CN210234372U - 一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱，包括机箱和控制电路，控制电路的电路板和元器件安装在机箱中，工业打印机伺服供墨系统包括主墨瓶、二级墨盒、主墨泵和打印喷头，控制电路包括控制模块和主墨泵，主墨泵包括由步进电机驱动的双向活塞泵、二级墨盒进墨接头和主墨瓶出墨接头，步进电机的控制端接控制模块；双向活塞泵的出口接二级墨盒进墨接头，入口接主墨瓶出墨接头。本实用新型双向活塞泵能够实现双向不间断供墨，步进电机能够实现缓慢启动，可以保持主墨泵在供墨期间不会导致二级墨盒压力突变，喷头打印效果好；供墨系统的控制模块和主墨泵布置在机箱中，便于供墨系统的安装和维护。

Description

一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱

[技术领域]

本实用新型涉及工业打印机伺服供墨系统，尤其涉及一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱。

[背景技术]

工业打印机常用于电路板的字符喷印，工业打印机供墨系统的墨瓶通过墨泵与二级墨盒连接，墨瓶负责储备补充油墨，通过墨泵林墨瓶往二级墨盒补充油墨，然后墨盒再通过喷墨头喷墨，因为二级墨盒中会出现压力不稳定的情况，从而出现喷墨头喷墨质量不稳定的情况发生。

申请号为CN201811061601.8的实用新型公开了一种供墨系统，包括有控制模块(1)、一级墨瓶(2)、金属二级墨盒(3)、以及金属三级墨盒(4)，所述金属二级墨盒(3)设有二级墨盒侧壁进墨孔(31)、二级墨盒顶壁通气孔(32)、二级墨盒顶壁液位传感器安装孔(33)、二级墨盒底壁出墨孔(34)、以及二级墨盒温度传感器安装孔(35)，所述金属三级墨盒(4)设有三级墨盒顶壁进墨口(41)、三级墨盒顶壁通气孔(42)、以及三级墨盒底壁出墨孔(43)，所述一级墨瓶(2)与所述二级墨盒侧壁进墨孔(31)之间管道连接有电泵(200)，所述二级墨盒顶壁通气孔(32)管道连接有正负压发生器(5)，所述二级墨盒顶壁液位传感器安装孔(33)安装有伸入至所述金属二级墨盒(3)中的浮子液位开关(331)，所述二级墨盒温度传感器安装孔(35)安装有温度传感器(351)，所述二级墨盒底壁出墨孔(34)与所述三级墨盒顶壁进墨口(41)之间连接有电磁阀(300)，所述三级墨盒底壁出墨孔(43)管道连接有微压电喷墨打印头(6)，所述金属二级墨盒(3)一外侧壁上安装有电加热片(7)和相背的另一外侧壁上安装有半导体制冷片(8)，所述半导体制冷片(8)的冷端面与金属二级墨盒(3)外侧壁接触，所述半导体制冷片(8)的热端面贴设有金属传热散热件(9)，所述金属传热散热件(9)设有通风散热通道(91)，所述通风散热通道(91)安装有风扇(10)，所述电泵(200)、浮子液位开关(331)、正负压发生器(5)、温度传感器(351)、电磁阀(300)、微压电喷墨打印头(6)、电加热片(7)、半导体制冷片(8)、风扇(10)分别与所述控制模块(1)电连接。该发明的一级墨瓶与二级墨盒侧壁进墨孔之间管道连接有电泵，便于将一级墨瓶中墨水泵向金属二级墨盒；而正负压发生器连接在金属二级墨盒上的作用是用于调节金属二级墨盒中压力使得在喷墨使用过程中金属二级墨盒很好的向金属三级墨盒进行补墨，有利于使金属三级墨盒与微压电喷墨打印头之间压力稳定，有利于保持喷墨质量的稳定，并且所述二级墨盒底壁出墨孔与所述三级墨盒顶壁进墨口之间连接有电磁阀，可避免在断电的情况下，墨水不会因为失去负压而导致微压电喷墨打印头滴墨。

