CN204622853U - Uvled固化光源及应用该光源的喷绘设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种UVLED固化光源及应用该光源的喷绘设备，该光源包括矩形发光窗口、UVLED灯阵列和驱动控制电路模块，UVLED灯阵列布满矩形发光窗口，驱动控制电路模块设有用于接收外部控制指令的控制信号输入端，矩形发光窗口划分两个或以上沿矩形发光窗口长边方向排列的发光区域，驱动控制电路模块对应每一个发光区域设有一个电源输出端，并且各个电源输出端分别与位于对应发光区域内的UVLED灯的供电端电连接，驱动控制电路模块能够按照接收到的外部控制指令调节各个电源输出端输出的电源功率。本实用新型的光源具有发光能量密度能够分区独立调节、灵活度高的优点。

Description

UVLED固化光源及应用该光源的喷绘设备
技术领域
本实用新型涉及一种UVLED固化光源及应用该光源的喷绘设备。
背景技术
UV(紫外)固化工艺是光化学反应最前沿的应用，通过一定强度的紫外光照射,瞬间固化油墨、涂料、胶等相关化学品。随着科技的发展，UV固化所涉及领域也更加广泛。
由于实际应用领域中喷头喷墨的模式与速度变化很多，喷头喷出的墨水也是依照特定的次序多层累加式地喷到介质上，为了优化固化过程，使得特定工作能达到最好的固化效果，需要施加到固化对象的不同局部的UV光能量的最佳参数也不同，或者需要对喷绘过程的不同阶段的喷出的墨施加不同的UV照射能量，同时也为了减少UV光源的能量浪费。
在采用UV固化技术的大幅面喷绘与工业打印机的应用领域，需要使用UV光源对喷头喷出的UV固化墨水进行迅速及时的照射，使得墨水迅速、及时地固化。目前无论是采用汞灯还是LED(发光二极管)的光源技术，都是采取特定发光窗口的光源跟随喷头对喷出的墨水进行照射，该现有的技术方案存在以下不足：由于光源的发光窗口各局部区域的光能量密度不可调，此外采用汞灯技术的光源其发光窗口各局部区域的光能量密度也不一致，一般只对光源的总能量与平均能量密度提出一定的要求，以满足正常的固化效果。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可对发光区域内光能量密度进行独立调节的UVLED(紫外发光二极管)固化光源及应用该光源的喷绘设备。
解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种UVLED固化光源，包括矩形发光窗口、UVLED灯阵列和驱动控制电路模块，所述UVLED灯阵列布满矩形发光窗口，组成UVLED灯阵列的UVLED灯透过所述矩形发光窗口发出紫外线，所述驱动控制电路模块设有用于接收外部设定指令的控制信号输入端，所述的矩形发光窗口划分两个或以上沿矩形发光窗 口长边方向排列的发光区域，所述驱动控制电路模块对应每一个所述发光区域设有一个电源输出端，并且各个电源输出端分别与位于对应发光区域内的UVLED灯的供电端电连接，所述驱动控制电路模块能够按照接收到的外部控制信号调节各个发光区域电源输出端输出的电源功率，实现对各个发光区域内光能量密度进行独立调节。
为了进一步提高UVLED固化光源发光能量密度的调节灵活度，作为本实用新型的一种改进，所述各个发光区域均为形状大小相同的矩形发光区域。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述矩形发光窗口按长边方向依次设有A至H共八个矩形发光区域，所述位于该A至H八个矩形发光区域内的UVLED灯由所述驱动控制电路模块获得的电源功率满足：WA＝WB＜WC＜WD＜WE＜WF＝WG＝WH。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的驱动控制电路模块还设有数字模拟信号转换器、以及对应每一个所述电源输出端设有一组可调电阻器和压控恒流源，所述控制信号输入端连接数字模拟信号转换器的输入端，对于任意一组可调电阻器和压控恒流源，该组中的可调电阻器一端与所述数字模拟信号转换器的电压输出端电连接、另一端接地、中间抽头通过该组中的压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的驱动控制电路模块还设有输出信号受所述外部控制指令控制的单片机系统以及对应每一个所述电源输出端设有一组数字模拟信号转换器和压控恒流源，所述单片机系统对应每一组数字模拟信号转换器和压控恒流源设有一个信号输出端，对于任意一组数字模拟信号转换器和压控恒流源，该组的数字模拟信号转换器的输入端与单片机系统对应的信号输出端电连接、输出端经该组中的压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接。
