CN102310649B - 一种墨水温度控制装置及其温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种墨水温度控制装置及其温度控制方法，该装置包括：位于墨桶中的墨桶加热体、位于供墨管道之中的管道加热体、位于墨桶中的墨桶温度传感器、位于供墨管道中的管道温度传感器、位于喷头处的喷头温度传感器和主控电路，墨桶温度传感器用于将墨桶内墨水的温度值传递至主控电路；管道温度传感器用于将供墨管道中墨水的温度值传递至主控电路；喷头温度传感器用于将喷头处墨水的温度值传递至主控电路；主控电路用于根据循环供墨系统各处的温度值，分别对墨桶加热体和管道加热体的加热功率进行控制。本发明根据采集到的循环供墨系统中几个关键部分的温度值，对墨桶加热体和管道加热体的加热功率进行控制，实现了较为精确的墨水温度控制。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨印刷技术领域，尤其涉及一种墨水温度控制装置及其温度控制方法。
背景技术
在喷墨印刷技术领域，常用的UV油墨等墨水的粘度都随温度有较大的变化，不同的粘稠度都会影响到喷头实际的打印效果及质量。通常，供墨系统都需要对喷头处喷出的墨水的温度进行持续控制，以保证打印质量。
现有技术通常采用都是对墨水桶进行单点加热来实施温度控制，这种技术对于复杂的循环供墨系统而言，很难做到墨水温度的精确控制，往往实际温度偏差会在较大的范围内波动。
发明内容
本发明实施例提供了一种墨水温度控制装置及其温度控制方法，用以实现对喷墨印刷用的墨水温度进行精确地控制。
本发明实施例提供的一种墨水温度控制装置，包括：
墨桶加热体，位于墨桶中，并与主控电路相连接，用于对墨桶内墨水进行加热；
管道加热体，位于由墨桶到喷头之间的供墨管道之中，并与主控电路相连接，用于对所述供墨管道进行加热；
墨桶温度传感器，位于墨桶之中，与主控电路相连接，用于将墨桶内墨水的温度值传递至主控电路；
管道温度传感器，位于供墨管道中，与主控电路相连接，用于将供墨管道中墨水的温度值传递至主控电路；
喷头温度传感器，位于喷头处，并与主控电路相连接，用于将喷头处喷出的墨水的温度值传递至主控电路；
主控电路，用于根据墨桶温度传感器、管道温度传感器和喷头温度传感器传递过来的温度值，分别对墨桶加热棒和管道加热管的加热功率进行控制。
本发明实施例提供的一种墨水温度控制方法，包括：
分别采集位于墨桶中的墨水的温度值、位于墨桶到喷头之间的供墨管道之中墨水的温度值以及喷头处墨水的温度值；
根据采集到的所述墨桶中墨水的温度值、所述供墨管道中墨水的温度值和喷头处墨水的温度值，分别对墨桶内墨桶加热体和供墨管道中管道加热体的加热功率进行控制。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的墨水温度控制装置及其温度控制方法，该装置除了给墨桶加热的墨桶加热体之外，还包括给供墨管道中墨水加热的管道加热体，实现了多点加热，并且在墨桶内、供墨管道和喷头处设置了相应的温度传感器，用于采集墨桶、供墨管道和喷头处的墨水温度值，主控电路根据整个循环供墨系统中几个关键部分即墨桶、供墨管道和喷头处的温度值，对墨桶加热体和管道加热体的加热功率进行控制，实现了较为精确的墨水温度控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的墨水温度控制装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的主控电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的功率控制电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的墨水温度控制方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的确定出管道加热体的加热控制功率的步骤的实现流程图；
