留有适当厚度的色浆。
色浆盒机构安装在一个转印头机构内，转印头机构安装在一个多向平移运动机构上。多向平移运动机构可以在横向X、纵向Y、竖向Z三个方向上进行平移运动。其中，纵向Y可以在转向机构的作用下实现与纵向Y有夹角的侧向平移运动，可在水平面上进行任意方向和指定距离内作平移运动，可以到达平面工作场地中的任意一点。
在转印头机构内，有使色浆盒在水平面上转动的角度偏转机构，使色浆盒上的转印轮的滚动方向与整个色浆盒的移动方向相同，从而使印刷转印机可在横向X、纵向Y、竖向Z三个方向的组合平移运动中完成各种图案的绘制。
本发明中对转印绘图机的运行控制，是用一台位置固定的主控计算机和安装在转印绘图机上的另一台被控计算机之间的无线网络和远程控制软件完成的。转印绘图机上具有电源设备，因此，转印绘图机的可工作范围只限于无线网络设备的发射和接收距离，可满足于各种大尺寸图案的绘制要求。
色浆盒上的转印轮的转速和转动角度是由计算机所驱动的步进电机精确控制的，在纵向运动、横向运动、角度偏移运动和转印轮转动配合一致时，转印轮外周面的线速度与整个色浆盒与物料表面的之间的移动速度几乎相等，使转印轮在物料表面实现几乎没有磨擦的滚动，转印轮外周的色浆转印在与相接触物料的滚动轨迹上，滚动轨迹上会留下厚度相同的色浆，实现均匀的涂色效果。转印轮外周的剩余的色浆在转印轮的继续转动下，带回到色浆盒内部，不会发生色浆滴漏的现象。
色浆盒机构可以从转印头内的放置口方便地装卸，色浆盒的转印轮可以制作成不同的宽度，以适用于不同分辨率的转印。色浆盒可盛装不同颜色的色浆，可适应于不同颜色的印刷。
由于本发明可以使用织物印刷色浆和一般黏性涂料色浆，使用计算机进行精确控制，可以直接将色浆转印到布料、木板、皮革、路面等各种适合着色的物料表面，与丝网印刷相比，没有制版工序，不使用丝网，且转印后的图案准确性高。与热转印技术相比，它无需加热工序，没有污染，对人体没有健康危害。与喷绘技术相比，它可以使用一般的布料和印料，成本较低。与绘图仪和人工绘制图案相比，可以代替人工在道路上绘制各种精确复杂的标志标线以提示文字。
本发明将通过优选的实施例结合附图加以说明。
图1是本发明的外观总体安装立体结构示意图；图2是本发明的系统构成方框图；图3是本发明中的多向平移运动机构的立体结构示意图；图4是本发明中的转向机构与纵向运动机构的结构示意图；图5是本发明中的转向机构的结构原理示意图；图6是本发明中的安装有水平机架板时的纵向运动机构的结构原理示意图；图7是本发明中的纵向运动机构的结构原理示意图；图8是本发明中的纵向运动机构的内部结构原理示意图；图9是本发明中的横向运动机构的立体结构示意图；图10是本发明中的横向运动机构的结构示意图；图11是本发明中的转印头机构、横向运动机构、竖向运动机构结合时的结构示意图；图12是本发明中的竖向运动机构的立体结构示意图；图13是本发明中的转印头机构的内部结构的立体分解结构示意图；图14是本发明中的转印角度偏转机构的结构示意图；图15是本发明中的转印角度偏转机构的立体结构示意图；图16是本发明中的电路换向同步机构的立体结构示意图；图17是本发明中的电路换向同步机构内部的换向同步环绝缘衬垫和换向同步环形导体结合关系的立体结构示意图；
图18是本发明中的色浆盒转印轮转动传动机构的结构示意图；图19是本发明中的色浆盒转印轮转动传动机构的内部结构示意图；图20是本发明中的色浆盒转印轮转动传动机构的内部立体结构示意图；图21是本发明中的宽笔画色浆盒机构28的立体结构示意图；图22是本发明中的宽笔画色浆盒机构28内部的色浆盒280与色浆盒支架284组合关系的立体结构示意图；图23是本发明中的宽笔画色浆盒机构28的转印轮与刮浆机构的立体结构示意图；图24是本发明中的宽笔画色浆盒机构28的转印轮与刮浆机构的仰视结构示意图；图25是本发明中的细笔画色浆盒机构33的立体结构示意图；图26是本发明中的细笔画色浆盒机构33的转印球珠343传动方式立体结构示意图；图27是本发明中的细笔画色浆盒机构33的转印球珠343与色浆盒底部出浆口334之间的局部立体结构示意图；图28是本发明中的宽笔画色浆盒机构28和细笔画色浆盒机构33与转印头互换安装后的结构示意图；图29是本发明的计算机控制转印绘图机实施转印时的流程图；图30是本发明的计算机控制转印绘图机侧向运动的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明提供的是一种计算机直控式可使用黏性色浆的转印绘图机，主要包括计算机与控制电路(10)、多向平移运动机构(2)、转印头机构(4)、宽笔画色浆盒机构(28)、细笔画色浆盒机构(33)。
如图1、图2所示，计算机与控制电路10主要由主控计算机100、主控计算机无线网络设备101、被控计算机102、被控计算机无线网络设备103、步进电机运动控制卡104、步进电机驱动器105、106、107、108、109、110、机箱111、电源112组成；其中主控计算机100连接无线网络设备101，被控计算机102连接无线网络设备103和步进电机运动控制卡104；步进电机运动控制卡104用电缆与六个步进电机驱动器105、106、107、108、109、110、相连接；步进电机驱动器分别驱动各自连接的步进电机；被控计算机102、步进电机驱动器105、106、107、108、109、110、以及相关的控制电路安装在机箱111内；机箱111安装在多向平移运动机构2上；电源112可以使用发电机，也可以使用电池，为转印绘图机提供合适的电源供给；无线网络设备可以使用无线网卡或无线路由器等常用的无线网络联网设备。
