一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法与流程

本发明涉及印刷，具体涉及一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法。

背景技术：

1、特殊形状物体，如瓶罐、笔杆、等圆柱体产品的表面印刷工艺，是包装、电子、日化等行业实现产品标识、装饰及信息传递的核心环节。圆盘打印机凭借高效连续的作业特性，成为该工艺的主流执行设备，其通过喷墨打印头在旋转的圆柱体产品表面完成周向印刷，适配规模化生产需求。

2、然而，圆柱体产品的弧形表面特性给印刷工艺带来了独特挑战，现有印刷工艺技术难以满足高精度印刷要求：一是拼接工艺精度不足，多喷头拼接是扩大印刷幅宽的核心手段，但圆柱体产品的弧形曲面导致各喷头与产品表面的相对距离、喷射角度存在差异，叠加喷头安装误差、机械传动间隙，使得相邻喷头的印刷图案易出现重影、间隙或重叠，破坏图案完整性与连贯性；二是工艺稳定性不足，高速印刷场景下，喷头姿态调整、产品旋转加速度变化会引发墨路系统压力波动，现有工艺未建立压力补偿与曲面印刷的联动方案，导致不同喷孔出墨量不一致，进而产生色差、断线等质量缺陷，制约了圆柱体产品印刷工艺的精度提升与规模化应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法，用于解决上述多喷头拼接误差和墨路压力波动导致的打印质量问题，实现不同直径圆柱体产品的高精度、高稳定性打印。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置，包括安装基架、喷头底板、xzr多轴伺服驱动机构、自适应压力补偿模块、多喷头协同校准模块及控制模块；

4、所述安装基架可拆卸安装在喷头车打印作业端，所述xzr多轴伺服驱动机构装配于所述安装基架上并与所述喷头底板传动连接，所述喷头底板上间隔设置若干喷孔朝向一致的打印喷头，所述控制模块通过调用内置的参数映射数据库中与待打印圆柱体产品直径相匹配的预存调节参数，控制xzr多轴伺服驱动机构驱动所述喷头底板实现沿x轴与z轴直线位移调节，及绕平行于打印喷头排列方向的r轴角度偏转调节；

5、所述自适应压力补偿模块包括若干对应各打印喷头的压力补偿单元，各压力补偿单元的压力输出端与其对应打印喷头的墨路通道连通，通过控制模块动态稳定墨路压力；

6、所述多喷头协同校准模块包括激光定位器、工业相机、光斑位置传感器、图像分析单元及校准执行单元；所述激光定位器包括对应所述打印喷头设置的若干组，且各组所述激光定位器与对应的所述打印喷头喷孔中心轴线共线并发射激光束在圆柱体产品表面形成激光光斑；所述工业相机同步采集喷孔定位图像、打印试条图像及激光光斑图像；所述光斑位置传感器与所述工业相机同侧设置同步检测激光光斑的物理位置坐标，所述图像分析单元对图像数据和坐标数据进行融合校正，并基于校正数据分别计算喷孔位置偏差、相邻喷头的拼接间隙误差、喷孔中心与产品表面的实际距离；所述校准执行单元根据像分析单元的计算数据生成调节修正指令，并通过所述控制模块修正所述xzr多轴伺服驱动机构的调节参数。

7、优选地，所述安装基架通过锁合缓冲机构可拆卸安装在喷头车打印作业端，所述锁合缓冲机构包括定位组件、锁合组件及弹性缓冲组件；

8、所述定位组件包括设置于喷头车的打印作业端的两个圆柱定位销和一个菱形定位孔，所述安装基架的基架安装板上设置有与所述圆柱定位销间隙配合的定位套，所述基架安装板上还设有与所述菱形定位孔过盈配合的定位凸台；

9、所述锁合组件包括沿所述基架安装板周向间隔分布的若干个凸轮式快速夹钳821，所述凸轮式快速夹钳821的固定端与喷头车的打印作业端固定连接，且其夹紧端与所述基架安装板上的锁合座822抵接将所述基架安装板压紧固定于喷头车打印的作业端上；