传统供墨系统的主墨泵采用隔膜泵，隔膜泵启动速度太快，补充的油墨量瞬间改变二级墨盒的压力，因惯性导致墨量过冲破坏了墨盒的正常压力范围，导致喷头打印效果异常；另外，主墨泵安装在工业打印机内，不便于供墨系统的安装和维护。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种喷头打印效果好，且便于供墨系统安装和维护的工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱，包括机箱和控制电路，控制电路的电路板和元器件安装在机箱中，工业打印机伺服供墨系统包括主墨瓶、二级墨盒、主墨泵和打印喷头，控制电路包括控制模块和主墨泵，主墨泵包括由步进电机驱动的双向活塞泵、二级墨盒进墨接头和主墨瓶出墨接头，步进电机的控制端接控制模块；双向活塞泵的出口接二级墨盒进墨接头，入口接主墨瓶出墨接头。

以上所述的喷墨控制箱，双向活塞泵包括两个并接的活塞泵、机架、直线导轨副、丝杆螺母副，磁钢和两个霍尔传感器；两个活塞泵的缸体背靠背、同轴地固定在机架上；丝杆螺母副的丝杆安装在机架上，由所述的步进电机驱动；直线导轨副的导轨固定在机架上，丝杆螺母副的螺母固定在直线导轨副的滑块上，两个活塞泵的活塞杆与所述的螺母连接；两个霍尔传感器分开布置在机架上，磁钢固定在所述的滑块或螺母上，位于两个霍尔传感器之间，两个霍尔传感器的信号输出端分别与控制模块连接包括两个并接的活塞泵、机架、直线导轨副、丝杆螺母副，磁钢和两个霍尔传感器；两个活塞泵的缸体背靠背、同轴地固定在机架上；丝杆螺母副的丝杆安装在机架上，由所述的步进电机驱动；直线导轨副的导轨固定在机架上，丝杆螺母副的螺母固定在直线导轨副的滑块上，两个活塞泵的活塞杆与所述的螺母连接；两个霍尔传感器分开布置在机架上，磁钢固定在所述的滑块或螺母上，位于两个霍尔传感器之间，两个霍尔传感器的信号输出端分别与控制模块连接。

以上所述的喷墨控制箱，所述的活塞泵包括具有玻璃外壳的进样器和两个单向阀，进样器的出入口通过正接的单向阀接二级墨盒进墨接头，通过反接的单向阀接入口接主墨瓶出墨接头；进样器的玻璃外壳固定在所述的机架上，进样器的活塞杆与所述的螺母连接。

以上所述的喷墨控制箱，控制电路包括回路电磁阀、二级墨盒压力传感器信号接口、二级墨盒出墨接头和主墨瓶回墨接头，回路电磁阀的控制端和二级墨盒压力传感器信号接口分别接控制器；回路电磁阀连接在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间。

以上所述的喷墨控制箱，包括副墨泵，副墨泵与主墨泵并接。

以上所述的喷墨控制箱，控制电路包括主墨泵进墨口压力传感器和主墨泵出墨口压力传感器，主墨泵进墨口压力传感器的输出端和主墨泵出墨口压力传感器的输出端分别接控制器。。

以上所述的喷墨控制箱，控制电路包括两个用于检测管道中空气的电容式接近开关和报警模块，第一电容式接近开关安装在主墨泵进墨管道的侧面，第二电容式接近开关安装在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间回流管道侧面，第一电容式接近开关的信号输出端和第二电容式接近开关的信号输出端接控制模块，当第一电容式接近开关或第二电容式接近开关输出报警信号时，控制电路通过报警模块报警。

本实用新型双向活塞泵能够实现双向不间断供墨，步进电机能够实现缓慢启动，可以保持主墨泵在供墨期间不会导致二级墨盒压力突变，喷头打印效果好；供墨系统的控制模块和主墨泵布置在机箱中，便于工业打印机伺服供墨系统的安装和维护。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例工业打印机的伺服供墨系统的原理框图。