一种应用上述UVLED固化光源的喷绘设备，所述的喷绘设备包括移动机构、喷头和两个上述UVLED固化光源，所述移动机构的来回移动方向即x方向与目标喷绘介质的单向移动方向即y方向相垂直，所述喷头和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该三者沿x方向排列，其中，喷头位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，喷头在y方向上靠近于所述UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位 置。
一种应用上述UVLED固化光源的喷绘设备，所述的喷绘设备包括移动机构、白墨喷头、彩墨喷头和两个上述UVLED固化光源，所述移动机构的移动方向即x方向与目标喷绘介质的移动方向即y方向相垂直，所述白墨喷头、彩墨喷头和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该四者沿x方向排列，其中，白墨喷头和彩墨喷头位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，白墨喷头在y方向上靠近于所述UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位置，彩墨喷头在y方向上处于其y方向后端与白墨喷头的y方向前端部分交错的位置。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
第一，本实用新型驱动控制电路模块对UVLED灯阵列按矩形发光窗口的各个发光区域进行驱动，使得位于各个发光区域内的UVLED灯分别获得符合外部控制指令的电源功率，从而矩形发光窗口的各个发光区域能够发出不同能量密度的紫外线，因此，本实用新型的UVLED固化光源具有发光能量密度能够分区独立调节、灵活度高的优点；
第二，采用本实用新型的UVLED固化光源的喷绘设备，能够通过控制固化光能量密度与不同能量密度施加的次序，使得墨水在不同阶段固化的程度不同，调节固化对象底层与表层的不同固化效果，达到优化固化效果、减少固化光源的能量浪费损失、延长光源寿命的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为本实用新型实施例一的UVLED固化光源的电路原理框图；
图2为本实用新型实施例二的UVLED固化光源的电路原理框图；
图3为本实用新型实施例三的UVLED固化光源中矩形发光窗口的示意图；
图4为本实用新型实施例四的喷绘设备中喷头和两个UVLED固化光源的示意图；
图5为本实用新型实施例五的喷绘设备中白墨喷头、彩墨喷头和两个UVLED固化光源的示意图；
图6为本发明实施例六的喷绘设备中白墨喷头、彩墨喷头和两个UVLED固 化光源的示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本实用新型实施例一的UVLED固化光源，包括矩形发光窗口1、UVLED灯阵列和驱动控制电路模块2。
上述UVLED灯阵列布满矩形发光窗口1，组成UVLED灯阵的UVLED灯透过矩形发光窗口1发出紫外线；并且，矩形发光窗口1划分两个或以上沿矩形发光窗口1长边方向排列的发光区域，包括第1至n发光区域，其中n为大于或者等于2的正整数。
上述驱动控制电路模块2设有用于接收外部设定指令的控制信号输入端、对应矩形发光窗口1的每一个发光区域设有一个电源输出端、数字模拟信号转换器以及对应每一个电源输出端的一组可调电阻器和压控恒流源。控制信号输入端接入数字模拟信号转换器的输入端，对于任意一组可调电阻器和压控恒流源，该组中的可调电阻器一端与数字模拟信号转换器输出端电连接、另一端接地、中间抽头通过该组中的压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接；各个电源输出端分别与位于对应发光区域内的UVLED灯的供电端电连接。上述数字模拟转换器(DAC)可选用器件型号为DAC0832；压控恒流源可选用主要由运算放大器TL072和N沟道场效应管IRF3415PBF连接而成的常用恒流源电路。上述驱动控制电路模块2能够按照接收到的外部控制指令调节各个电源输出端输出的电源功率，从而，通过用上位机连接本UVLED固化光源的控制信号输入端并向本UVLED固化光源发出控制指令，本UVLED固化光源的驱动控制电路模块2即能依据该控制指令分别驱动位于各个发光区域内的UVLED灯，使得矩形发光窗口1的各个发光区域按控制指令发出相应光能量密度的紫外线。
