CN111137022B - 一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，包括N个单体热敏打印头，在每个单体热敏打印头中，散热基板内与发热线的位置相对应的位置处间隔的设有至少三个测温传感器，所有测温传感器均与控制单元相连；各个单体热敏打印头的散热基板以拼接的方式设置在散热板上，相邻的两个单体热敏打印头的拼接处留有伸缩缝，在散热板内设有（N+1）个过水孔，各个过水孔分布在各个伸缩缝所对应的散热板内以及散热板的两端部，每个过水孔均沿着副打印方向设置；每个过水孔都对应着两条水循环回路，分别是热水循环回路及冷水循环回路，通过控制单元可控制两条水循环回路工作。上述结构可避免打印后的承印物在热敏打印头的拼接处打印颜色不均匀的现象。

Description

一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法
技术领域
本发明涉及热敏打印装置技术领域，尤其涉及一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法。
背景技术
现有技术中常用的热敏打印头的打印宽度多为216mm、256mm或更小的打印宽度。在打印更宽幅面时，由于受工艺和成本的影响，单个打印头要实现更宽幅面的打印比较困难或者成本太高。为了克服这个不足，增加打印宽度，现有技术中多采取在一个长尺寸散热板上进行散热基板拼接的方法进行打印头的组装，先将多个单台陶瓷基板粘接上PCB，金丝、封装胶层，然后将散热基板粘接在长尺寸热敏打印头散热板上，以便将多个单体热敏打印头拼接在一起。热敏打印头在正常工作时会发热，陶瓷基板及散热基板受热膨胀，为保证拼接的产品不会因热膨胀而挤碎陶瓷基板，在相邻的两个单体热敏打印头的拼接处要留有伸缩缝。伸缩缝的存在会导致单体热敏打印头端部散热基板的热传导能力低于其他点，那么在初始打印时，单体热敏打印头端部的基础打印温度会逐渐低于其他部位；即使在连续打印时，当单体热敏打印头端部发热点连续多行处于空位后再打印，单体热敏打印头端部的基础打印温度也会低于其他部位；当单体热敏打印头端部持续印字时，尤其是在拼接后的宽幅打印头在长距离打印时，由于散热基板在单体热敏打印头端部的热积累，会导致该部位的基础打印温度高于其他部位。以上多种情况下的基础打印温度不均匀最终会导致打印后的承印物在主打印方向上产生颜色不均匀的现象，尤其是在打印初始以及单体热敏打印头的散热基板端部有热量积累时，拼接处会出现明显的深浅不一的痕迹。
为了解决打印颜色不均匀的问题，现有技术中提出了以下相关方案：
公开号为CN201471856U，名称为一种热敏打印头的专利公开了将陶瓷基板拼接端的端部发热电阻体阻值修正成小于其它部位的发热电阻体，由于此点电阻值比其他点小，所以在打印时发热比其他点发热多，导致打印点比其他点大，从而减小或消除印字间隙，提高打印质量。
公开号为CN203805504U，名称为一种用于热敏打印头温度控制的结构的专利公开了用可调温度风机通过气流管道输送气流用于给热敏打印头降温或者升温，气流从铝基散热板的管道的一端流入，从另一端流出到可调温度风机，以此达到气流循环和气流温度的准确控制。
公开号为CN203945814U，名称为一种热敏打印机用恒温液体循环装置的专利公开了通过恒温液体箱对打印头进行恒温，保证打印装置温度恒定，确保打印效果。
上述相关文献均为对热敏打印头的结构特征进行改进设计，以实现能够在主打印方向上均匀的打印，但上述方法仍未解决在初始打印时拼缝处打印颜色偏浅以及长距离打印时拼缝处打印颜色偏深等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法，以便在打印初始以及单体热敏打印头的散热基板端部有热量积累时，能够调节单体热敏打印头端部的基础打印温度，从而避免打印后的承印物在热敏打印头的拼接处打印颜色不均匀的现象。
为了实现上述目的，本发明的一方面提出了一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，包括N个单体热敏打印头，N为正整数，且N≥2，在每个单体热敏打印头中，散热基板内与发热线的位置相对应的位置处间隔的设有至少三个测温传感器，其中将处于散热基板两端的测温传感器记作第二测温传感器，将两个第二测温传感器之间的测温传感器记作第一测温传感器，所述第一测温传感器和第二测温传感器均与控制单元相连接；各个单体热敏打印头的散热基板以拼接的方式设置在散热板上，相邻的两个单体热敏打印头的拼接处留有伸缩缝，在所述散热板内设有(N+1)个过水孔，各个过水孔分布在各个伸缩缝所对应的散热板内以及散热板的两端部，每个过水孔均沿着副打印方向设置；每个过水孔都对应着两条水循环回路，分别是热水循环回路以及冷水循环回路，通过控制单元可控制热水循环回路以及冷水循环回路工作。
优选的是，所述第一测温传感器处于散热基板的中间位置处。
