一种基于DDS的压电陶瓷喷头喷墨打印装置及方法与流程

一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印装置及方法
技术领域
1.本发明涉及喷墨打印技术领域，具体涉及一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印装置及方法。


背景技术：

2.在当今社会中，喷墨印刷技术蓬勃发展并被应用于生活的方方面面，受到了社会各界人士广泛的关注。喷墨打印技术是指墨水从微米级的喷嘴中高速喷出，形成细小液滴在承载物上离散形成影像来传递文字或图案的技术。
3.传统的喷墨打印系统采用负压供墨的方法维持喷头压力的稳定性，防止墨水因自身重力从喷头溢出，从而保证良好的印刷质量。现有的自吸供墨式供墨装置，利用虹吸作用通过供墨管道获取打印时所需墨水以实现连续供墨。这种供墨装置在喷头中设置储墨器，内置海绵体，它能够利用毛细管作用吸附墨水，起到存储、渗透和过滤墨水的作用，而且当墨水的粘度过大或供墨管道较长时，采用自吸供墨装置则很难满足供墨系统的要求。现有的利用液位差供墨方式，墨盒高度低于喷头高度，利用喷头和墨盒之间的液位差形成喷头处的墨水负压状态，也时常出现供墨不足和油墨渗漏的严重问题，这些问题都将直接影响印刷质量。现有的利用气压的供墨方式，将储墨空间设置成密闭的，增加合适的负压抵消墨水的部分重力。当液位的高度不断变化时，所增加的合适负压值就需要根据液位差不断的做出调整，负压值的准确性和调整的同步性存在很大难度。当负压值过大时，墨水会供应不上，喷印出现断点现象，当负压值过小时，墨水会不断溢出喷孔，造成无法喷印。
4.压电陶瓷喷头具有可控制、精度高等优点，对于提升打印系统的质量和加快打印速度具有重要的意义。压电陶瓷喷头喷射的墨滴速度和墨滴大小以及墨滴均匀性都会对印刷质量产生严重影响。驱动电路输出的激励频率和激励电压决定了陶瓷片形变速度和形变量，影响着喷墨打印质量。
5.传统压电陶瓷喷头利用逆压电效应将两端的电能转化为机械能，使压电陶瓷片产生高频振荡。每个压电陶瓷片因自身的电容效应而振荡频率不太相同，振荡频率在160khz到200khz之间。压电陶瓷的高频振荡带动两侧连接的金属片高频振动，机械振动将墨滴分子直接打散雾化而形成飘散的喷雾，压电陶瓷片不精准的振动频率，致使不能控制墨水喷雾液滴的大小和数量，无法在承载物上印刷打印。
6.因此需要对现有的压电陶瓷喷头打印系统进行完善改进。针对现有的压电陶瓷喷墨打印系统存在的负压控制不稳定问题，各个压电陶瓷片因自身电容效应而其谐振频率存在差异，造成雾化后墨水的液滴喷雾无法在承印物表面形成所要求的打印图案等问题，目前没有实现精密打印的技术。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是提供一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印装置及方法，通过控制单元模块控制dds波形发生电路，频率可调的dds电路为压电陶瓷片喷头提供
振动所需的谐振频率，使压电陶瓷喷头产生一定大小和数量的墨点于承印物表面，同时利用独立的墨量可控流量可调的压力泵代替负压控制系统，解决了因负压波动造成的印刷质量问题。
8.为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印装置，包括包括电源模块、控制单元模块、dds模块、功率放大电路、压力泵、压电陶瓷喷头和人机交互模块，所述电源模块与控制单元模块、dds模块、功率放大电路、压力泵和人机交互模块相连并为其供电；所述控制单元模块与dds模块电性连接，并向dds模块的dds波形发生电路持续写入频率控制字k，dds波形发生电路输出对应频率范围的方波激励信号；所述控制单元模块和dds模块均与功率放大电路电性连接，控制单元模块为功率放大电路提供占空比为百分之五的方波控制信号，方波控制信号调节方波激励信号的通断频率；所述控制单元模块与人机交互模块电性连接，通过人机交互模块的lcd显示屏输入方波激励信号的频率上下限值后经由控制单元模块输出至dds模块；所述控制单元模块与压力泵电性连接，向压力泵发送包括供墨量和输出量水流量的指令；主墨盒通过压力泵向压电陶瓷喷头供墨；所述功率放大电路与压电陶瓷喷头相连，输出断点打印指令至压电陶瓷喷头。
9.其中，所述人机交互模块包括lcd显示屏和按键，所述按键通过设于人机交互模块内的按键电路与控制单元模块相连。
10.其中，所述控制单元模块采用单片机stm32f103rct6芯片。
11.其中，所述压电陶瓷喷头包括多个阵列式分布的喷嘴。
12.本实施例还提供一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印方法，包括以下步骤：s1、人机交互模块发出打印指令；s2、控制单元模块接收打印指令，并分别发出驱动指令至dds模块和方波控制信号至功率放大电路；s3、dds模块接收驱动指令，发出持续的方波激励信号至功率放大电路；s4、功率放大电路接收方波控制信号和方波激励信号，方波控制信号调节方波驱动信号的通断频率后输出断点打印指令至压电陶瓷喷头，使压电陶瓷产生收缩运动进而挤出液滴。
13.其中，步骤s2的具体步骤为：控制单元模块向dds模块持续输入一定范围的频率控制字k，dds模块输出对应频率范围的方波激励信号，不断扫描将压电陶瓷片的振动频率包含至方波激励波形中。