图6为本发明实施例提供的确定出墨桶加热体的加热控制功率的步骤的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的一种墨水温度控制装置及其温度控制方法的具体实施方式进行详细的说明。
首先对本发明实施例提供的墨水温度控制装置的结构和工作原理进行详细地说明。
如图1所示，本发明实施例提供的墨水温度控制装置，包括：墨桶加热体101、管道加热体102、墨桶温度传感器103、管道温度传感器104、喷头温度传感器105和主控电路106。其中：
墨桶加热体101位于墨桶107中，并与主控电路106相连接，用于对墨桶内墨水进行加热；
较佳地，该墨桶加热体可为一个或多个加热体的形式，并采用单点或多点加热的方式，如采用多点加热，可以将墨桶加热体(包含多个加热点)分布于墨桶的桶壁、桶底、墨桶入口、供墨出口或墨桶中的任意所需位置，如采用单个加热体加热的方式，可以采用如图1所示的直条形墨桶加热棒进行加热，加热时，墨桶加热棒置于墨桶107的底部，或者采用加热体从墨桶的入口延伸到出口进行加热等其他方式。
管道加热体102位于由墨桶107到喷头108之间的供墨管道之中，并与主控电路106相连接，用于对所述供墨管道进行加热；较佳地，具体实施时，管道加热体102采用管道加热管的方式，当然也可以采用其他非管式加热方式如前述的加热棒加热等。
上述的墨桶加热体和管道加热体均可为一个或多个。
以下，本发明实施例提供墨水温度控制装置中管道加热体102以管道加热管为例进行说明。
墨水从墨桶107经由管道加热管102流入喷头108中。较佳地，该管道加热管102位于墨桶107到喷头108之间的供墨管道之中并邻近喷头108。
墨桶温度传感器103位于墨桶107之中，并与主控电路106相连接，用于将墨桶内墨水的温度值传递至主控电路106。墨桶温度传感器103的温度敏感区域必须没入到墨桶的墨水当中。较佳地，墨桶温度传感器103可设置在供墨出口和/或墨桶入口和/或墨桶中的任意所需位置。
管道温度传感器104，位于供墨管道内，较佳地，位于管道加热管102的内管壁或者外管壁，与主控电路106相连接，用于将供墨管道中墨水的温度值传递至主控电路106；管道温度传感器104可设置为邻近喷头108。
喷头温度传感器105，位于喷头108处，并与主控电路106相连接，用于将喷头108处喷出的墨水的温度值传递至主控电路106；较佳地，喷头温度传感器105的敏感区域与喷头108喷出的墨水相接触，使得采集的温度更接近喷头处墨水实际的温度。
上述的墨桶温度传感器105、管道温度传感器104和喷头温度传感器105均可为一个或多个。
主控电路106，用于根据墨桶温度传感器103、管道温度传感器104和喷头温度传感器105传递的温度值，分别对墨桶加热体101和管道加热管102的加热功率进行控制。
本发明实施例中，主控电路106，如图2所示，具体分为下面几个功能子电路：
温度采集电路1061，用于采集墨桶温度传感器103、管道温度传感器104和喷头温度传感器105传递过来的温度值；
功率控制电路1062，用于根据墨桶温度传感器103、管道温度传感器104和喷头温度传感器105传递过来的温度值，分别确定出墨桶加热体101和管道加热管102的加热控制功率；
控制输出电路1063，用于将确定出的加热控制功率分别转换成墨桶加热体101及管道加热管102的加热电压和/或加热电流并输出。
本发明实施例提供的上述温度采集电路1061可以采用桥式放大电路或者类似功能的电路，将温度传感器传递过来的温度电阻信号转换成电压信号，再通过模数转换器转换成对应的数字信号的方式实现。当然也可以采用其他能够实现上述功能的模拟电路或数字电路的形式来实现，本发明实施例对此不做限定。
本发明实施例提供的上述控制输出电路1063，在具体实施时，可以通过微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)或者其他类似的电子器件实现将数字信号的加热控制功率，转换成相应的输出电压和/或输出电流的有效值。当然也可以采用其他能够实现上述功能的模拟电路或数字电路的形式来实现，本发明实施例对此不做限定。
上述功率控制电路1062，进一步地，如图3所示，分为下述两个硬件单元：第一目标温度值计算单元301和管道加热体加热控制功率确定单元302；
