CN111070891A - 喷墨打印头的墨滴检测装置 - Google Patents

Abstract

喷墨打印头的墨滴检测装置，包括底座，在底座的两侧分别安装有激光发射端及接收端；其中安装有激光发射端的一侧依次安装激光发射器、分束器、单束激光接收器、多棱镜、反射镜、发射端透镜，在安装有激光的一侧依次安装有接收端透镜、双束激光接收器；其中在多棱镜安装于可带动其转动的电机输出轴上。将本发明置于喷头下方，通过电机调整合适的角度，通过喷头喷射墨滴阻挡上下两束激光产生两个低电平信号，采集墨滴是否通过、墨滴形状、墨滴速度等信息，可以精确检测喷头是否正常工作。结构合理、操作方便、检测精度高。

Description

喷墨打印头的墨滴检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别是喷墨打印头的墨滴检测装置。

背景技术

喷墨打印是种非接触、点阵式的打印技术，其工作原理是将墨水按一定的方式从微喷孔中喷射到基材表面。早期的喷墨打印技术主要应用于办公应、条幅打印、相片打印等打印领域。随着喷墨头制作艺的不断进步，以及其能将多种材料精确地沉积在基底上的特点，喷墨打印技术越来越多地应用业制造领域中。喷墨打印技术以分为连续喷墨打印技术和按需喷墨打印技术。其中按需喷墨打印技术又可以分为静电式喷墨技术、压电式喷墨技术以及热气泡式喷墨技术等。

墨滴的参数指标是对检测和评估喷印质量直观的反映，如何实现检测喷头喷出墨滴的大小、速度、形状、轨迹等特征参数，从而优化喷印条件提高喷印效具有重要作用。传统的墨滴人工检测方法是利用显微镜和带刻度的标尺观察少量喷嘴喷射墨滴的部分过程。而目前工业上需要经常对全部喷嘴进行检测，但喷墨打印头使用的喷头的喷嘴至少在128个以上，这样就无法保证人工检测记录及统计喷嘴实验数据的准确性，不能满足工业生产的要求。新的研究方法是采用高速图像采集器件获取墨滴成形过程中的墨滴图像，通过图像分析方法检测喷头喷出墨滴的质量，然而目前存在的墨滴检测均是处于一种离线状态下的检测，即需要单独将喷头安装在响应的检测平台进行墨滴质量检测，无法实现喷头在实际工作运行过程中的墨滴质量在线检测。

发明内容

为解决现有技术的不足，提供一种喷墨打印头的墨滴检测装置，这种墨滴检测装置结构合理，使用方便，能很好地在不拆卸打印头的情况下对墨滴进行在线检测，并且检测效果准确。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

喷墨打印头的墨滴检测装置，包括底座，在底座的两侧分别安装有激光发射端及接收端；其中安装有激光发射端的一侧依次安装激光发射器、分束器、单束激光接收器、多棱镜、反射镜、发射端透镜，在安装有激光的一侧依次安装有接收端透镜、双束激光接收器；其中在多棱镜安装于可带动其转动的电机输出轴上。

上述的喷墨打印头的墨滴检测装置，所述分束器将激光分为上、下两束。

将本发明置于喷头下方，通过电机调整合适的角度，通过喷头喷射墨滴阻挡上下两束激光产生两个低电平信号，采集墨滴是否通过、墨滴形状、墨滴速度等信息，可以精确检测喷头是否正常工作。结构合理、操作方便、检测精度高。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明俯视结构示意图。

图3为本发明检测光路图。

图4为本发明检测主视示意图。

图5为本发明墨滴飞行速度检测原理示意图。

图6为本发明检测全部喷孔是否正常的工作流程图。

图7为本发明检测喷孔液滴飞行速度的工作流程图。

图8为球形墨滴形状示意图。

图9为卫星形墨滴形状示意图。

图10为墨滴形状检测原理图。

图11为根据信息恢复球形墨滴形状的示意图。

图12为根据信息恢复卫星形墨滴形状的示意图。

图13为本发明墨滴形状检测工作流程图。

其中，1为反射镜、2为发射端透镜、3为激光发射器、4为分束器、5为单束激光接收器、6为步进电机、7为多棱镜、8为装置底座、9为接收端透镜、10为双束激光接收器，20为喷墨打印头，21为墨滴，22喷孔。