14.其中，步骤s3的具体步骤为：控制单元模块向功率放大电路输出占空比为5%的方波控制信号，人机交互模块的lcd显示屏上显示出方波控制信号的频率，通过与按键连接的按键电路改变方波激励信号的频率值，以改变方波激励信号的通断频率。
15.其中，步骤s4的具体步骤为：
方波激励信号经过功率放大电路后，配合方波控制信号不断通断，向压电陶瓷喷头发送断点打印指令。
16.本发明上述技术方案的有益效果如下：（1）本发明基于dds原理输出数字可控频率可调的低压方波激励波形，经功率放大电路驱动压电陶瓷喷头负载完成印刷工作，解决了不同压电陶瓷喷头存在的谐振频率差异问题，同时可以根据控制单元模块发送的频率控制字输出不同频率的波形，满足压电喷头工作要求的激励频率，提高打印精度和效果。
17.（2）本发明控制单元模块输出占空比为5%的方波控制信号用于调节dds输出的方波控制信号，lcd显示屏和按键电路可以显示和改变方波控制信号频率，从而改变方波激励信号的通断频率，实现了压电陶瓷喷头的断点打印，改善了喷墨系统的打印质量。
18.（3）本发明中，压力泵输出流量可以调节的墨水，代替传统的负压供墨系统为压电陶瓷打印喷头提供墨源，提高了打印系统的稳定性和打印质量。
19.（4）本发明连接简单，可级联多个压电陶瓷片形成压电陶瓷喷头阵列，实现多个喷嘴精确打印，通过控制压电陶瓷的振动频率可以精确控制喷嘴处的单个墨滴体积。
附图说明
20.图1为本发明系统结构图；图2为本发明中的功率放大电路图；图3为本发明中的按键电路图。
具体实施方式
21.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
22.如图1所示，本发明的实施例提供一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印装置，包括电源模块、控制单元模块、dds模块、功率放大电路、压力泵、压电陶瓷喷头和人机交互模块，所述电源模块与控制单元模块、dds模块、功率放大电路、压力泵和人机交互模块相连并为其供电；所述控制单元模块与dds模块电性连接，并向dds模块的dds波形发生电路持续写入频率控制字k，dds波形发生电路输出对应频率范围的方波激励信号；所述控制单元模块和dds模块均与功率放大电路电性连接，控制单元模块为功率放大电路提供占空比为百分之五的方波控制信号，方波控制信号调节方波激励信号的通断频率。其中，所述功率放大电路如图2所示。
23.所述控制单元模块与人机交互模块电性连接，通过人机交互模块的lcd显示屏输入方波激励信号的频率上下限值后经由控制单元模块输出至dds模块；所述控制单元模块与压力泵电性连接，向压力泵发送包括供墨量和输出量水流量的指令；主墨盒通过压力泵向压电陶瓷喷头供墨；所述功率放大电路与压电陶瓷喷头相连，输出断点打印指令至压电陶瓷喷头；所述压电陶瓷喷头包括多个阵列式分布的喷嘴。
24.本实施例中，所述控制单元模块采用单片机stm32f103rct6芯片。所述dds模块的型号为ad9854。
25.所述人机交互模块包括lcd显示屏和按键，所述按键通过设于人机交互模块内的按键电路与控制单元模块相连。所述按键电路如图3所示。
26.本实施例还提供一种基于dds的压电陶瓷喷头喷墨打印方法，包括以下步骤：s1、人机交互模块发出打印指令；s2、控制单元模块接收打印指令，并分别发出驱动指令至dds模块和方波控制信号至功率放大电路；s3、dds模块接收驱动指令，发出持续的方波激励信号至功率放大电路；s4、功率放大电路接收方波控制信号和方波激励信号，方波控制信号调节方波驱动信号的通断频率后输出断点打印指令至压电陶瓷喷头，使压电陶瓷产生收缩运动进而挤出液滴。
27.步骤s2的具体步骤为：控制单元模块向dds模块持续输入一定范围的频率控制字k，dds模块输出对应频率范围的方波激励信号，不断扫描将压电陶瓷片的振动频率包含至方波激励波形中。
28.步骤s3的具体步骤为：控制单元模块向功率放大电路输出占空比为5%的方波控制信号，人机交互模块的lcd显示屏上显示出方波控制信号的频率，通过与按键连接的按键电路改变方波激励信号的频率值，以改变方波激励信号的通断频率。
29.步骤s4的具体步骤为：方波激励信号经过功率放大电路后，配合方波控制信号不断通断，向压电陶瓷喷头发送断点打印指令。
30.本实施例中，具体步骤为：stm32单片机（控制单元模块）向dds模块的波形发生电路不断写入一定范围的频率控制字k，波形发生电路输出对应一定频率范围的方波激励波形，通过一定频率的不断扫描可以将陶瓷片的振动频率包含在其中；与之同时，stm32单片机（控制单元模块）向功率放大电路提供一个占空比为5%的方波控制信号，lcd显示屏可以显示方波控制信号的频率，并通过按键电路改变方波控制信号的频率值。方波控制信号用于调节dds驱动信号的通断频率，驱动信号由控制信号电路调制后经过放大驱动电路，控制信号配合着驱动信号的不断通断，以达到改善压电陶瓷喷头的喷墨打印质量，使压电陶瓷喷头阵列完成断点打印工作；所述lcd显示屏上可以设置dds输出方波频率的上下限，即输出输出波形频率的最大值和最小值，根据设置值周期输出对应频率范围的方波解决了不同压电陶瓷片因自身电容效应而其谐振频率存在差异，解决了雾化后墨水的墨滴喷雾无法在承印物表面形成所要求的打印图案等问题。
31.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。