第一目标温度值计算单元301，用于判断喷头温度传感器105当前传递的喷头108处墨水的实际温度值T_head，是否已达到过预先设定的喷头108处墨水所要达到的第二目标温度值T_headtarget；
如果已达到过，换言之，一旦喷头108处墨水的实际温度值T_head出现达到预先设定的第二目标温度值T_headtarget的情况(不论后续其温度值是否波动至第二目标值以下)，则进一步执行下述步骤：判断喷头温度传感器105当前传递的喷头处墨水的实际温度值T_head与第二目标温度值T_headtarget之差是否大于等于设定的第一温度差值T_s；若是，将预先设置的管道加热管102所要达到的第一目标温度值T_tubetarget(预先设置的第一目标温度值T_tubetarget不小于第二目标温度值T_headtarget)降低第一温度差值T_s；若不是，保持预先设置的第一目标温度值T_tubetarget为初始设置的大小不变化。
如果未达到过，换言之，在喷头108处墨水的实际温度值T_head从未达到预先设定的第二目标温度值T_headtarget的情况下，则进一步执行下述步骤：判断第二目标温度值T_headtarget与喷头温度传感器105当前传递的温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值T_s，若是，将预先设置的第一目标温度值T_tubetarget升高第一温度差值T_s；若不是，保持预先设置的第一目标温度值T_tubetarget为初始设置的大小不变化。
管道加热体加热控制功率确定单元302，用于根据第一目标温度值计算单元301处理后的第一目标温度值T_tubetarget和管道温度传感器105当前传递的实际温度值T_tube，计算得到管道加热管的加热控制功率P_tube。
较佳地，本发明实施例中，管道加热体加热控制功率确定单元302计算管道加热管的加热控制功率，采用现有技术中的比例-积分-微分(PID)控制算法，对第一目标温度值T_tubetarget和管道温度传感器105当前传递的温度值T_tube进行闭环控制运算，得到管道加热管的加热控制功率，简单说明运算过程如下：
采用下述公式计算管道加热管的加热控制功率P_tube的输出值：
上式是个迭代式，k代表的是第k个采样点，也可以说是第k时刻。
u(k)表示第k个时刻管道加热管的加热控制功率P_tube的输出值；
e(k)＝T_tubetarget-T_tube(k)；
T_tubetarget为第一目标温度值；
T_tube(k)为第k时刻管道温度传感器105当前传递的温度值T_tube(k)；
kp是比例常数，ki是积分常数，kd是微分常数。这三个常数可以采用预设的经验值。
本发明实施例提供的功率控制电路1062还包括：
墨桶加热体加热控制功率确定单元303，用于判断墨桶温度传感器103当前传递的温度值T_tank是否达到预先设定的墨桶加热体101的功率变换温度值T_tankset；
若达到，则将管道加热管102的加热控制功率P_tube乘以一个设定的比例值，得到墨桶加热体101的加热控制功率P_tank；
若未达到，则保持墨桶加热体101的加热控制功率P_tank等于墨桶加热体101的最大加热功率P_tankmax。
墨桶加热体101最初采用其最大加热功率进行工作，达到上述功率变换温度值T_tankset之后，采用与管道加热管102加热控制功率绑定的加热控制功率工作。这个功率变换温度值T_tankset是墨桶加热体由采用最大加热功率进行工作变换为采用管道加热管102的加热控制功率绑定的加热控制功率工作的临界点。也就是从这个临界点开始，墨桶加热体101的加热控制功率采用一个动态变化的、与管道加热管102的加热控制功率相关联的加热控制功率进行加热，而管道加热管102的加热控制功率又是根据对喷头108处墨水的实际温度值与第二目标温度值之间的差异调整而来，由此，墨桶加热体的加热功率能够通过细微的调整，保证喷头108处的墨水温度值尽可能地接近所需的第二目标温度值，在一个较小的范围内波动，实现了对喷头108处墨水温度值的精确控制。