10、所述弹性缓冲组件包括沿所述基架安装板周向间隔设置的四组，每组所述弹性缓冲组件包括导向柱、缓冲弹簧及位移传感器，所述导向柱一端与喷头车打印作业端固定，另一端贯穿所述基架安装板的导向孔并通过限位帽配合限位，所述缓冲弹簧套设于所述导向柱外侧且其两端分别与喷头车的打印作业端、基架安装板抵接并保持预压缩量，所述位移传感器嵌装于喷头车的打印作业端朝向所述基架安装板的一侧且其检测端朝向所述基架安装板表面用于反馈所述基架安装板振动位移数据至所述xzr多轴伺服驱动机构动态调整驱动参数。

11、优选地，所述xzr多轴伺服驱动机构包括x轴伺服电机、z轴伺服电机、r轴伺服电机、x轴移动板、z轴移动板及位置反馈单元；

12、所述基架安装板上固定连接有z轴底架，所述z轴底架上固设有z轴直线导轨模组，所述z轴移动板沿所述z轴方向滑动安装在所述z轴直线导轨模组上，所述z轴伺服电机的输出端通过z轴滚珠丝杆驱动组件与所述z轴移动板传动连接用于驱动所述z轴移动板沿z轴方向滑动；

13、所述z轴移动板上固定连接有x轴底架，所述x轴底架上固设有x轴直线导轨模组，所述x轴移动板沿所述x轴方向滑动安装在所述x轴直线导轨模组上，所述x轴伺服电机的输出端通过x轴滚珠丝杆驱动模组与所述x轴移动板传动连接用于驱动所述x轴移动板沿x轴方向水平滑动；

14、所述喷头底板包括沿y轴方向相向设置的两组，所述喷头底板通过旋转轴承支座转动安装在所述x轴移动板上，所述r轴伺服电机通过谐波减速器与所述喷头底板的旋转中心连接驱动所述喷头底板沿r轴进行角度偏转调节，且r轴轴线与各所述打印喷头排列方向平行；

15、所述谐波减速器的输出端与所述喷头底板的旋转中心之间设有电磁制动器，所述谐波减速器上还设有扭矩传感器用于实时检测所述r轴伺服电机的输出扭矩，所述控制模块与电磁制动器、扭矩传感器通信连接，当所述控制模块根据所述扭矩传感器反馈的数据判断r轴输出扭矩超过预设安全阈值或接收到急停信号时，控制所述电磁制动器动作以锁止所述喷头底板的旋转运动；

16、所述位置反馈单元包括x轴光栅尺、z轴光栅尺及r轴光栅尺，分别检测x轴、z轴直线位移量及r轴旋转角度，并反馈至所述控制模块与目标调节参数进行对比，计算偏差值后下发至对应伺服电机进行闭环动态补偿。

17、优选地，所述压力补偿单元包括墨压传感器、比例溢流阀、微型增压泵及压力缓冲器，所述墨压传感器串联于所述打印喷头的墨路进口端检测墨路实时压力并反馈至控制模块，所述比例溢流阀并联于所述打印喷头的墨路通道旁通支路用于泄压调节，所述微型增压泵串联于所述打印喷头的墨路通道进墨端，并与墨压传感器、比例溢流阀均与控制模块通信连接，当所述xzr多轴伺服驱动机构调节所述喷头底板角度或位移时，所述控制模块根据所述墨压传感器反馈的实时压力与预设目标压力计算时域压力偏差，控制所述微型增压泵的电压占空比或比例溢流阀泄压，使各所述打印喷头的墨路压力保持在恒定范围，所述压力缓冲器设置于所述墨压传感器与打印喷头之间的墨路中吸收因所述微型增压泵或比例溢流阀动作引起的压力脉动保持墨路压力稳定。