图2是本实用新型实施例主墨泵的结构示意图。

图3是本实用新型实施例工业打印机的伺服供墨系统的墨路示意图。

图4是本实用新型实施例喷墨控制箱的结构框图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例工业打印机的伺服供墨系统的结构和原理如图1至图3所示，包括主墨瓶02、二级墨盒10、主墨泵06、副墨泵07、压电打印喷头12和控制电路。

二级墨盒10安装在系统墨路的最高位置，主墨瓶02安装在系统墨路的最低位置。主墨瓶02通过主墨泵06与二级墨盒10连接，压电打印喷头12接二级墨盒10底部的第一出墨孔。副墨泵07与主墨泵06并联。

控制电路包括控制模块16、用于检测二级墨盒10气压的数字式压力开关09(第一压力传感器)、两个用于检测管道中空气的电容式接近开关(04和14)、报警模块、检测主墨泵入口压力的数字式压力开关05(第二压力传感器)、检测主墨泵06出口压力的数字式压力开关08(第三压力传感器)、浮子液位开关11、手动调试按键03、三通电磁阀13和回路电磁阀17。报警模块包括指示灯LED1和蜂鸣器18。

控制模块16(16位MCU)负责整个系统的电路控制，状态指示灯LED1用来指示工作与具体报错状态，主墨瓶02储备补充用的油墨；手动调试按键03用来实现无外部控制信号时，手动调试用；由于墨管内有油墨和空气时电容值不同，电容式接近开关用于在墨管内存在空气时输出开关信号至控制模块；高精度数字式压力开关05安装在墨泵的墨路入口，用于检测来自主墨瓶进墨管路的进墨压力，工作时为负压力值，如果进墨墨路有堵塞造成负压力过大，压力开关输出信号至控制模块停止墨泵工作并启动蜂鸣器18报警；主墨泵06负责正常打印时的供墨补充需求，通过管路连接至二级墨盒10的入口用于补充喷头12打印所需油墨；副墨泵07为普通隔膜泵，只在维护期间使用，提供维护时需要正压力，大墨量输出至打印喷头，排出喷头内部空气及替换当前打印喷头内部的油墨；高精度数字式压力开关08安装在墨泵输出端，用于检测墨泵输出端压力，如果输出墨路有堵塞，输出正压力过大，高精度数字式压力开关08输出信号至控制模块停止墨泵工作并通过蜂鸣器18警示，防止墨路爆管破裂或油墨泄露损伤机器或操作人员。高精度数字式压力开关09负责整个打印过程的二级墨盒压力设定控制，根据不同的油墨使用量设置对应的压力区间范围，实现油墨闭环控制；浮子开关11安装在二级墨盒10的内部用于检测墨盒内部油墨液位高度，压电打印喷头12用于打印输出油墨。三通电磁阀13用于打开二级墨盒排气管填充油墨排出空气。电容式接近开关14用于检测负压回流管路是否存在空气，如回路有空气说明回路油墨不流动，无法实现泄墨调整负压的目的，接近开关14输出信号至控制模块16，开启蜂鸣器18警示；回路电磁阀17用于控制回路油墨通断调整二级墨盒10内部的压力。

主墨泵06由控制模块16根据高精度数字式压力开关09反馈的信号控制主墨泵06负责打印时的补充供墨，副墨泵07负责执行维护时大流量供墨。

主墨泵06的控制端接控制模块16，数字式压力开关09(SMC-ZSE40A)的气压上限信号输出端和气压下限信号输出端分别接控制模块16对应的二级墨盒10气压信号输入端。二级墨盒10位于主墨瓶02的上方，二级墨盒10的第二出墨孔通过回流管道15接主墨瓶02，回路电磁阀17接串接在回流管道15中。压电打印喷头12工作时，二级墨盒10的负压大于负压上限时，控制模块16启动主墨泵06向二级墨盒10补充油墨。二级墨盒10的负压小于负压下限时，控制模块16打开回路电磁阀17将二级墨盒10中的油墨排放至主墨瓶02中。负压回流通道(回流管道)的墨管15从二级墨盒10下部出墨口串联回路电磁阀17接入至主墨瓶02回流入口，二级墨盒10在正常液位条件下，如果回路电磁阀17打开，油墨受重力影响会从二级墨盒10向主墨瓶02排放，二级墨盒10在封闭状态排放油墨会加大二级墨盒内部负压，负压随着油墨的排放量逐渐增大。