本发明实施例提供的上述功率控制电路1062，在具体实施时，可以通过例如微控制单元(Micro Control Unit，MCU)或者其他的微处理装置来实现第一目标温度值计算单元301、管道加热体加热控制功率确定单元302和墨桶加热体加热控制功率确定单元303的相关功能。
本发明实施例还提供了一种墨水温度控制方法，如图4所示，包括下述步骤：
S401、分别采集位于墨桶中的墨水的温度值、位于墨桶到喷头之间的供墨管道之中墨水的温度值以及喷头处墨水的温度值；
S402、根据采集到的墨桶中墨水的温度值、供墨管道中墨水的温度值和喷头处墨水的温度值，分别对墨桶内墨桶加热体和供墨管道中管道加热体的加热功率进行控制。
上述步骤S401通过下述方式实现：分别采集位于墨桶中的墨桶温度传感器传递过来的墨桶中的墨水的温度值、采集位于供墨管道内管道温度传感器传递过来的供墨管道中墨水的温度值以及采集位于喷头处喷头温度传感器传递过来的喷头处墨水的温度值。
上述步骤S402中，首先根据墨桶温度传感器、管道温度传感器和喷头温度传感器传递过来的温度值，分别确定出墨桶加热体和管道加热体的加热控制功率；
然后将确定出的加热控制功率分别转换成墨桶加热体及管道加热体的加热电压和/或加热电流并输出。
进一步地，本发明实施例中确定出管道加热体的加热控制功率的步骤，通过如图5所示的流程来实现：
S501、判断喷头温度传感器当前传递的温度值是否已达到过预先设定的喷头处墨水所要达到的第二目标温度值；若已达到过，执行下述步骤S502；若未达到过，执行下述步骤S503；
S502、进一步判断喷头温度传感器当前传递过来的温度值与第二目标温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值，若是，执行步骤S504；否则执行步骤S505；
S503、进一步判断第二目标温度值与喷头温度传感器当前传递的温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值；若是，执行步骤S506，否则执行步骤S505；
S504、将预先设置的管道加热体所要达到的第一目标温度降低设定的第二温度差值；然后执行步骤S507；
预先设置的第一目标温度值不小于预先设定的第二目标温度值；
S505、保持预先设置的管道加热体所要达到的第一目标温度值不变；然后执行步骤S507；
S506、将预先设置的管道加热体所要达到的第一目标温度值升高设定的第二温度差值；然后执行步骤S507；
S507、根据经步骤504、S505或者S506处理过的第一目标温度值和管道温度传感器当前传递过来的温度值，计算得到管道加热体的加热控制功率。
上述第一温度差值可与第二温度差值近似相等，通常，第一温度差值稍小于第二温度差值。
上述步骤S507中，可以采用PID控制算法，对经步骤504、S505或者S506处理过的第一目标温度值和管道温度传感器当前传递的温度值进行闭环控制运算，得到管道加热体的加热控制功率。具体算法的实施可参见前述墨水温度控制装置的描述。
进一步地，本发明实施例中确定出墨桶加热体的加热控制功率的步骤，通过如图6所示的流程来实现：
S601、判断墨桶温度传感器当前传递的温度是否达预先设定的墨桶加热体的功率变换温度值；若达到，执行步骤S602，否则，执行步骤S603；
较佳地，在本发明实施例中，墨桶加热体的功率变换温度值可以参考喷头的目标温度值来确定，例如采用喷头的目标温度值的90％作为墨桶加热体的功率变换温度值。
S602、则将管道加热体的加热控制功率乘以设定的比例值，得到墨桶加热体的加热控制功率；
在本步骤S602中，设定的比例值可以设定为等于墨桶加热体的最大加热功率除以管道加热体的最大加热功率所得到的比值。
S603、保持墨桶加热体的加热控制功率等于墨桶加热体的最大加热功率。
本发明实施例提供的墨水温度控制装置及其温度控制方法，该装置除了给墨桶加热的墨桶加热体之外，还包括给供墨管道中墨水加热的管道加热体，实现了多点加热，并且在墨桶内、供墨管道和喷头处设置了相应的温度传感器，用于采集墨桶、供墨管道和喷头处的墨水温度值，主控电路根据整个循环供墨系统中几个关键部分即墨桶、供墨管道和喷头处的温度值，对墨桶加热体和管道加热体的加热功率进行控制，实现了较为精确的墨水温度控制。