具体通过上位机指令输入或者通过人机界面输入设定光源整体能量强度值，如设定数值范围是0-100，此数值越大，则DAC输出的电压值越大。上位机把0-100的数值换算成255级的8位二进制数值并写入DAC芯片的数据寄存器，实现对DAC输出电压的控制。设定数值0-255对应DAC电路输出的电压范围是0-10V。DAC输出电压越大，则各个压控恒流源的驱动电流也越大(即输出的电 源功率越高)，光源各个区域的能量密度也相应增大。开始打印作业之前，根据固化工艺的需要，分别调节不同的电位器，使得不同的压控恒流源的输入端得到的电压值不同，即可实现各个区域的能量密度有不同。打印作业之前或者打印作业过程中，可以随时通过人机界面调节DAC的输出电压，使得光源各个区域的能量密度同步按比例的增强或者减弱。
实施例二
如图2所示，本实用新型实施例二的UVLED固化光源与实施例一基本相同，它们的区别在于驱动控制电路模块2的实现方式不同，具体的：本实施例二的驱动控制电路模块2设有用于接收外部控制指令的控制信号输入端、对应矩形发光窗口1的每一个发光区域设有一个电源输出端、输出信号受外部控制指令控制的单片机系统以及对应每一个电源输出端设有一组数字模拟信号转换器和压控恒流源。单片机系统对应每一组数字模拟信号转换器和压控恒流源设有一个信号输出端，对于任意一组数字模拟信号转换器和压控恒流源，该组的数字模拟信号转换器的输入端与单片机系统对应的信号输出端电连接、数字模拟信号转换器输出端通过该组中的压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接；各个电源输出端分别与位于对应发光区域内的UVLED灯的供电端电连接。上述单片机可选用STC15F2K60S2芯片，DAC芯片可选用AD7228(一种并行8位数据总线的8位8通道DAC芯片)。单片机可以根据人机界面输入或者上位机通信指令，对AD7228的8路DAC进行分别操作，使得8路DAC输出的电压值分别不同。单片机通过对其中一路DAC的数据寄存器写入较大的数值，使对应的DAC输出端输出较大的电压值，对应的压控恒流源则会对所连接的LED灯提供较大的驱动电流，使得对应的LED光源的区域发出较大的能量。
实施例三
如图3和图4所示，本实用新型实施例三为UVLED固化光源的一种优选实施方式，其可采用实施例一或实施例二的结构，不同点在于：本实施例三中，矩形发光窗口1的宽度为2cm、长度为8cm，该矩形发光窗口1按长边方向依次设有A至H共八个形状大小相同的矩形发光区域，每一个矩形发光区域的宽度均为2cm、长度为1cm，位于该A至H八个矩形发光区域内的UVLED灯由驱动控制电路模块获得的电源功率满足：WA＝WB＜WC＜WD＜WE＜WF＝WG＝WH， 从而相应调节八个发光区域的光能量密度。图中，y方向表示目标喷绘介质的单向移动方向，x方向表示UVLED固化光源的来回移动方向。
由于喷绘设备在目标喷绘介质上进行打印时，目标喷绘介质沿y方向上每移动1英寸，喷头往往需要进行多次喷墨，且该多次喷墨叠加并逐次覆盖，例如，工作在3Pass打印模式时，需要分3次喷墨叠加，逐次覆盖；工作在6Pass打印模式时，画面需要分6次喷墨叠加，逐次覆盖。其中，对于单向打印模式来说，喷头在x方向上的一个来回移动中进行1次喷墨，对于双向打印模式来说，喷头在x方向上的一个来回移动中进行2次喷墨。因此，采用本实施例三的UVLED固化光源进行喷绘，最先喷出的墨水的A、B两个发光区域进行较小能量密度的紫外线照射，C、D、E三个发光区域对后续喷出的墨水逐层施加逐渐增大能量密度的紫外线照射，F、G、H三个区域对固化对象的表层进行较大能量密度的照射，从而优化墨水的固化效果。
下面通过两个应用本实用新型UVLED固化光源的喷绘设备及其驱动控制方法的应用实例，说明本实用新型的UVLED固化光源所能实现功能：
实施例四
如图5所示，本实用新型实施例四的喷绘设备，包括移动机构、喷头3和两个上述实施例三所述的UVLED固化光源(下文按图5的位置关系也称为左、右光源)。移动机构的来回移动方向即x方向与目标喷绘介质的单向移动方向即y方向相垂直，喷头3和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该三者沿x方向排列，其中，喷头3位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，喷头3在y方向上靠近于UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位置。