如图1、图2所示，主控计算机100和被控计算机102可以通过无线网络设备101和无线网络设备103之间建立的无线网络联网；主控计算机100内安装有远程控制软件的主控端软件，被控计算机102内安装有远程控制软件的被控端软件，主控端计算机100可以通过建立的无线网络控制被控端计算机102，控制距离根据无线网络的有效发射和接收范围而定，一般可以达到100米至200米以内，甚至可以更远一些；被控端计算机102利用编制的软件向步进电机运动控制卡104发送和接收控制信号，步进电机运动控制卡104再分别向步进电机驱动器105、106、107、108、109、110发送驱动信号，步进电机驱动器105、106、107、108、109、110再分别驱动各自连接的步进电机进行转动，从而实现各种运行动作；使用无线网络和远程控制软件可使转印绘图机的行走距离延长，避免了转印绘图机在行走时拖带大量的连接线缆，以适应大幅面印刷的需要。
如图3、图4、图5、图6、图7所示，多向平移运动机构2主要由机架12、转向机构13、纵向运动机构14、横向运动机构15、竖向运动机构16组成。
如图3所示，机架12主要由侧面机架板121、水平机架板122组成，通过适当联接与紧固组成机架。水平机架板122上有轴承座，用于固定安装转向机构13和纵向运动机构14，侧面机架板121上用于安装横向运动机构15的横向运动轨道。
如图3、图4、图5所示，转向机构13主要由转向步进电机130，转向主动同步轮131，转向从动同步轮132，转向同步带133，四轮同步转向同步轮134，四轮同步转向同步带135，行走轮架136，轮架转向轴承137等组成。
如图4、图5、图6所示，转向步进电机130固定在水平机架板122上，转向主动同步轮131固定在转向步进电机130的转轴上。每个行走轮架136上面都安装一个四轮同步转向同步轮134和两个轮架转向轴承137，四个转向轮架136都通过转向轴承137安装水平机架板122上相应的轴承座上；每个转向轮架136安装好后，可在水平面方向转动任意角度；四个行走轮架136分别安装在水平机架板122的四个角上，在水平面上形成四个支点；四个行走轮架136在安装时要方向相同；其中有一个行走轮架136上安装转向从动同步轮132，当计算机指令转向步进电机130转动时，由主动同步轮131通过转向同步带133将转向动力传动到转向从动同步轮132上，转向从动同步轮132固定在行走轮架136上，通过固定在行走轮架136上的四轮同步转向同步轮134和四轮同步转向同步带135的传动，使四个行走轮架136同时向同一方向转动相同角度；通过安装位置传感器可使计算机得到转向是否已到达预定复位位置。
如图6、图7、图8所示，纵向运动机构14主要由步进电机140，主动同步轮141A，从动同步轮141B，同步带141C，四轮同步行走同步轮142A，四轮同步行走同步带142B，锥形齿轮传动轴143A，主动锥形齿轮143B，锥形齿轮传动轴承143C，传动横轴144A，从动锥形齿轮144B，轴承144C，轮架行走主动同步轮144D，轮轴145A，行走轮145B，轮架行走从动同步轮145C，轮架行走同步带145D组成。
其中，步进电机140固定在水平机架板122上，主动同步轮141A固定在步进电机140的转轴上。在轮轴145A上固定有行走轮145B和从动同步轮145C，通过轴承144C安装在行走轮架136上。传动横轴144A上固定有从动锥形齿轮144B和主动同步轮144D，并通过轴承143C安装在行走轮架136上。轮架行走主动同步轮144D和轮架行走从动同步轮145C通过同步带145D实现传动。锥形齿轮传动轴143A下端固定主动锥形齿轮143B，上端固定行走从动同步轮141B和四轮同步行走同步轮142A，并通过轴承143C垂直于水平面安装在行走轮架136的上端的中空内部。主动锥形齿轮143B和从动锥形齿轮144B满足正确啮合条件。
当计算机指令步进电机140转动时，主动同步轮141A通过同步带141C将动力传送到从动同步轮141B上，使锥形齿轮传动轴143A上固定的主动锥形齿轮143B和从动锥形齿轮144B实现啮合转动，再将动力传动到横轴144A上，使主动同步轮144D转动，再通过同步带145D使从动同步轮145C转动，使行走轮145B转动。由于锥形齿轮传动轴143A上还固定有四轮同步行走同步轮142A，通过四轮同步行走同步带142B的传动，使四个锥形齿轮传动轴143A都将有相同的转动角度，从而使四个行走轮145B都转过相同的角度，即可以在四个行走轮145B共同的滚动方向上实现整个转印绘图机的平移运动。
通过传感器可使计算机得到纵向行走是否已到达预定位置。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，转向机构13和纵向行走机构14是两个互相独立的运动机构。通过对计算机指令的控制，可以分别使转向机构13和纵向行走机构14运转，从而实现整个机架向任意方向行走任意指定距离，实现整个印刷转印机在道路或平坦场地上任意行走，到达指定的起点。
