一种丝网印刷直接制版系统及制版方法与流程

本发明涉及丝网印刷技术领域，具体涉及一种丝网印刷直接制版系统及制版方法。

背景技术：

丝网印刷属于孔版印刷，它与平印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法。孔版印刷包括誊写版、镂孔花版、喷花和丝网印刷等。孔版印刷的原理是：印版（纸膜版或其它版的版基上制作出可通过油墨的孔眼）在印刷时，通过一定的压力使油墨通过孔版的孔眼转移到承印物（纸张、陶瓷等）上，形成图象或文字。

印刷时通过刮板的挤压，使油墨通过图文部分的网孔转移到承印物上，形成与原稿一样的图文。丝网印刷设备简单、操作方便，印刷、制版简易且成本低廉，适应性强。丝网印刷应用范围广常见的印刷品有：彩色油画、招贴画、名片、装帧封面、商品标牌以及印染纺织品等。

传统的丝网制版系统是通过晒板机使用菲林进行制版。菲林与早期的照相机底片类似。使用菲林进行制版流程如下：将带有图像的菲林贴在已涂敷感光胶的丝网网版上，使用汞灯照射菲林，菲林上有图形部分可以透射光线，使网版的感光胶感光，将感光的网版进行显影，显影之后未感光的部分会被显影液溶解，从而在网版上形成图形。

传统的利用菲林制版的方法存在如下缺陷：

1、耗材成本高昂，传统丝网印刷制版方法需要使用照排机制作菲林，多色印刷需要多张菲林，晒版后菲林即遭废弃，与直接制版相比耗材成本较高；

2、增加工序，导致制版效率低下：传统丝网印刷制版过程需首先制作图案底片，再经晒版机制版工艺周期较长，制版效率低下，由此还可能导致更多的问题点出现以及人工成本、时间成本的增加；

3、菲林易损坏：菲林本身易变形易被划伤，导致其使用寿命大大受影响；

4、无法制作超大网版：受菲林本身面积的限制，传统的制版方法无法制作超大网版；

5、图像精度差，无法满足小线宽图形的制版：由于传统丝网印刷制版方法是通过图案底片与感光胶接触曝光复制而完成的，因而复制过程中会造成图像细节的损失，图像精度低于原稿，该现象在厚感光胶的晒版过程中尤为明显，因此传统菲林制版通常仅适用于50μm以上的线宽。

近年来，研究者们也进行了一些直接制版的尝试。一种直接制版的方法是采用数字微镜器件(DMD)进行曝光处理实现直接制版。但在实际应用中，由于受丝网印刷制版标准数据格式的限制，使用DMD的直写式丝网制版系统其曝光产能受到很大的限制：由于丝网印刷的制版的标准数据格式是1BIT-TIF格式——1BIT-TIF是一种压缩后的单色位图，由专业的RIP（raster image process）软件生成所得。采用这种格式的版图，当使用DMD进行扫描曝光时，受限于DMD可接受的光能量和DMD的刷新率，导致曝光产能受到极大的限制。

技术实现要素：

本发明的目的是解决传统使用菲林带来的成本高、工序多、精度低等问题以及现有的直接制版方法产能低、适应图像格式单一等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种直写式(DIS)丝网制版系统以及使用该系统制版的方法。