高精度数字式压力开关09通过三通电磁阀13与二级墨盒10内部空间相连，用于设定和检测二级墨盒内部压力，其控制信号输出端与控制模块相连。高精度数字式压力开关09输出二路控制信号，分别是压力上限信号OUT1和压力下限信号OUT2，系统工作时二级墨盒10消耗油墨造成负压值大于设定负压上限信号时，输出信号OUT1至控制模块启动主墨泵06补充油墨，减小负压值，达到压力设定范围时停止；如果补充油墨过量，造成负压值小于设定的负压下限时，输出信号OUT2信号至控制模块，控制模块启动回路电磁阀17排放油墨以增大二级墨盒10内部的负压值，达到压力设定范围时停止。

电容式接近开关04安装在靠近主墨瓶02至主墨泵06的输墨管道的一侧，电容式接近开关14安装在靠近回流管道15的一侧，电容式接近开关04的信号输出端和电容式接近开关14的信号输出端分别接控制模块16，当电容式接近开关04或电容式接近开关14输出报警信号时，控制电路通过报警模块报警。

墨路管道中全部为油墨液体时，电容量大于有墨路管道中空气时的电容量数值。当通过墨路管道中的油墨有空气时，电容量减少，电容式接近开关04或14输出低电平信号至控制模块16，控制模块16启动蜂鸣器18和指示灯提示工作人员处理。二级墨盒连接负压回流管道15有空气说明二级墨盒无油墨回流，负压回流管道15调整负压功能失效，需要通过维护功能排出墨路空气，使油墨能够正常回流。

数字式压力开关05的信号输出端和数字式压力开关08的信号输出端分别接控制模块16。当数字式压力开关05检测到主墨泵06入口的负压超过负压设定值时，向控制模块16发出信号，由控制模块16停止主墨泵06或副墨泵07运行。

负压保护工作原理如下：主墨泵06或副墨泵07从主墨瓶02吸入油墨时，如果进墨管路有堵塞则会造成负压过大，假定高精度数字式压力开关05设置的负压阈值为-5KPa，当主墨泵06或副墨泵07工作的时候，因吸力产生的负压值超过-5KPa，高精度数字式压力开关(负压传感器)05输出信号至控制模块，停止墨泵运行，直至负压值低于-5KPa时，再自动开启主墨泵06或副墨泵07继续运行。

当数字式压力开关08检测到主墨泵06出口的压力超过压力设定值时，向控制模块16发出信号，由控制模块16停止主墨泵06或副墨泵07运行。

正压保护工作原理如下：主墨泵06和副墨泵07的输出端接二级墨盒10输入端，高精度数字式压力开关08连接在主墨泵06和副墨泵07的输出端，当输出端至二级墨盒输入端管路或者末端其它位置发生堵塞时，会造成正压力过大，当大于高精度数字式压力开关08设定值时，高精度数字式压力开关(正压力传感器)08输出信号至控制模块，停止主墨泵06或副墨泵07的运行，保护管路不会因为压力过大而损坏破裂。直至压力值低于高精度数字式压力开关08设定值时，控制模组16再自动开启主墨泵06或副墨泵07继续运行。

如图3所示，二级墨盒10的顶板上有三个管路接口，分别是主进墨口10-1、出气孔10-2和回流口10-3，进墨口10-1与墨泵连接。二级墨盒10中安装有回流虹吸管10-4，回流虹吸管10-4的上部与回流口10-3连通，回流口10-3与回流管道15连接。