更进一步地，本发明实施例中，由于喷头处墨水的温度值是最终需要精确控制的温度值，根据喷头处墨水的目标温度值与其实际温度值的差异，对管道加热体的温度值进行细微调整，得到管道加热体的目标温度值，并利用PID闭环控制算法，将管道加热体的目标温度值与其实际温度值进行控制运算，求得其相应的加热控制功率，使得管道加热体能够达到理想的温度值；对于墨桶加热体的加热功率的控制来说，初始时使用最大加热功率加热，在墨桶的温度值达到功率变换温度值之后，采用与管道加热体的加热控制功率进行绑定的状态进行加热的方法，使得在喷头处的墨水的温度值达到目标温度值之前，墨桶加热体的加热控制功率能够随着管道加热体的加热控制功率动态地调整，使得喷头处墨水的温度值能够稳步地、准确地上升至目标温度值，实验证明，采用本发明实施例提供的上述加热控制装置及其方法，能够使得喷头处墨水温度值与目标温度值值之间的差异控制在正负0.2摄氏度以内，保证了喷头处墨水的温度值的精确度及打印质量的持续性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种墨水温度控制装置，其特征在于，包括：
墨桶加热体（101），位于墨桶（107）中，并与主控电路（106）相连接，用于对墨桶（107）内的墨水进行加热；
管道加热体（102），位于由墨桶（107）到喷头（108）之间的供墨管道之中，并与主控电路（106）相连接，用于对所述供墨管道进行加热；
墨桶温度传感器（103），位于墨桶（107）之中，与主控电路（106）相连接，用于将墨桶（107）内墨水的温度值传递至主控电路（106）；
管道温度传感器（104），位于供墨管道中，与主控电路（106）相连接，用于将供墨管道中墨水的温度值传递至主控电路（106）；
喷头温度传感器（105），位于喷头（108）处，并与主控电路（106）相连接，用于将喷头（108）处喷出的墨水的温度值传递至主控电路（106）；
主控电路（106），用于根据墨桶温度传感器（103）、管道温度传感器（104）和喷头温度传感器（105）传递过来的温度值，分别对墨桶加热体（101）和管道加热体（102）的加热功率进行控制；
所述主控电路，具体包括：
温度采集电路（1061），用于采集所述墨桶温度传感器（103）、管道温度传感器（104）和喷头温度传感器（105）传递过来的温度值；
功率控制电路（1062），用于根据温度采集电路（1061）采集到的温度值，分别确定出墨桶加热体（101）和管道加热体（102）的加热控制功率；
控制输出电路（1063），用于将功率控制电路（1062）确定出的加热控制功率分别转换成墨桶加热体（101）及管道加热体（102）的加热电压和/或加热电流并输出 ；
所述功率控制电路（1062），具体包括：
第一目标温度值计算单元（301），用于判断由喷头温度传感器（105）当前传递的温度值是否已达到过预先设定的喷头（108）处墨水所要达到的第二 目标温度值；若已达到过，判断所述喷头温度传感器（105）当前传递的温度值与所述第二目标温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值，若是，将预先设置的管道加热体（102）所要达到的第一目标温度值降低设定的第二温度差值；若否，保持预先设置的第一目标温度值不变；若未达到过，判断所述第二目标温度值与所述喷头温度传感器（105）当前传递的温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值，若是，将预先设置的第一目标温度值升高设定的第二温度差值；若否，保持预先设置的第一目标温度值不变；预先设置的第一目标温度值不小于所述第二目标温度值；