优选的是，所述第二测温传感器的中心线与单体热敏打印头上的发热线的交点位于单体热敏打印头的有效打印区域内，并且该交点距离发热线中最外侧有效打印点的距离为0-10mm，所述第二测温传感器的中心线、单体热敏打印头上的发热线以及沿着单体热敏打印头副打印方向的直线，三者两两相互垂直。
优选的是，每个过水孔沿副打印方向的中心线平移至发热线所在平面时，会与对应的单体热敏打印头中的发热线或者发热线的延长线相交，该交点与对应的单体热敏打印头中的最外侧有效打印点的距离为0-10mm。
优选的是，每个过水孔的截面积为1-30mm2。
优选的是，每个过水孔的进水口以及出水口分别通过水管与相应的换向阀相连接，每个过水孔对应着两个换向阀，在水管上设有循环泵，每个换向阀还分别通过管道与制热水箱和制冷水箱相连接，各个循环泵以及换向阀均与控制单元相连接，使得每个过水孔都能形成两条水循环回路，分别是热水循环回路以及冷水循环回路。
本发明的另一方面提出了一种基于上述能均匀打印的宽幅热敏打印头结构的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、当热敏打印头结构开始打印时，控制单元根据打印信号预判，提前打开热水循环回路，对单体热敏打印头端部的散热基板进行预热；
步骤2、在预热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度高于其他部位，经过t1时间的预热，散热基板在单体热敏打印头端部部位的温度与其他部位的温度趋近且散热基板整体温度处于一个相对稳定的状态，控制单元控制热水循环回路停止工作；
步骤3、当热敏打印头结构经过连续印字t2时间后，散热基板在单体热敏打印头端部部位形成的热积累会比散热基板其余部位形成的热积累多，控制单元根据打印对象的印字率及打印距离预判，提前打开冷水循环回路，对散热基板在单体热敏打印头的端部部位进行散热；
步骤4、在散热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度低于其他部位，经过(t3-t2)时间的散热，单体热敏打印头端部的基础打印温度低于其他部位且处于一个相对稳定的状态，与此同时，测温传感器实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度，当第二测温传感器的探测温度值低于第一测温传感器的探测温度值且温差值大于等于预设的ΔT1时，控制单元根据测温传感器的反馈信号控制冷水循环回路停止工作；停止冷水循环回路后，第二测温传感器的探测温度值仍低于第一测温传感器的探测温度值，随着单体热敏打印头端部的热积累，两者的温差值会逐渐变小，当二者的温差值小于等于预设的ΔT2时，控制单元根据测温传感器的反馈信号打开冷水循环回路，再次开始对散热基板在单体热敏打印头的端部部位进行散热。
本发明的该方案的有益效果在于上述能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法，在打印过程中能够对单体热敏打印头的基础打印温度进行预判并提前对单体热敏打印头的散热基板的端部进行预热或者散热，且测温传感器能实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度并将测试值反馈到控制单元，控制单元根据单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度差作出相应的温度补偿，以便使所有拼接的单体热敏打印头的发热点均处于一个打印温度相对均匀的打印环境，从而实现均匀打印，提高打印质量。
附图说明
图1示出了本发明所涉及的热敏打印头结构的整体结构示意图。
图2示出了图1中拼接位置的局部放大示意图。
图3示出了本发明所涉及的散热板与水管的连接示意图。
图4示出了本发明所涉及的单体热敏打印头与水管及测温传感器的相对位置示意图。
图5示出了本发明所涉及的陶瓷基板上发热电阻体的部分放大平面图。
图6示出了本发明所涉及的控制单元控制下的散热基板不同部位的升温曲线图。
附图标记：1-陶瓷基板，2-第一测温传感器，3-散热基板，4-第二测温传感器，5-散热板，6-水管，7-换向阀，8-制热水箱，9-制冷水箱，10-控制单元，11-循环泵，12-发热电阻体，13-电极导线，14-PCB，15-插座，16-最外侧有效打印点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1-5所示，本发明所涉及的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构包括热敏打印头组件以及与其相匹配使用的基础打印环境温控结构；所述热敏打印头组件包括N个单体热敏打印头，N为正整数，且N≥2，所述单体热敏打印头包括陶瓷基板1、散热基板3、发热电阻体12、电极导线13、PCB14以及插座15等，所述单体热敏打印头的结构与现有技术中的热敏打印头的结构相同，在此不做更详尽的描述。