具体实施方式

本发明的工作原理：激光具有高亮度性、高单色性、高方向性等优点，且当激光束直径在1um范围内远小于飞行墨滴直径大小时，通常墨滴直径在50um左右，墨滴将阻挡激光束并将激光束反射。运用激光这一特性，发明了本装置以实现在线检测打印喷头墨滴的质量，可对喷孔、墨滴的飞行速度、墨滴形状分别进行检测。

喷孔工作检测：参照附图，激光发射器发射的单束激光经过分束器后将变为两束平行激光束，激光射向多棱镜时发生第一次反射，反射光射向反射镜时发生第二次反射，经过发射端透镜后激光束经过第一行喷孔正下方；如第一行喷孔不工作，激光经过接收端透镜后被双束激光器接收，再经控制器信号采集处理后PC端显示的是两行平行的高电平信号。

启动喷头驱动第一行喷孔工作喷墨，按一定频率出墨，墨滴下落过程中，当其与第一束激光接触时，由于其直径远大于激光束直径，此时接收器将无法接受到激光信号，此时电信号将变为低电平；整个墨滴穿过第一束激光后，第一行信号恢复高电平。接着墨滴与第二束激光，同理，第二行信号也会由于墨滴的阻挡出现低电平信号，当墨滴完全通过第二束激光时，第二行信号恢复高电平，整个过程的表现是PC端两行信号出现与喷墨频率相当的负脉冲，如果PC端两行信号未出现负脉冲，则表示该行喷孔未正常工作，否则该行喷孔正常工作。当第一行喷孔检测完毕，驱动步进电机对多棱镜进行转动，转动设置好的细分角度，改变反射激光束角度，使激光束依次经过各行喷孔正下方，分别对其余喷孔进行检测。

墨滴飞行速度检测：参照附图，激光束经过分束器后产生 2束平行且间距为Δd的激光束，启动喷头喷墨，墨滴先后阻挡这两束激光，电信号会出现负脉冲，将负脉冲的下降沿出现时间相减获得的墨滴通过两束激光束时的飞行时间Δt，可以计算v=Δd/Δt求得墨滴的飞行速度；重复喷墨，统计多次时间差Δt，求平均值，最终获得最终该喷孔墨滴飞行速度。

若需检测第N行的喷孔墨滴飞行速度，可按上述喷孔工作检测的原理，驱动步进电机使激光束经过第N行喷孔正下方。

墨滴形状检测：参照附图，考虑激光束遇到墨滴时同时将发生反射，在发射端同时设计单束激光接收器，通过计算激光遇到墨滴及返回接收器速度时间进行数学换算，可得到激光接触点墨滴直径大小。

假设墨滴是一个标准回转体，用高频率的激光脉冲照射下落的液滴，可以计算获得获得墨滴正剖面点到回转轴的间的距离，通过将这些点用贝塞尔曲线相连并进行平滑处理，经过对称回转可复原墨滴形状。如图所示，墨滴下落过程中，高频激光脉冲与墨滴不同位置接触，激光反射回接收器，激光发射器通过频率发射器每秒发射100MHz激光脉冲与下落墨滴接触并返回至接收器，控制器处理单元计算脉冲遇到墨滴并返回接收器所需的时间，通过距离与时间换算，可恢复墨滴形状，并在PC端显示。

Claims (2)

1.喷墨打印头的墨滴检测装置，包括底座，在底座的两侧分别安装有激光发射端及接收端；其特征在于其中安装有激光发射端的一侧依次安装激光发射器、分束器、单束激光接收器、多棱镜、反射镜、发射端透镜，在安装有激光的一侧依次安装有接收端透镜、双束激光接收器；其中在多棱镜安装于可带动其转动的电机输出轴上。

2.如权利要求1所述的喷墨打印头的墨滴检测装置，其特征在于所述分束器将激光分为上、下两束。

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