如图9、图10所示，横向运动机构15主要由横向轨道支架150，横向轨道151、152，横向齿条153，横向运动齿轮154，横向运动用步进电机155，横向滑座支架156，拖链138，拖链护板139组成。其中，横向轨道151、152平行固定在横向轨道支架150上，横向齿条153也平行于横向轨道151、152固定在横向轨道支架150的上方。横向运动步进电机155固定在横向滑座支架156上，横向运动齿轮154固定在横向运动步进电机155的转轴上。当横向运动步进电机155转动时，横向运动齿轮154在横向齿条153上满足正确啮合条件，并带动横向滑座支架156在横向轨道151、152上平移运动，从而实现转印头的横向运动。拖链138的一端固定在横向滑座支架156上，其余部分放置在拖链护板139上。拖链138内安装通向转印头的电缆。通过传感器可使计算机得到横向行走是否已到达复位位置。
如图11、图12所示，竖向运动机构16由竖向运动用步进电机160，主动同步轮161，同步带162，从动同步轮163，从动滚珠丝杆164，竖向轨道支架165，轴承166，滚珠丝杆滑座168，竖向轨道169组成。其中，竖向轨道支架165固定在横向滑座支架156上，滚珠丝杆滑座168和竖向轨道169通过竖向轨道支架165上的轨道可以实现上下平移运动。步进电机160固定在横向滑座支架156上，主动同步轮161固定在步进电机160的转轴上。从动滚珠丝杆164的两端通过轴承166固定在竖向轨道支架165上，并可以转动。从动同步轮163固定在从动滚珠丝杆164的上端，与主动同步轮161处在同一平面上。当步进电机160按计算机指令转动时，通过主动同步轮161和同步带162的传动使从动同步轮163转动，并带动从动滚珠丝杆164的转动，当从动滚珠丝杆164的转动时，使套在从动滚珠丝杆164上的滚珠丝杆滑座168进行上下平移运动。滚珠丝杆滑座168与竖向轨道169转印头主体框架170固定在一起，从而实现转印头的上下方向的平移运动。通过传感器可使计算机得到竖向运动是否已到达复位位置。
如图13所示，转印头4主要由转印角度偏转机构20、转印头电路换向同步机构23、色浆盒转印轮传动机构25、宽笔画色浆盒机构28、细笔画色浆盒机构33和转印头主体框架170组成。转印头主体框架170上方有轴承座171，下方有限位轴承座172，侧面有角度偏转用步进电机机座176。
如图14、图15所示，转印角度偏转机构20主要由转印头从动主体支架200、上部转动承重轴承202、轴承承重穿线同轴内衬203、下部转动限位轴承206、步进电机210、主动同步轮211、同步带212、从动同步轮213；转印头从动主体支架200的上部有中心固定轴201、从动同步轮固定销214和穿线口215，下部有下缘圆柱面204和色浆盒放置开口205。角度偏转用步进电机210固定在转印头主体框架170侧面的步进电机机座176上，主动同步轮211固定在步进电机210的转轴上。限位轴承206安装在转印头主体框架170下方的限位轴承座172上。限位轴承206与转印头从动主体支架下缘圆柱面204之间接触并可实现轻松滚动。从动同步轮213通过固定销214与转印头从动主体支架200固定，实现从动同步轮213与转印头从动主体支架200的同步转动。在从动同步轮213上方在中心固定轴201上可安装有轴承承重穿线同轴内衬203，轴承承重穿线同轴内衬203固定于上部转动承重轴承202的中心内孔，上部转动承重轴承202再固定于转印头主体框架170上方的轴承座171内。当步进电机210按计算机指令转动时，通过主动同步轮211和同步带212的传动，带动从动同步轮213与转印头从动主体支架200的同步转动。转印头从动主体支架200的转动是依靠上方转动承重轴承202和下方的四个限位轴承206实现的。通过传感器可使计算机得到转向是否已到达复位位置。
如图16、图17所示，转印头电路换向同步机构23主要由电路换向同步结构外壳230，换向同步环形导体232，引线233，碳刷235，固定螺栓237，换向同步环绝缘衬垫231组成。换向同步环绝缘衬垫231上有绝缘衬垫穿线口238和绝缘衬垫同轴孔239。换向同步环形导体232与换向同步环绝缘衬垫231之间可以紧密结合。碳刷235通过换向同步结构外壳230上的小口与内部的换向同步环形导体232接触。换向同步结构外壳230通过固定螺栓237固定在转印头主体框架170上方。通过碳刷235与换向同步环形导体232之间的有效接触，外部的控制信号与内部的传感器信号可以通过与同步环形导体232相连的引线233传递。引线233可以穿过同轴内衬203和从动同步轮213上的穿线口215到达转印头从动主体支架200内部。当转印角度偏转机构20内的转印头从动主体支架200转动时，通过转印头电路换向同步机构23起导通各种信号的作用。