在每个单体热敏打印头中，所述散热基板3内与发热线的位置相对应的位置处间隔的设有至少三个测温传感器，在本实施例中，以三个为例进行说明，其中将处于散热基板3两端的测温传感器记作第二测温传感器4，将两个第二测温传感器4之间的测温传感器记作第一测温传感器2，所述第一测温传感器2优选的处于散热基板3的中间位置处，所述第一测温传感器2和第二测温传感器4均与控制单元10相连接。在本实施例中，所述测温传感器可采用上海松导加热传感器有限公司生产的型号为WRNT-02-M3-2PBO的测温传感器，所述控制单元10可采用德国西门子股份公司生产的型号为6ES7288-1ST20-0AA0的PLC。
所述第二测温传感器4的中心线与单体热敏打印头上的发热线的交点位于单体热敏打印头的有效打印区域ab内，并且该交点距离发热线中最外侧有效打印点16的距离为0-10mm，其中所述第二测温传感器4的中心线、单体热敏打印头上的发热线以及沿着单体热敏打印头副打印方向的直线，三者两两相互垂直，发热线就是由所有发热电阻体12构成，并且沿主打印方向设置。
各个单体热敏打印头以拼接的方式设置在散热板5上，也就是将各个单体热敏打印头的散热基板3设置在散热板5上，相邻的两个单体热敏打印头的拼接处留有伸缩缝，在所述散热板5内设有(N+1)个过水孔，各个过水孔分布在各个伸缩缝所对应的散热板5内以及散热板5的两端部，每个过水孔均沿着副打印方向设置，每个过水孔沿副打印方向的中心线平移至发热线所在平面时，会与对应的单体热敏打印头中的发热线或者发热线的延长线相交，该交点与对应的单体热敏打印头中的最外侧有效打印点16的距离为0-10mm，与伸缩缝相对应的过水孔对应着相邻的两个单体热敏打印头，每个过水孔的截面积为1-30mm2。
每个过水孔的进水口以及出水口分别通过水管6与相应的换向阀7相连接，每个过水孔对应着两个换向阀7，在水管6上设有循环泵11，即在与进水口相连接的水管6上或者在与出水口相连接的水管6上设有循环泵11，每个换向阀7还分别通过管道与制热水箱8和制冷水箱9相连接，各个循环泵11以及换向阀7均与控制单元10相连接，使得每个过水孔都能形成两条水循环回路，分别是热水循环回路以及冷水循环回路。
在具体的使用过程中，为实现精细打印，所述控制单元10能根据打印对象的印字率及打印距离对单体热敏打印头端部散热基板3的升降温情况进行预判，以便能够提前对该部位进行散热或者预热；与此同时，打印过程中，测温传感器能实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度并将测试值反馈到控制单元10，控制单元10根据单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度差驱动冷水循环或者热水循环对单体热敏打印头的端部作出相应的温度补偿。
例如：当宽幅热敏打印头结构开始打印时，控制单元10能根据打印信号预判，提前启动换向阀7和循环泵11打开热水循环回路，对单体热敏打印头端部的散热基板3进行预热。如图6所示，在预热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度略高于其他部位，经过t1时间的预热，散热基板3在单体热敏打印头端部部位的温度与其他部位的温度趋近且散热基板3整体温度处于一个相对稳定的状态，控制单元10控制换向阀7和循环泵11停止热水循环回路。
当宽幅热敏打印头结构经过连续印字t2时间后，散热基板3在单体热敏打印头端部部位形成的热积累会比散热基板3其余部位形成的热积累多，控制单元10会根据打印对象的印字率及打印距离预判，提前启动换向阀7和循环泵11打开冷水循环回路，对散热基板3在单体热敏打印头的端部部位进行散热，如图6所示，在散热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度略低于其他部位，经过(t3-t2)时间的散热，单体热敏打印头端部的基础打印温度略低于其他部位且处于一个相对稳定的状态，与此同时，测温传感器能实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度，当第二测温传感器4的探测温度值低于第一测温传感器2的探测温度值且温差值大于等于预设的ΔT1时，控制单元10根据测温传感器的反馈信号控制循环泵11和换向阀7停止冷水循环回路。停止冷水循环回路后，第二测温传感器4的探测温度值仍低于第一测温传感器2的探测温度值，但随着单体热敏打印头端部的热积累，两者的温差值会逐渐变小，当二者的温差值小于等于预设的ΔT2时，控制单元10根据测温传感器的反馈信号驱动循环泵11和换向阀7打开冷水循环回路，再次开始对散热基板3在单体热敏打印头的端部部位进行散热。上述的ΔT2～ΔT1是因打印头基础打印温度差异而产出打印不均匀的温差范围，在不同的打印条件下该温差范围也不尽相同。上述涉及的控制回路为常用的电路，在此不作详细的电路描述。