本发明的技术方案如下：

一种丝网印刷直接制版系统，用于丝网制版过程中在网版上进行图形曝光，包括主机、运动系统、微LED阵列控制器、微LED阵列、主动聚焦模块和光学镜头；

所述运动系统由步进平台、扫描平台以及平台驱动器组成，其中平台驱动器与主机相连并驱动步进平台和扫描平台运动；

所述微LED阵列控制器与主机相连，在主机的控制下驱动微LED阵列完成曝光任务；

所述主动聚焦模块控制光学镜头与网版间的距离。

其中，所述主机是个人计算机、服务器或工控机中的一种。

其中，所述步进平台承载网版并带动网版运动，所述扫描平台承载主动聚焦模块和光学镜头并带动主动聚焦模块和光学镜头运动。

其中，所述微LED阵列控制器由数据接收单元、ARM处理器、现场可编程门阵列和数据存储单元组成。

进一步地，所述数据接收单元是网口或USB口。

其中，所述微LED阵列发出的光线波长介于365nm至405nm之间。

其中，所述主动聚焦模块由电机、高速微动部件、距离传感器和控制单元组成。

进一步地，所述高速微动部件是压电陶瓷电机或音圈马达。

本发明还提供一种利用上述丝网印刷直接制版系统在网版上进行图形曝光的方法，包括如下步骤：

(1)网版准备步骤，主机向平台驱动器发出指令，平台驱动器驱动步进平台移动到上版位置，由人工或自动上板装置将网版放置到步进平台上，再由设于步进平台-的网版固定装置对网版进行固定；

(2)曝光准备步骤，主机控制平台驱动器-驱动步进平台-和扫描平台-移动到初始曝光点位置，准备开始曝光；

(3)版图条带化处理步骤，主机读取待曝光的图像数据，然后按照微LED阵列的宽度进行切割获得条带图像；

(4)版图发送步骤，主机将条带图像数据经无损压缩后传输至微LED阵列控制器；

(5)启动主动聚焦步骤，主机控制主动聚焦模块开始进行主动聚焦操作；

(6)正方向的单次扫描步骤，平台驱动器-接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台-按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描平台-持续向微LED阵列控制器反馈位置信号，微LED阵列控制器根据接收的位置信号控制微LED阵列中LED单元的开关，实现相应的图形曝光；

(7)步进移动步骤，平台驱动器-接受主机发出的控制指令，驱动步进平台-向待曝光区域移动微LED阵列有效扫描宽度的距离；

(8)反方向的单次扫描步骤，平台驱动器-接受主机发出的控制指令，驱动扫描平台-按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描平台-持续向微LED阵列控制器反馈位置信号，微LED阵列控制器根据接收的位置信号控制微LED阵列中LED单元的开关，实现相应的图形曝光；

(9)步进移动步骤，平台驱动器-接受主机发出的控制指令，驱动步进平台-向待曝光区域移动微LED阵列有效扫描宽度的距离；

(10)重复步骤(6)-步骤(9)，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。

其中，启动主动聚焦步骤中主动聚焦操作的过程如下：主动聚焦模块中的距离传感器实时测量光学镜头到网版间的距离，当距离的值超过光学镜头的误差范围时，首先由主动聚焦模块中的控制单元驱动电机进行粗调节，然后由控制单元驱动高速微动部件对光学镜头的位置进行细调节，使得光学镜头的焦面始终保持在网版平面上。

本发明的有益效果如下：

本发明的丝网印刷直接制版系统，制版过程不需要菲林，有效降低了成本，且工序简单、图像精度高，可适用于制作超大网版；采用微LED阵列替代DMD进行直写式制版，曝光过程不再受限于DMD可接受的光能量以及DMD刷新率，产能显著提高。由于应用了微LED阵列，本发明的丝网印刷直接制版系统曝光时无需额外的光源以及控制单元，系统结构更为简化，成本也相应降低。

此外，本发明的丝网印刷直接制版系统不再受限于丝网印刷制版行业的图像数据格式，对于其他格式的图像，本发明的丝网印刷直接制版系统通过将其按微LED阵列的宽度沿图的水平或垂直方向进行切分成条带，然后按条带控制微LED阵列中LED单元的开关，沿扫描的方向移动镜头，达到曝光的目的。因此，本发明的丝网印刷直接制版系统可使用的版图数据格式更加多样。

附图说明

图1是本发明实施例的一种丝网印刷直接制版系统的模块组成图；

图2是本发明另一实施例的的一种丝网印刷直接制版装置的结构示意图；

图3是本发明另一实施例的一种丝网印刷直接制版装置的立体结构示意图；

图4是应用本发明的丝网印刷直接制版系统在网版上进行图形曝光的方法流程图。

附图标记说明：

1——主机，2——运动系统，2-1——步进平台，2-2——扫描平台，2-3——平台驱动器，3——微LED阵列，4——微LED阵列控制器，5——主动聚焦模块，6——光学镜头，7——网版，8——大理石框架，8-1——底座，8-2——龙门，8-2-1——龙门支架，8-2-2——龙门横梁，9——网版固定装置，10——光学成像系统。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本发明提供一种丝网印刷直接制版系统，用于丝网制版过程中在网版上进行图形曝光。图1所示是本发明一个具体实施例的丝网印刷直接制版系统的模块组成图。该系统包括主机1、运动系统2、微LED阵列控制器3、微LED阵列4、主动聚焦模块5和光学镜头6。