如图18、图19、图20所示，色浆盒转印轮传动机构25主要由转印头从动主体支架200，转印用步进电机固定架251，轴承座252，转印用步进电机253，联轴器254，传动轴255、256，同步轮257、258，同步带259，齿轮260，轴承261组成。步进电机253固定在从动主体支架200上的步进电机固定架251上，联轴器254固定在步进电机253的转轴上。同步轮257固定在传动轴255上，传动轴255通过固定在上面的两个轴承261进行转动，其中一端与联轴器254相连。同步轮258固定在传动轴256上，传动轴256两端固定有轴承261，齿轮260固定传动轴256上，轴承261固定在从动主体支架200上的轴承座252上。当步进电机253按计算机的指令转动时，通过联轴器，使同步轮257在传动轴255上转动，通过同步带259的传动，再使同步轮258转动，再使齿轮260转动，从而实现对宽笔画色浆盒机构28的传动。
如图21、图22、图23、图24所示，宽笔画色浆盒机构28主要由色浆盒280和色浆盒支架284组成。色浆盒280上部有开口281，用于灌注色浆，然后用色浆盒盖282盖住，防止色浆失水变干。色浆盒下部有开口283。如图17所示，色浆盒280可以插入并安放在色浆盒支架284上方的开口中。色浆盒支架284上有轴承座285，色浆盒放置突起289，色浆盒传动齿轮293，传动轴294、295，轴承296，同步轮300，301，同步带302，回浆挡片303，转印轮圆周刮片305，转印轮侧面刮片308，转印轮309，转印轮圆周弹性层310，转印轮侧面刮片弹簧311以及螺栓312。回浆挡片303上有开口304，转印轮圆周刮片305上有开口306。传动轴294上固定有传动齿轮293和同步轮300，并通过两个轴承296实现转动。传动轴295上固定有同步轮301，通过两个轴承296实现转动。传动轴295转动时，带动固定在上面的转印轮309进行转动，转印轮309外周面有转印轮圆周弹性层310，用橡胶或硅胶制造，具有一定弹性。当色浆盒转印轮传动机构25通过齿轮260将步进电机263的转动传递到传动齿轮293时，再通过同步带302带动同步轮301转动，再带动转印轮309同步转动。转印轮圆周弹性层310的作用是缓冲转印轮对着色表面的压力，对色浆有均匀摊铺的作用。
如图15、图28所示，宽笔画色浆盒机构28可以放置在从动主体支架色浆盒放置开口205处，色浆盒放置突起289起定位作用，使宽笔画色浆盒机构28上的传动齿轮293与色浆盒转印轮传动机构25上的传动齿轮260之间可以满足正确啮合条件，从而使更换宽笔画色浆盒机构28时非常方便。
如图23、图24所示，宽笔画色浆盒机构28底部的刮浆原理是转印轮309和转印轮圆周弹性层310的位置处于回浆挡片303和转印轮圆周刮片305所构成有角度漏浆口的内外两侧。转印轮309和转印轮圆周弹性层310在内侧的部分能和色浆接触，在外侧的部分不能和色浆接触。在色浆盒机构28底部通过螺栓312安装有转印轮圆周刮片305和转印轮侧面刮片308，在另一个斜面上安装回浆挡片303。转印轮侧面刮片308没有被螺栓312完全固定，留有一定的间隙，使侧面刮片308可以螺栓312为中心进行适当转动，转动平面与转印轮圆周刮片305平行。转印轮侧面刮片弹簧311以拉力将两片侧面刮片308拉向转印轮309的侧面，对转印轮309的侧面有适当压力。转印轮圆周刮片开口306与转印轮圆周弹性层310之间有适当间隙。回浆挡片开口304与转印轮圆周弹性层310之间有适当间隙，但间隙宽度大于开口306与转印轮圆周弹性层310之间的间隙。回浆挡片开口304与转印轮309的两个侧面之间有适当间隙。当转印轮309被步进电机驱动旋转，旋转的方向是使弹性层310从与色浆接触的一侧，先通过转印轮圆周刮片开口306，转向不与色浆接触的一侧。开口306与转印轮圆周弹性层310之间的间隙使弹性层310外层留有适当厚度的色浆，而转印轮309的侧面的色浆在转印轮侧面刮片308的作用下没有或带有少许的色浆。当转印轮309继续转动，与承印物表面接触并转印后，再通过回浆挡片开口304回转到可以接触到色浆的一侧。因为回浆挡片开口304与转印轮圆周弹性层310之间的间隙大于开口306与转印轮圆周弹性层310之间的间隙，同时，与转印轮309的两个侧面之间也有适当间隙。间隙宽度可调节，其宽度范围是可保证转印轮圆周弹性层310上有适于转印厚度的色浆层，也不使色浆任意向下流出。转印轮圆周弹性层310上剩余的色浆和转印轮309的两个侧面留有的少许色浆都可以通过回浆挡片开口304回转到色浆盒内部。通过转印轮309的持续单向转动，实现将色浆转印到承印物体的表面的目的。由于转印轮309的转速可以通过计算机控制步进电机253实现，于是可以使转印轮圆周弹性层310表面线速度与整个转印头与承印物料之间的移动速度相同或相近，实现对承印物料上转印厚度均匀的色浆，转印轮圆周弹性层310表面与承印物料之间只有转印时垂直于物料表面的压力，而没有平行于物料表面的磨擦力，这样在对较轻柔的物料进行转印时不会发生起皱或打滑现象。