在本喷绘设备使用3Pass模式的喷绘过程中，当喷头与光源由左向右移动喷绘的过程中，右光源的A、B区域将不会照射到目标喷绘介质上的墨水，而仅仅是照射在空白的目标喷绘介质上，而左光源的A、B区域则会照射到第1pass喷在纸上的墨水，反过来，当喷头与光源由右向左移动喷绘的过程中，左光源的A、B区域将不会照射到目标喷绘介质上的墨水，也是仅仅照射在空白的目标喷绘介质上，而右光源的A、B区域则会照射到第1pass喷在目标喷绘介质上的墨水。
因此，本实施例四的喷绘设备可优选采用以下驱动控制方法来解决上述问题，包括：在喷绘设备的喷绘过程中，对两个UVLED固化光源中位于x方向上前进前方的光源进行发光能量密度控制，即：关闭或者降低该前进前方光源位于y方向最后方的一个或以上发光区域内的UVLED灯所能获得电源功率。
本实施例四的驱动控制方法具体来说也即：
第一，在使用3pass模式打印时，当喷头与光源由左向右移动喷绘时，降低或关闭右光源的A、B区域的能量输出，当喷头与光源由右向左移动喷绘时，降低或关闭左光源的A、B区域的能量输出，通过这样的控制，减少了打印介质受到固化光源的照射。这样就减少了打印介质受到UV光线照射的能量，减少了材料升温变形，也减少出现材料老化造成产品使用寿命减短等问题。以此同时，也减少了固化光源的能量损失以及使用寿命损失。
第二，对于左右光源的C-H等区域，由于在打印过程无论是向左还是向右移动的中始终能照射到墨水区域，而不会仅仅是照射到空白的打印介质，则在打印过程中维持一定的高能量输出，对墨水区域进行照射。
实施例五
如图6所示，本实用新型实施例五的喷绘设备，包括移动机构、白墨喷头4、彩墨喷头5和两个上述实施例三所述的UVLED固化光源。移动机构的移动方向即x方向与目标喷绘介质的移动方向即y方向相垂直，白墨喷头4、彩墨喷头5和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该四者沿x方向排列，其中，白墨喷头4和彩墨喷头5位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，白墨喷头4在y方向上靠近于UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位置，彩墨喷头5在y方向上处于其y方向后端与白墨喷头4的y方向前端部分交错的位置。
在本喷绘设备使用6pass双向打印模式的喷绘过程中，当喷头与光源由左向右移动喷绘的过程中，右光源的A区域将不会照射到打印介质上的墨水，而仅仅是照射在空白的打印介质上，而左光源的A区域则会照射到第1pass喷在纸上的墨水，反过来，当喷头与光源由右向左移动喷绘的过程中，左光源的A区域将不会照射到打印介质上的墨水，也是仅仅照射在空白的打印介质上，而右光源的A区域则会照射到第1pass喷在打印介质上的墨水。
因此，本实施例五的喷绘设备可优选采用以下驱动控制方法来解决上述问题，包括：在喷绘设备的喷绘过程中，对两个UVLED固化光源中位于x方向上前进后方的光源进行发光能量密度控制，即：提高该前进后方光源位于y方向最后方的一个或以上发光区域内的UVLED灯所能获得电源功率；同时对两个UVLED固化光源中位于x方向上前进前方的光源进行发光能量密度控制，即：关闭该前进前方光源位于y方向最后方的一个或以上发光区域内的UVLED灯所能获得电源功率。
本实施例五的驱动控制方法具体来说也即：
第一，黑色皮革类制品对高强度UV光能量吸收率比较大，而高强度的uv照射会造成皮革升温变形，由于局部升温会引起局部变形拱起，会影响打印精度，严重的会因为皮革局部拱起，与打印机上固定喷头的移动小车的结构发生摩擦，甚至引起打印机伺服系统报错造成打印中断。所以需要尽量控制uv固化光源直接照射到没有墨水覆盖的皮革的表面上；
第二，根据一般的印刷与喷绘原理，在黑色皮革上打印彩色图形，是需要先覆盖一层白色墨水作为铺底，这样才能实现色域比较宽的彩色图像打印，否则一般的CMYK四色墨水在黑色皮革上是不能够喷绘出色彩鲜艳的图像的。而根据具体的实践，白色墨水的与我们使用的CMYK墨水相比，需要更高能量密度的UV光源照射才能迅速固化，所以在CMYK彩色墨水喷绘覆盖到铺底的白色墨水之前，可以单独对白色铺底墨水进行较高能量密度的光源照射，使之及时固化，而对后边已经覆盖了CMYK彩色墨水的各个pass打印出来的区域，而相应降低光源的能量密度。