主机1可以是PC、各类服务器或各类工控机。主机1的主要作用是接收版图、缓存版图和预处理版图以及总控主动聚焦模块、微LED阵列控制器和运动系统协同工作。所涉及的版图一般由CAM软件负责生成，其格式可以是PDF、GDSII、GERBER、ODB++、TIF、BMP、DWG或DPF等。在曝光时，主机首先将版图按微LED阵列的扫描宽度进行条带切分，然后将条带图像通过网络、光纤、USB等传输到微LED阵列控制器3。

运动系统2由步进平台2-1、扫描平台2-2以及平台驱动器2-3组成，其中平台驱动器2-3与主机1相连并驱动步进平台2-1和扫描平台2-2运动。步进平台2-1承载网版并带动网版在步进方向运动，扫描平台2-2承载主动聚焦模块5和光学镜头6并带动主动聚焦模块5和光学镜头6在扫描方向连续运动。扫描方向和步进方向相互垂直，但均平行于网版平面。扫描平台上还设有位置编码器，用于发送实时位置信息。

微LED阵列控制器3与主机1相连，由数据接收单元、ARM处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和数据存储单元(一般是DDR)组成。其中，数据接收单元可以是网口、USB口等。微LED阵列控制器的作用有：接收主机发送的条带图像；预先生成不同曝光位置的图像数据；根据运动系统位置编码器的信号，计算实时位置；根据实时位置和相应的图像数据，驱动微LED阵列器中LED单元的开或关，实施曝光。

微LED阵列4用于提供曝光使用的光能量。微LED阵列由一排紧密相邻的微型LED组成，由微LED阵列控制器3按照计算机提供的条带图像控制单颗LED的开或关。微LED阵列4发出的光线波长介于385nm－405nm之间。

主动聚焦模块5控制光学镜头6与网版间的距离，使镜头的焦面始终保持在网版平面上；主动聚焦模块7由电机、高速微动部件、距离传感器和控制单元组成，其中高速微动部件可以是压电陶瓷电机或音圈马达。主动聚焦可以是旁轴或同轴模式。主动聚焦模块的工作过程如下：主动聚焦模块5中的位置传感器实时测量光学镜头6到网版间的距离，当所述距离的值超过光学镜头6的误差范围时，首先由控制单元驱动电机进行粗调节，然后由控制单元驱动高速微动部件对光学镜头6的位置进行细调节，使得光学镜头8的焦面保持在网版平面上。

本实施例的直写式丝网制版系统中，由微LED阵列、光学镜头和主动聚焦模块组成了光学成像系统10。

实施例2

本实施例给出了应用本发明的丝网印刷直接制版系统的一种具体装置。

如图2是本实施例的一种丝网印刷直接制版装置的结构示意图；图3是本实施例的丝网印刷直接制版装置的立体结构示意图。从图中可以看出，步进平台2-1和扫描平台2-2均承载于大理石框架8上，该大理石框架包括底座8-1和龙门8-2，底座8-1平行于水平面，龙门8-2包括龙门支架8-2-1和龙门横梁8-2-2，龙门支架8-2-1垂直于水平面且固定在底座8-1上，龙门横梁8-2-2位于龙门支架8-2-1顶端

其中，步进平台2-1固定于底座8-1上，位于龙门横梁8-2-2正下方，步进方向与龙门横梁8-2-2相垂直；

扫描平台2-2固定于龙门横梁8-2-2上，扫描平台2-2上承载有光学成像系统10，包括微LED阵列4、光学镜头6和主动聚焦模块5。光学镜头6位于主动聚焦模块5的下方。