如图25、图26、图27所示，细笔画色浆盒机构33主要由色浆盒330，色浆盒支架轴承座331，色浆盒支架放置突起332，色浆盒上盖333，色浆盒下方漏浆圆口334，传动齿轮335，传动轴336、337，转印斜轴338，圆锥齿轮339、340、341，轴承342，转印球珠343组成。其中传动轴336上固定圆锥齿轮339和传动齿轮335，并通过两个轴承342实现转动。传动轴337上固定圆锥齿轮340，并通过两个轴承342实现转动。转印斜轴338的一端连接转印球珠343，另一端连接圆锥齿轮341，并通过色浆盒支架轴承座331上的轴承342的作用实现转动。三个圆锥齿轮339、340、341之间满足正确啮合条件。转印球珠343与色浆盒下方漏浆圆口334之间有适当间隙，使色浆盒330内部的色浆可以到达转印球珠343球面上端，又不使色浆任意流出。转印球珠343的球心与色浆盒下方漏浆圆口334的轴心之间的距离不为零，而是有一个微小的偏离。因此，色浆盒下方漏浆圆口334的下缘面与转印球珠343之间形成的间隙有宽有窄。使转印球珠343转动时，转印球珠343表面从较小的间隙转出，再由较宽的间隙转入，从而达到不断将色浆以细笔划的形式转印至物料表面的目的，而且不至于使色浆任意流出。转印球珠转动时，表面线速度与整个转印头与承印物料之间的移动速度相同或相近。由于转印球珠343可以做成足够小的尺寸，所有它与物料之间的接触面积也很小，从而实现较细的笔画。转印斜轴338与转印物料平面之间有一个大于零度的角度，使细笔画色浆盒机构33的底部只有与转印斜轴338相连的转印球珠343与转印物料的距离最小。
如图28所示，细笔画色浆盒机构33的外侧尺寸与宽笔画色浆盒机构28相同，可以方便地从从动主体支架下方开口205处装卸，实现对不同颜色要求的转印。细笔画色浆盒机构33安装在开口205处时，由于色浆盒支架放置突起332的定位作用，使细笔画色浆盒机构33上的传动齿轮335与色浆盒转印轮传动机构25上的传动齿轮260之间可以满足正确啮合条件。
如图29所示，程序开始运行后，步骤1001中确定图像文件中需要转印的颜色种类和数量。在步骤1002中，指定要转印的其中一种颜色，然后进入步骤1003。在步骤1003中，当指定了一种颜色后，无论图案如何复杂，都可以编制适当的程序，根据转印轮的笔画宽度，得到一组点的平面坐标序列，也就是将单图案分解成若干次笔画分别转印累加作用的效果，一组点的平面坐标序列代表一个从落笔到起笔的单笔画。在步骤1004中根据每一组点的平面坐标序列，由相邻两个点的坐标计算出纵向与横向电机需要转动的脉冲信号数量，计算出两点之间的连线与转印头的初始角度之间的角度偏转量，再计算出角度偏转用步进电机210需要运行的脉冲数量，由两点之间的直线距离可计算出转印轮需要转动的脉冲数量。于是得到了完成所有单笔画所需要的纵向、横向、角度偏转、转印轮的步进电机脉冲数量序列。计算完成后，进入转印程序。在步骤1005中判断将要处理的一组点的各电机运转的脉冲序列中，当前要处理的脉冲序列是否属于起始点，如果是起点，则进入步骤1006，即使纵向步进电机146、横向步进电机155、角度偏转步进电机210进行插补运行，使转印头到达转印起点，然后运行步骤1007，在竖向运动机构16上竖向步进电机的转动带动下，使转印头上转印轮外周面310表面到达承印物表面，也就是落笔动作。然后进入步骤1008，根据每个点的脉冲序列，纵向步进电机146、横向步进电机155、角度偏转步进电机210和转印轮步进电机253同步插补运行。如在步骤1005中判断不是起点，则重复步骤1008。步骤1008每完成一个点的脉冲序列，都会检查是否有中断运行的指令，如果有，步骤1011则询问是否需要结束程序。在步骤1011中如果选择是，则退出转印过程，如果选择否，则进入步骤1010，检查是否到本组坐标序列的终点，如果否，则回到步骤1008，如果是，则执行步骤1012，即在竖向步进电机160的转动带动下，使转印头上转印轮外周面310表面离开承印物表面，也就是抬笔动作。再进入步骤1013，检查是否还有未处理的坐标序列组。如果是，则回到步骤1005，如果否，表明对指定颜色的转印完成，然后进入步骤1014，检查是否开始转印下一种颜色。如果是，则回到步骤1002，如果否，则结束转印程序。经过上述主要流程的工作，可使计算机指令各步进电机所在的运动机构完成各种动作，从而完成转印任务。
如图30所示，是计算机控制步进电机实现侧向运动的流程图。程序开始后，进入步骤2001，即转向步进电机130持续转动，当行走轮145B的运动方向与横向运动方向垂直时停止。进入步骤2002，输入目前所在点与需要到达起点之间的偏转角度，进入步骤2003，转向步进电机130转动一个角度，进入步骤2004，输入需要运动的直线距离，进入步骤2005，步进电机140转动，带动整个转印绘图机到达预定的起点。进入步骤2006，检查目前起点是否合适。如否，则回到步骤2002，重新进行起点定位，如果是，则进入步骤2007，即使转向电机130复位，到达与横向运动方向垂直的位置，然后程序结束。
本发明中所使用的步进电机驱动器和步进电机可由伺服电机驱动器和伺服电机代替，所使用的齿轮和齿条可以用链轮和链条代替，所使用的同步轮和同步带可用链轮和链条代替。
权利要求