浮子液位开关11安装在二级墨盒10中，浮子液位开关11的信号输出端接控制模块16，三通电磁阀13的入口接二级墨盒10顶部的出气孔10-2，三通电磁阀13的两个出口分别连通数字式压力开关09和大气，三通电磁阀13的控制端接控制模块16。系统进行维护流程时，控制模块16关闭主墨泵06，开启副墨泵07，当二级墨盒10的液位低于浮子液位开关11设定的高度时，浮子液位开关11输出低液位信号至控制模块16，控制模块16控制副墨泵07向二级墨盒10中填充油墨，同时控制三通电磁阀13切换到二级墨盒10上部的出气孔与大气连通。当二级墨盒10的液位达到设定的高度时，三通电磁阀13切换到二级墨盒10上部的出气孔与数字式压力开关09连通，保持二级墨盒10正常工作需要的密封状态，并便于数字式压力开关09检测二级墨盒10内部的压力。

如图2所示，主墨泵06是由步进电机21驱动的双向活塞泵，双向活塞泵包括两个并接的活塞泵、机架、直线导轨副、丝杆螺母副，磁钢和两个霍尔传感器。

每个活塞泵包括具有玻璃外壳的进样器22和两个单向阀，进样器22的出入口通过正接的单向阀23A(出液阀)接二级墨盒10，通过反接的单向阀23B(进液阀)接主墨瓶02。

两个进样器22的玻璃外壳(活塞泵的缸体)背靠背、同轴地固定在机架20上。丝杆螺母副的丝杆24安装在机架20上，由步进电机21驱动。直线导轨副的导轨26固定在机架20上，丝杆螺母副的螺母25固定在直线导轨副的滑块27上，两个进样器22的活塞杆与螺母25连接。两个霍尔传感器28分开布置在机架20上，磁钢29固定在滑块27或螺母25上，在两个霍尔传感器28之间运动，两个霍尔传感器28的信号输出端和步进电机21的控制端分别与控制模块16连接。

在步进电机21驱动下，两个进样器22的活塞由丝杆螺母副的螺母25带动作往复运动，两个进样器22交替地吸取主墨瓶02中的油墨并交替地向二级墨盒10输出。

进样器玻璃外壳和活塞材料对于打印油墨无化学反应。运动机构采取滚珠丝杆和步进电机组合，通过调整步进电机运行参数脉冲来控制运行效果，驱动机构由滚珠丝杆和滑动导轨模组实现，步进电机工作在小电流低速间断运行状态可以延长机构的使用寿命。

双向活塞泵能够实现双向不间断供墨，通过设置步进电机启动速度和加速时间，实现缓慢启动，可以保持主墨泵在补充油墨期间不会导致二级墨盒压力突变，二级墨盒安装高精度数字式压力开关，压力开关信号作为步进电机控制反馈信号，低于设定区间压力值时，会实时启动步进电机补充油墨，如果补充压力过充超过区间范围，会自动开启回路电磁阀泄放油墨达到正常设定范围为止。最终实现闭环式伺服控制保持二级墨盒的正常压力范围。

如图4所示，本实用新型实施例工业打印机的伺服供墨系统包括喷墨控制箱，喷墨控制箱包括机箱，伺服供墨系统的主墨泵06、副墨泵07以及控制电路的电路板和元器件安装在机箱中。

安装在机箱中的控制电路的元器件包括上述的控制模块16、数字式压力开关09、数字式压力开关05(主墨泵进墨口压力传感器)、数字式压力开关08(主墨泵出墨口压力传感器)、电容式接近开关04、电容式接近开关14、手动调试按键03、回路电磁阀17、指示灯LED1和蜂鸣器18。

另外，机箱上还安装有二级墨盒进墨接头、二级墨盒出墨接头、主墨瓶出墨接头、主墨瓶回墨接头、二级墨盒压力传感器信号接口、浮子液位开关信号接口和三通电磁阀13控制信号接口。

作为主墨泵06的双向活塞泵的出口接二级墨盒进墨接头，入口接主墨瓶出墨接头。电容式接近开关04通过支架安装在主墨泵进墨管道的侧面、

二级墨盒压力传感器信号接口内接控制模块16，外接数字式压力开关09的信号输出端。回路电磁阀17连接在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间。电容式接近开关14通过支架安装在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间的回流管道侧面