本实施例中的网版固定装置9是网版夹具。网版7通过网版夹具固定于步进平台上，网版夹具可有效避免网版在运动时滑动或跳动，从而避免曝光图形错乱。

实施例3

本实施例提供应用本发明的丝网印刷直接制版系统在网版上进行图形曝光的方法。图4是应用本发明的丝网印刷直接制版系统在网版上进行图形曝光的方法流程图。该方法具体包括如下步骤：

在网版准备步骤S1中，主机1向平台驱动器2-3发出指令，平台驱动器2-3驱动步进平台2-1移动到上版位置，由人工或自动上板装置将网版7放置到步进平台2-1上，再由设于步进平台2-1的网版固定装置9对网版7进行固定；

在曝光准备步骤S2中，主机1控制平台驱动器2-3驱动步进平台2-1和扫描平台2-2移动到初始曝光点位置，准备开始曝光；

在版图条带化处理步骤S3中，主机1读取待曝光的图像数据，然后按照微LED阵列4的宽度对图像进行切割获得条带图像；

在版图发送步骤S4中，主机1将条带图像数据经无损压缩后传输至微LED阵列控制器3；传输方式可以是网线、光纤或USB传输。

在启动主动聚焦步骤S5中，主机1控制主动聚焦模块5开始进行主动聚焦操作；操作过程是：主动聚焦模块5中的距离传感器实时测量光学镜头6到网版7间的距离，当所述距离的值超过光学镜头6的误差范围时(这种情况称为离焦)，主动聚焦模块5中的控制单元通过驱动主动聚焦模块5中的电机和高速微动部件调节光学镜头6的位置，使得光学镜头6的焦面保持在网版平面上。

主动聚焦模块7是一个自主模块，主机1控制它开始主动聚焦后，该模块将不再接受主机1命令，直到主机下达停止主动聚焦的命令。

在正方向的单次扫描步骤S6中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动扫描平台2-2按指定速度匀速运动到单次扫描的结束位置，扫描过程中，扫描平台2-2持续向微LED阵列控制器3反馈位置信号，微LED阵列控制器3根据接收的位置信号计算实时位置，然后获取相应的图像数据，控制微LED阵列4中LED单元的开或关，实现当前位置的图形曝光。其中，扫描速度由网版7上的光敏剂的种类及厚度以及微LED阵列4发出光线的光强和波长等共同决定；单次扫描的结束位置由给定的版图的尺寸、边缘曝光方式等决定；单次扫描中，扫描平台2-2的行进距离等于版图沿扫描方向上的径向尺寸。假设版图尺寸为A*B，其中A为沿步进方向的长度，B为沿扫描方向的长度，则单次扫描中的扫描距离为B，单次扫描的结束位置为由起始曝光点沿扫描方向的射线方向上与起始曝光点距离为B的点。

在步进移动步骤S7中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动步进平台2-1向待曝光区域移动微LED阵列4有效扫描宽度的距离；有效扫描宽度的定义是：假设微LED阵列4在单次扫描中曝光的图形宽度为d，则d即为微LED阵列4的有效扫描宽度。

在反方向的单次扫描步骤S8中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动扫描平台2-2按指定速度反方向匀速运动到反方向的结束位置，扫描过程中，扫描平台2-2持续向微LED阵列控制器3反馈位置信号，微LED阵列控制器3根据接收的位置信号计算实时位置，然后获取相应的图像数据，控制微LED阵列4中LED单元的开或关，实现当前位置的图形曝光。同样，扫描速度由网版7上的光敏剂的种类及厚度以及微LED阵列4发出光线的光强和波长等共同决定；单次扫描的结束位置由给定的版图的尺寸、边缘曝光方式等决定。基于步骤S6-S7中的假设，此时反方向的结束位置为距离起始曝光点沿步进方向距离为d的位置；通过S6-S8，正、反方向的总计扫描距离为2*B，步进平台的行进距离为d。

在步进移动步骤S9中，平台驱动器2-3接受主机1发出的控制指令，驱动步进平台2-1向待曝光区域移动微LED阵列4有效扫描宽度的距离；

重复步骤S6-步骤S9，直至所有图形均被转移，曝光过程完成。

曝光过程完成后，主机1控制主动聚焦模块5停止工作，同时控制步进轴运动至上版位置，完成制版过程。

以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。