1.一种使用黏性色浆的计算机直控式转印绘图机，主要包括计算机与控制电路(10)、多向平移运动机构(2)、转印头机构(4)、宽笔画色浆盒机构(28)、细笔画色浆盒机构(33)；计算机与控制电路(10)包含主控计算机、被控计算机、无线网络设备、步进电机运动控制卡、步进电机驱动器、机箱、电源设备；主控计算机连接无线网络设备，被控计算机也连接无线网络设备，步进电机运动控制卡安装在被控计算机内，步进电机运动控制卡与步进电机驱动器连接；主控计算机和被控计算机通过无线网络设备组成无线网络；多向平移运动机构(2)包含机架(12)、转向机构(13)、纵向运动机构(14)、横向运动机构(15)、竖向运动机构(16)；机架(12)包含水平机架板(122)，水平机架板(122)上有轴承座；转向机构(13)包含转向步进电机(130)、转向主动同步轮(131)、转向从动同步轮(132)、转向同步带(133)、四轮同步转向同步轮(134)、四轮同步转向同步带(135)、行走轮架(136)、轮架转向轴承(137)；转向步进电机(130)固定在机架(12)上，转向主动同步轮(131)固定在转向步进电机(130)的转轴上；每个行走轮架(136)上都固定一个四轮同步转向同步轮(134)和两个轮架转向轴承(137)，两个轴承具有相同的转动轴心线，轴心线垂直于水平机架板(122)；四个转向轮架(136)都通过转向轴承(137)安装水平机架板(122)上并可通过转向轴承进行水平面方向转动任意角度；四个行走轮架(136)在水平面上形成四个支点，安装方向相同；其中有一个行走轮架(136)上安装有转向从动同步轮(132)；转向同步带(133)安装在主动同步轮(131)从动同步轮(132)上；转向从动同步轮(132)固定在行走轮架(136)上，四轮同步转向同步带(135)安装在四个行走轮架(136)上的四轮同步转向同步轮(134)上；纵向运动机构(14)包含步进电机(140)、主动同步轮(141A)、从动同步轮(141B)、同步带(141C)、四轮同步行走同步轮(142A)、四轮同步行走同步带(142B)、锥形齿轮传动轴(143A)、主动锥形齿轮(143B)、锥形齿轮传动轴承(143C)、传动横轴(144A)、从动锥形齿轮(144B)、轴承(144C)、轮架行走主动同步轮(144D)、轮轴(145A)、行走轮(145B)、轮架行走从动同步轮(145C)、轮架行走同步带(145D)；步进电机(140)固定在水平机架板(122)上，主动同步轮(141A)固定在步进电机(140)的转轴上；同步带(141C)安装在主动同步轮(141A)和从动同步轮(141B)上；在轮轴(145A)上固定行走轮(145B)和从动同步轮(145C)，通过轴承(144C)安装在行走轮架(136)上；传动横轴(144A)上固定从动锥形齿轮(144B)和主动同步轮(144D)，通过轴承(143C)安装在行走轮架(136)上；同步带(145D)安装在轮架行走主动同步轮(144D)和轮架行走从动同步轮(145C)上；锥形齿轮传动轴(143A)下端固定主动锥形齿轮(143B)，上端固定行走从动同步轮(141B)和四轮同步行走同步轮(142A)，并通过轴承(143C)垂直于水平面安装在行走轮架(136)的中空内部；主动锥形齿轮(143B)和从动锥形齿轮(144B)满足正确啮合条件；同步带(141C)安装在主动同步轮(141A)和从动同步轮(141B)上，锥形齿轮传动轴(143A)上固定主动锥形齿轮(143B)并和从动锥形齿轮(144B)啮合；横向运动机构(15)包含横向轨道支架(150)、横向轨道(151、152)、横向齿条(153)、横向运动齿轮(154)、步进电机(155)、横向滑座支架(156)、拖链(138)、拖链护板(139)；横向轨道(151、152)、横向齿条(153)平行固定在横向轨道支架(150)上；步进电机(155)固定在横向滑座支架(156)上，横向运动齿轮(154)固定在步进电机(155)的转轴上；横向运动齿轮(154)在横向齿条(153)上满足正确啮合条件；竖向运动机构(16)包含步进电机(160)、主动同步轮(161)、同步带(162)、从动同步轮(163)、从动滚珠丝杆(164)、竖向轨道支架(165)、轴承(166)、滚珠丝杆滑座(168)、竖向轨道(169)；竖向轨道支架(165)固定在横向滑座支架(156)上，滚珠丝杆滑座(168)和竖向轨道(169)安装在竖向轨道支架(165)上；步进电机(160)固定在横向滑座支架(156)上，主动同步轮(161)固定在步进电机(160)的转轴上；从动滚珠丝杆(164)的两端通过轴承(166)固定在竖向轨道支架(165)上；从动同步轮(163)固定在从动滚珠丝杆(164)的上端，与主动同步轮(161)处在同一平面上；主动同步轮(161)和从动同步轮(163)上安装同步带(162)；竖向轨道(169)与转印头机构(4)固定在一起。
2.根据权利要求1所述的计算机与控制电路(10)，其特征是被控计算机、步进电机驱动器、机箱、电源设备都安装在多向平移运动机构(2)上，主控计算机为相对固定放置，并通过无线网络和远程控制软件控制被控计算机进行绘图工作。