管道加热体加热控制功率确定单元（302），用于根据第一目标温度值计算单元（301）处理后的第一目标温度值和管道温度传感器（105）当前传递的温度值，计算得到管道加热体（102）的加热控制功率。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述管道加热体加热控制功率确定单元（302），具体用于采用比例-积分-微分PID控制算法，对第一目标温度值计算单元（301）处理后的第一目标温度值和管道温度传感器（105）当前传递的温度值进行闭环控制运算，得到管道加热体（102）的加热控制功率。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述功率控制电路（1062），还包括：
墨桶加热体加热控制功率确定单元（303），用于判断墨桶温度传感器（103）当前传递的温度值是否达到预先设定的墨桶加热体（101）的功率变换温度值；若达到，则将所述管道加热体（102）的加热控制功率乘以一设定比例值，得到所述墨桶加热体（101）的加热控制功率；若未达到，则保持墨桶加热体（101）的加热控制功率等于墨桶加热体（101）的最大加热功率；所述设定比例值等于墨桶加热体（101）的最大加热功率除以管道加热体（102）的最大加热功率。
4.一种墨水温度控制方法，其特征在于，包括：
分别采集位于墨桶中的墨水的温度值、位于墨桶到喷头之间的供墨管道 之中墨水的温度值以及喷头处墨水的温度值；
根据采集到的所述墨桶中墨水的温度值、所述供墨管道中墨水的温度值和喷头处墨水的温度值，分别对墨桶内墨桶加热体和供墨管道中管道加热体的加热功率进行控制；
所述采集位于墨桶中的墨水的温度值，包括：采集位于墨桶中的墨桶温度传感器传递过来的墨桶中的墨水的温度值；
所述采集供墨管道中墨水的温度值，包括：采集位于供墨管道中的管道温度传感器传递过来的供墨管道中墨水的温度值；
所述采集位于所述喷头处墨水的温度值，包括：采集位于喷头处喷头温度传感器传递过来的喷头处墨水的温度值；
根据墨桶中墨水的温度值、所述供墨管道中墨水的温度值和喷头处墨水的温度值，分别对墨桶加热体和管道加热体的加热功率进行控制，包括：
根据所述墨桶温度传感器、管道温度传感器和喷头温度传感器传递过来的温度值，分别确定出墨桶加热体和管道加热体的加热控制功率；
将确定出的加热控制功率分别转换成墨桶加热体及管道加热体的加热电压和/或加热电流并输出 ；
根据管道温度传感器和喷头温度传感器传递过来的温度值，确定出管道加热体的加热控制功率，包括：
判断喷头温度传感器当前传递的温度值是否已达到过预先设定的喷头处墨水所要达到的第二目标温度值；
若已达到过，判断所述喷头温度传感器当前传递的温度值与所述第二目标温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值，若是，将预先设置的管道加热体所要达到的第一目标温度值降低设定的第二温度差值；若否，保持预先设置的第一目标温度值不变；所述预先设置的第一目标温度值不小于所述第二目标温度值；
若未达到过，判断所述第二目标温度值与所述喷头温度传感器当前传递 过来的温度值之差是否大于等于设定的第一温度差值，若是，将预先设置的第一目标温度值升高设定的第二温度差值；若否，保持预先设置的第一目标温度值不变；
根据第一目标温度值和管道温度传感器当前传递过来的温度值，计算得到管道加热体的加热控制功率。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据第一目标温度值和管道温度传感器当前传递的温度值，计算得到管道加热体的加热控制功率，包括：
采用比例-积分-微分PID控制算法，对第一目标温度值和管道温度传感器当前传递的温度值进行闭环控制运算，得到管道加热体的加热控制功率。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述墨桶温度传感器、管道温度传感器和喷头温度传感器传递过来的温度值，确定出墨桶加热体的加热控制功率，包括：
判断墨桶温度传感器当前传递的温度值是否达到预先设置的墨桶加热体的功率变换温度值；
若达到，则将所述管道加热体的加热控制功率乘以一设定的比例值，得到所述墨桶加热体的加热控制功率；所述设定的比例值等于墨桶加热体的最大加热功率除以管道加热体的最大加热功率；
若未达到，则保持墨桶加热体的加热控制功率等于墨桶加热体的最大加热功率。
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