本发明所涉及的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构及其控制方法，在打印过程中能够对单体热敏打印头的基础打印温度进行预判并提前对单体热敏打印头的散热基板的端部进行预热或者散热，且测温传感器能实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度并将测试值反馈到控制单元，控制单元根据单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度差作出相应的温度补偿，以便使所有拼接的单体热敏打印头的发热点均处于一个打印温度相对均匀的打印环境，从而实现均匀打印，提高打印质量。

Claims (7)

1.一种能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：包括N个单体热敏打印头，N为正整数，且N≥2，在每个单体热敏打印头中，散热基板内与发热线的位置相对应的位置处间隔的设有至少三个测温传感器，其中将处于散热基板两端的测温传感器记作第二测温传感器，将两个第二测温传感器之间的测温传感器记作第一测温传感器，所述第一测温传感器和第二测温传感器均与控制单元相连接；各个单体热敏打印头的散热基板以拼接的方式设置在散热板上，相邻的两个单体热敏打印头的拼接处留有伸缩缝，在所述散热板内设有(N+1)个过水孔，各个过水孔分布在各个伸缩缝所对应的散热板内以及散热板的两端部，每个过水孔均沿着副打印方向设置；每个过水孔都对应着两条水循环回路，分别是热水循环回路以及冷水循环回路，通过控制单元可控制热水循环回路以及冷水循环回路工作；其中所述第二测温传感器的中心线、单体热敏打印头上的发热线以及沿着单体热敏打印头副打印方向的直线，三者两两相互垂直，发热线就是由所有发热电阻体构成，并且沿主打印方向设置。
2.根据权利要求1所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：所述第一测温传感器处于散热基板的中间位置处。
3.根据权利要求1所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：所述第二测温传感器的中心线与单体热敏打印头上的发热线的交点位于单体热敏打印头的有效打印区域内，并且该交点距离发热线中最外侧有效打印点的距离为0-10mm。
4.根据权利要求1所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：每个过水孔沿副打印方向的中心线平移至发热线所在平面时，会与对应的单体热敏打印头中的发热线或者发热线的延长线相交形成交点，该交点与对应的单体热敏打印头中的最外侧有效打印点的距离为0-10mm。
5.根据权利要求4所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：每个过水孔的截面积为1-30mm2。
6.根据权利要求1所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构，其特征在于：每个过水孔的进水口以及出水口分别通过水管与相应的换向阀相连接，每个过水孔对应着两个换向阀，在水管上设有循环泵，每个换向阀还分别通过管道与制热水箱和制冷水箱相连接，各个循环泵以及换向阀均与控制单元相连接，使得每个过水孔都能形成两条水循环回路，分别是热水循环回路以及冷水循环回路。
7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的能均匀打印的宽幅热敏打印头结构的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、当热敏打印头结构开始打印时，控制单元根据打印信号预判，提前打开热水循环回路，对单体热敏打印头端部的散热基板进行预热；
步骤2、在预热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度高于其他部位，经过t1时间的预热，散热基板在单体热敏打印头端部部位的温度与其他部位的温度趋近且散热基板整体温度处于一个相对稳定的状态，控制单元控制热水循环回路停止工作；
步骤3、当热敏打印头结构经过连续印字t2时间后，散热基板在单体热敏打印头端部部位形成的热积累会比散热基板其余部位形成的热积累多，控制单元根据打印对象的印字率及打印距离预判，提前打开冷水循环回路，对散热基板在单体热敏打印头的端部部位进行散热；
步骤4、在散热的过程中，单体热敏打印头端部的基础打印温度低于其他部位，经过(t3-t2)时间的散热，单体热敏打印头端部的基础打印温度低于其他部位且处于一个相对稳定的状态，与此同时，测温传感器实时探测单体热敏打印头端部与其他部位的环境温度，当第二测温传感器的探测温度值低于第一测温传感器的探测温度值且温差值大于等于预设的ΔT1时，控制单元根据测温传感器的反馈信号控制冷水循环回路停止工作；停止冷水循环回路后，第二测温传感器的探测温度值仍低于第一测温传感器的探测温度值，随着单体热敏打印头端部的热积累，两者的温差值会逐渐变小，当二者的温差值小于等于预设的ΔT2时，控制单元根据测温传感器的反馈信号打开冷水循环回路，再次开始对散热基板在单体热敏打印头的端部部位进行散热。
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