3.根据权利要求1所述的多向平移运动机构(2)，其特征是转向机构(13)中的步进电机(130)转动时，四个行走轮架(136)同时向同一方向转动相同角度；纵向行走机构(14)中的步进电机(140)转动时，四个锥形齿轮传动轴(143A)都转过相同角度，四个行走轮(145B)有相同的平移方向和距离；横向运动机构(15)中的步进电机(155)转动时可带动横向滑座支架(156)在横向轨道(151、152)上平移运动；竖向运动机构(16)中步进电机(160)转动时，带动转印头机构(4)在竖向平移运动。
4.根据权利要求1所述的转印头机构(4)，包含转印角度偏转机构(20)、转印头电路换向同步机构(23)、色浆盒转印轮传动机构(25)、转印头主体框架(170)，转印头主体框架(170)上方有轴承座(171)，下方有限位轴承座(172)，侧面有角度偏转步进电机机座(176)；转印角度偏转机构(20)包含转印头从动主体支架(200)、上部转动承重轴承(202)、轴承承重穿线同轴内衬(203)、下部转动限位轴承(206)、步进电机(210)、主动同步轮(211)、同步带(212)、从动同步轮(213)；转印头从动主体支架(200)的上有中心固定轴(201)、从动同步轮固定销(214)、穿线口(215)、下缘圆柱面(204)、色浆盒放置开口(205)；步进电机(210)固定在机座(176)上，主动同步轮(211)固定在步进电机(210)的转轴上；限位轴承(206)安装在限位轴承座(172)上，与下缘圆柱面(204)之间接触并可实现轻松滚动；从动同步轮(213)通过固定销(214)与转印头从动主体支架(200)固定；在从动同步轮(213)上方在中心固定轴(201)上安装有轴承承重穿线同轴内衬(203)，轴承承重穿线同轴内衬(203)固定于上部转动承重轴承(202)的中心内孔，上部转动承重轴承(202)固定于轴承座(171)内；同步带(212)安装在主动同步轮(211)和从动同步轮(213)上；转印头电路换向同步机构(23)包含电路换向同步结构外壳(230)、换向同步环形导体(232)、引线(233)、碳刷(235)、换向同步环绝缘衬垫(231)；换向同步结构外壳(230)固定在转印头主体框架(170)上方，碳刷(235)通过换向同步结构外壳(230)上的开口与换向同步环形导体(232)接触；引线(233)从穿线口(215)穿过；色浆盒转印轮传动机构(25)包含转印用步进电机固定架(251)、轴承座(252)、步进电机(253)、联轴器(254)、传动轴(255、256)、同步轮(257、258)、同步带(259)、齿轮(260)、轴承(261)；步进电机(253)固定在步进电机固定架(251)上；传动轴(255)上固定同步轮(257)并通过轴承(261)安装在轴承座(252)上；同步轮(258)固定在传动轴(256)上，传动轴(256)两端固定有轴承(261)并安装在轴承座(252)上，齿轮(260)固定传动轴(256)上，轴承(261)固定在从动主体支架(200)上的轴承座(252)上；步进电机(253)上装有联轴器；同步带(259)安装在同步轮(257)和同步轮(258)上；其特征是当转印角度偏转机构(20)中的步进电机(210)的转动时，转印头从动主体支架(200)依靠转动承重轴承(202)和下方的限位轴承(206)实现转动；转印角度偏转机构(20)内的转印头从动主体支架(200)转动时，通过转印头电路换向同步机构(23)起到至少传送色浆盒转印轮传动机构(25)中步进电机(253)驱动电信号的作用；色浆盒转印轮传动机构(25)中的步进电机(253)转动时，使齿轮(260)转动。
5.根据权利要求1所述的宽笔画色浆盒机构(28)，其特征是宽笔画色浆盒机构(28)包含色浆盒(280)和色浆盒支架(284)；色浆盒(280)上部有开口(281)，色浆盒下部有开口(283)，可以插入并安放在色浆盒支架(284)上方的开口中；色浆盒支架(284)上有轴承座(285)、色浆盒放置突起(289)、色浆盒传动齿轮(293)、传动轴(294、295)、轴承(296)、同步轮(300、301)、同步带(302)、回浆挡片(303)、转印轮圆周刮片(305)、转印轮侧面刮片(308)、转印轮(309)、转印轮侧面刮片弹簧(311)以及螺栓(312)；回浆挡片(303)上有开口(304)，转印轮圆周刮片(305)上有开口(306)，转印轮(309)圆周外有弹性层(310)；传动轴(294)上固定有传动齿轮(293)和同步轮(300)，并通过两个轴承(296)实现转动；传动轴(295)上固定有同步轮(301)，通过两个轴承(296)实现转动；传动轴(295)转动时，带动固定在上面的转印轮(309)进行转动；传动齿轮(293)的转动由齿轮(260)传送，由同步带(302)、同步轮(301)的转动，带动转印轮(309)转动；转印轮(309)和转印轮圆周弹性层(310)的位置处于回浆挡片(303)和转印轮圆周刮片(305)所构成有角度漏浆口的内外两侧；转印轮(309)和转印轮圆周弹性层(310)在内侧的部分能和色浆接触，在外侧的部分没有色浆接触；在色浆盒机构(28)底部通过螺栓(312)安装有转印轮圆周刮片(305)、转印轮侧面刮片(308)、回浆挡片(303)；转印轮侧面刮片(308)没有被螺栓(312)完全固定，留有一定的间隙，使侧面刮片(308)可以螺栓(312)为中心进行适当转动，转动平面与转印轮圆周刮片(305)平行；