浮子液位开关信号接口和三通电磁阀13控制信号接口分别接控制模块16。

本实用新型以上实施例工业打印机的伺服供墨系统的主墨泵、副墨泵以及控制电路的主要元器件都安装在机喷墨控制箱中，便于供墨系统的安装和维护。

另外，本实用新型以上实施例的工业打印机的伺服供墨系统采用闭环伺服式供墨，除了提供稳定的供墨效果外，增加了四个独立保护功能，即进墨压力保护、出墨压力保护、进墨空气报警和回墨空气报警。另外增加了二级墨盒10自动排空气功能。本实用新型以上实施例减少了工作人员维护的工作量，延长了连续工作时间和效率，避免设备在连续生产时产生不必要的不良品，提升整体产品合格率，同时减低了维护成本、稳定的供墨系统同时提高了喷头的使用寿命，延长了昂贵喷头更换周期。

Claims (7)

1.一种工业打印机伺服供墨系统的喷墨控制箱，包括机箱和控制电路，控制电路的电路板和元器件安装在机箱中，工业打印机伺服供墨系统包括主墨瓶、二级墨盒、主墨泵和打印喷头，其特征在于，控制电路包括控制模块和主墨泵，主墨泵包括由步进电机驱动的双向活塞泵、二级墨盒进墨接头和主墨瓶出墨接头，步进电机的控制端接控制模块；双向活塞泵的出口接二级墨盒进墨接头，入口接主墨瓶出墨接头。

2.根据权利要求1所述的喷墨控制箱，其特征在于，双向活塞泵包括两个并接的活塞泵、机架、直线导轨副、丝杆螺母副，磁钢和两个霍尔传感器；两个活塞泵的缸体背靠背、同轴地固定在机架上；丝杆螺母副的丝杆安装在机架上，由所述的步进电机驱动；直线导轨副的导轨固定在机架上，丝杆螺母副的螺母固定在直线导轨副的滑块上，两个活塞泵的活塞杆与所述的螺母连接；两个霍尔传感器分开布置在机架上，磁钢固定在所述的滑块或螺母上，位于两个霍尔传感器之间，两个霍尔传感器的信号输出端分别与控制模块连接。

3.根据权利要求2所述的喷墨控制箱，其特征在于，所述的活塞泵包括具有玻璃外壳的进样器和两个单向阀，进样器的出入口通过正接的单向阀接二级墨盒进墨接头，通过反接的单向阀接入口接主墨瓶出墨接头；进样器的玻璃外壳固定在所述的机架上，进样器的活塞杆与所述的螺母连接。

4.根据权利要求1所述的喷墨控制箱，其特征在于，控制电路包括回路电磁阀、二级墨盒压力传感器信号接口、二级墨盒出墨接头和主墨瓶回墨接头，回路电磁阀的控制端和二级墨盒压力传感器信号接口分别接控制器；回路电磁阀连接在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间。

5.根据权利要求1所述的喷墨控制箱，其特征在于，包括副墨泵，副墨泵与主墨泵并接。

6.根据权利要求1所述的喷墨控制箱，其特征在于，控制电路包括主墨泵进墨口压力传感器和主墨泵出墨口压力传感器，主墨泵进墨口压力传感器的输出端和主墨泵出墨口压力传感器的输出端分别接控制器。

7.根据权利要求1所述的喷墨控制箱，其特征在于，控制电路包括两个用于检测管道中空气的电容式接近开关和报警模块，第一电容式接近开关安装在主墨泵进墨管道的侧面，第二电容式接近开关安装在二级墨盒出墨接头与主墨瓶回墨接头之间回流管道侧面，第一电容式接近开关的信号输出端和第二电容式接近开关的信号输出端接控制模块，当第一电容式接近开关或第二电容式接近开关输出报警信号时，控制电路通过报警模块报警。

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