第三，由于A区域将对铺底的白墨进行照射，我们把A区域的光源能量密度调节到比较大的水平，同时也避免了光源能量对尚未喷有白墨的皮革进行照射。在左右光源的B-H区，我们把能量密度调节到比A区相对要小的水平，同样能满足打印过程的充分固化。
本实用新型不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。例如，各个发光区域的大小不相同。

Claims (7)

1.一种UVLED固化光源，包括矩形发光窗口(1)、UVLED灯阵列和驱动控制电路模块(2)，所述UVLED灯阵列布满矩形发光窗口(1)，组成UVLED灯阵列的UVLED灯透过所述矩形发光窗口(1)发出紫外线，所述驱动控制电路模块(2)设有用于接收外部设定指令的控制信号输入端，其特征在于：所述的矩形发光窗口(1)划分两个或以上沿矩形发光窗口(1)长边方向排列的发光区域，所述驱动控制电路模块(2)对应每一个所述发光区域设有一个电源输出端，并且各个电源输出端分别与位于对应发光区域内的UVLED灯的供电端电连接，所述驱动控制电路模块能够按照接收到的外部控制信号调节各个发光区域电源输出端输出的电源功率。
2.根据权利要求1所述的UVLED固化光源，其特征在于：所述各个发光区域均为形状大小相同的矩形发光区域。
3.根据权利要求2所述的UVLED固化光源，其特征在于：所述矩形发光窗口(1)按长边方向依次设有A至H共八个矩形发光区域，所述位于该A至H八个矩形发光区域内的UVLED灯由所述驱动控制电路模块获得的电源功率满足：WA＝WB＜WC＜WD＜WE＜WF＝WG＝WH。
4.根据权利要求1或2所述的UVLED固化光源，其特征在于：所述的驱动控制电路模块(2)还设有数字模拟信号转换器、以及对应每一个所述电源输出端设有一组可调电阻器和压控恒流源，所述控制信号输入端连接数字模拟信号转换器的输入端，对于任意一组可调电阻器和压控恒流源，该组中的可调电阻器一端与所述数字模拟信号转换器的输出端电连接、另一端接地、中间抽头通过该组中的压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接。
5.根据权利要求1或2所述的UVLED固化光源，其特征在于：所述的驱动控制电路模块(2)还设有输出信号受所述外部控制指令控制的单片机系统以及对应每一个所述电源输出端设有一组数字模拟信号转换器和压控恒流源，所述单片机系统对应每一组数字模拟信号转换器和压控恒流源设有一个信号输出端，对于任意一组数字模拟信号转换器和压控恒流源，该组的数字模拟信号转换器的输入端与单片机系统对应的信号输出端电连接、输出端经压控恒流源与该组对应的电源输出端电连接。
6.一种应用权利要求1至5任意一项所述UVLED固化光源的喷绘设备，其特征在于：所述的喷绘设备包括移动机构、喷头(3)和两个权利要求1至4任意一项所述UVLED固化光源，所述移动机构的来回移动方向即x方向与目标喷绘介质的单向移动方向即y方向相垂直，所述喷头(3)和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该三者沿x方向排列，其中，喷头(3)位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，喷头(3)在y方向上靠近于所述UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位置。
7.一种应用权利要求1至5任意一项所述UVLED固化光源的喷绘设备，其特征在于：所述的喷绘设备包括移动机构、白墨喷头(4)、彩墨喷头(5)和两个权利要求1至4任意一项所述UVLED固化光源，所述移动机构的移动方向即x方向与目标喷绘介质的移动方向即y方向相垂直，所述白墨喷头(4)、彩墨喷头(5)和两个UVLED固化光源朝向相平行的固定在移动机构上，并且该四者沿x方向排列，其中，白墨喷头(4)和彩墨喷头(5)位于两个UVLED固化光源之间，两个UVLED固化光源在y方向上相平齐，白墨喷头(4)在y方向上靠近于所述UVLED固化光源位于y方向最后方发光区域所在的位置，彩墨喷头(5)在y方向上处于其y方向后端与白墨喷头(4)的y方向前端部分交错的位置。
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CN104723695A (zh) * 2015-02-12 2015-06-24 汪广才 Uvled固化光源、应用该光源的喷绘设备及其驱动控制方法
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