转印轮侧面刮片弹簧(311)以拉力将两片侧面刮片(308)拉向转印轮(309)的侧面，对转印轮(309)的侧面有适当压力；转印轮圆周刮片开口(306)与转印轮圆周弹性层(310)之间有适当间隙；回浆挡片开口(304)与转印轮圆周弹性层(310)之间有适当间隙，其间隙宽度大于开口(306)与转印轮圆周弹性层(310)之间的间隙；回浆挡片开口(304)与转印轮309的两个侧面之间有适当间隙；间隙宽度可调节，其宽度范围是可保证转印轮圆周弹性层310上有适于转印厚度的色浆层，也不使色浆任意向下流出；转印轮(309)旋转的方向是使弹性层(310)从与色浆接触的一侧，先通过转印轮圆周刮片开口(306)，转向不与色浆接触的一侧；在转印时，通过纵向运动、横向运动、角度偏转运动和转印轮转动速度的适当配合，使转印轮圆周弹性层(310)表面线速度与整个转印头与承印物料之间的移动速度几乎相同，转印轮圆周弹性层(310)表面与承印物料之间只有转印时垂直于物料表面的压力，而几乎没有平行于物料表面的磨擦力；通过转印轮圆周弹性层(310)表面与物料表面的压力，将色浆转印到物料表面；转印轮圆周弹性层(310)可用橡胶或硅胶制造，具有一定弹性。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的宽笔画色浆盒机构(28)，其特征是宽笔画色浆盒机构(28)由放置突起(289)定位，放置在色浆盒放置开口(205)处，并使传动齿轮(293)与传动齿轮(260)之间满足正确啮合条件，转印轮(309)的转动由色浆盒转印轮传动机构(25)上的步进电机(253)驱动。
7.根据权利要求1所述的细笔画色浆盒机构(33)，其特征是细笔画色浆盒机构(33)包含色浆盒(330)、色浆盒支架轴承座(331)、色浆盒支架放置突起(332)、色浆盒上盖(333)、色浆盒下方漏浆圆口(334)、传动齿轮(335)、传动轴(336、337)、转印斜轴(338)、圆锥齿轮(339、340、341)、轴承(342)、转印球珠(343)；传动轴(336)上固定圆锥齿轮(339)和传动齿轮(335)，通过两个轴承(342)安装在色浆盒支架轴承座(331)上；传动轴(337)上固定圆锥齿轮(340)，通过两个轴承(342)安装在色浆盒支架轴承座(331)上；转印斜轴(338)的一端连接转印球珠(343)，另一端连接圆锥齿轮(341)，并通过轴承(342)安装在色浆盒支架轴承座(331)上；三个圆锥齿轮(339、340、341)之间满足正确啮合条件。
8.根据权利要求1或权利要求7所述的细笔画色浆盒机构(33)，其特征是转印球珠(343)与色浆盒下方漏浆圆口(334)之间有适当间隙，使色浆盒(330)内部的色浆可以到达转印球珠(343)球面上端，又不使色浆任意流出；转印球珠(343)的球心与色浆盒下方漏浆圆口(334)的轴心之间的距离不为零，而是有一个微小的偏离；转印球珠(343)转动时，其表面从较小的间隙转出，再由较宽的间隙转入；转印球珠(343)的转动是由色浆盒转印轮传动机构(25)上的步进电机(253)驱动；在转印时，通过纵向运动、横向运动、角度偏转运动和转印球珠(343)转动速度的适当配合，转印球珠(343)表面线速度与整个转印头和承印物料之间的移动速度几乎相同，转印球珠(343)与转印物料之间只有垂直于物料表面的压力，通过压力将色浆转印到物料表面；转印斜轴(338)与转印物料平面之间有一个大于零度的角度，使细笔画色浆盒机构(33)的底部只有转印球珠(343)与转印物料的距离最近。
9.根据权利要求1或权利要求7或权利要求8所述的细笔画色浆盒机构(33)，其特征是细笔画色浆盒机构(33)的侧面尺寸与宽笔画色浆盒机构(28)相同，可从从动主体支架下方开口(205)处装卸；细笔画色浆盒机构(33)的色浆盒支架放置突起(332)起定位作用，使传动齿轮(335)与传动齿轮(260)之间满足正确啮合条件。
10.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4中所述的步进电机和步进电机驱动器、同步轮和同步带，其特征是步进电机和步进电机驱动器可用伺服电机驱动器和伺服电机代替；同步轮和同步带可用链轮和链条代替。
全文摘要
本发明提供一种可绘制多种颜色图案的转印绘图装置，主要包括电脑与控制电路、多向平移行走机构和转印头组成。转印头内有可方便装卸的色浆盒机构，色浆盒机构上的转印轮的转动由步进电机或伺服电机驱动，不同宽度的转印轮转印不同宽度的笔画，可更换不同颜色。多向平移行走机构可在平坦工作面上平移行走。转印头安装在多向平移行走机构上，由主控计算机通过无线网络方式控制安装在绘图机上的被控计算机完成绘制。与丝网印刷技术相比，没有制版工序，不使用丝网，可使用常用的具有黏性的织物印刷色浆和涂料色浆为印料，颜色可任意调配，可在布料、道路等适合着色的物料表面绘制具有多种颜色的图案。
文档编号E01C23/00GK101037060SQ20071010271
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月18日 优先权日2007年4月18日
发明者张德胜 申请人:张德胜