18、优选地，所述时域压力偏差计算公式为：

19、

20、其中，为时域压力偏差，为墨路预设目标压力，为时刻墨压传感器检测的实时压力；

21、所述控制模块输出控制量用于调节微型增压泵的电压占空比或比例溢流阀的泄压量，所述控制量计算公式为：

22、

23、其中，为第周期控制器输出控制量，为比例系数，为积分系数，

24、为微分系数，为控制周期，为第周期离散化压力偏差，为第周期离散化压力偏差，为从初始周期至第周期的压力偏差积分和；

25、当输出控制量≥1或≤0时，暂停积分项累积，偏差积分和保持上一周期数值不变。

26、优选地，所述打印喷头的喷孔中心与圆柱体产品表面的实际距离计算方法具体为：

27、所述工业相机采集圆柱体产品表面的激光光斑图像，并依次进行灰度化降噪、边缘轮廓提取及中心坐标拟合处理，得到激光光斑在相机成像平面的实际中心坐标；

28、将光斑实际中心坐标与预设基准位置坐标进行比对，计算得到二者在成像平面的像素偏移量；

29、计算打印喷头的喷孔中心与圆柱体产品表面的实际距离：

30、

31、其中，为打印喷头的喷孔中心与圆柱体产品表面的实际距离，为工业相机镜头轴线与激光定位器轴线的夹角，夹角为30°-45°，为工业相机镜头焦距，为激光光斑在相机成像平面的像素偏移量，为相机像素当量，为激光定位器与相机镜头的安装中心距离；

32、将实际距离与预设距离阈值对比，生成z轴方向距离修正指令，当时，所述图像分析单元将该修正指令传输至控制模块，由控制模块下发驱动指令至所述xzr多轴伺服驱动机构调整z轴位置直至。

33、优选地，所述校准执行单元采用加权融合校准算法计算x轴和r轴的综合修正量，生成对应的x轴和r轴的修正指令，所述综合修正量计算公式为：

34、

35、

36、其中，为第个打印喷头的在x轴方向的喷孔位置偏差，为第个打印喷头的在r轴角度的喷孔位置偏差；

37、为第个打印喷头在x轴的综合修正量，为第个打印喷头在r轴的综合修正量；

38、为r轴当前偏转角度，为相邻喷头喷孔中心间距；

39、为第个与第个喷头的拼接间隙误差，当为间隙偏差，为重叠偏差；

40、为第个与第个喷头的拼接间隙误差，第一个喷头；

41、为喷孔位置偏差权重系数，为拼接间隙误差权重系数，且；

42、当时，下发x轴修正指令至所述控制模块驱动所述xzr多轴伺服驱动机构调整x轴参数，当时，下发r轴修正指令至所述控制模块驱动所述xzr多轴伺服驱动机构调整r轴参数，持续修正直至所有相邻喷头的拼接间隙误差。

43、优选地，所述打印喷头为压电式喷墨头，各所述打印喷头根据所述多喷头协同校准模块输出的拼接间隙误差独立动态调整驱动电压幅值及脉冲宽度，以修正墨滴落点偏差，所述驱动电压幅值及脉冲宽度的计算公式为：

44、

45、

46、其中，为第个喷头的驱动电压幅值，为第个喷头的驱动脉冲宽度，为基准驱动电压幅值，为基准驱动脉冲宽度，为电压幅值调节系数，为脉冲宽度调节系数；

47、当时，保持基准驱动波形参数，即、；当时，按上述公式动态调整驱动电压幅值和脉冲宽度直至拼接间隙误差满足无间隙拼接要求。

48、优选地，所述控制模块包括参数输入单元、数据匹配单元及驱动控制单元，所述参数输入单元包括触控显示屏、数据接口及直径扫描组件，所述触控显示屏嵌装于喷头车操作面板用于手动输入产品直径及打印速度参数，所述数据接口包括usb接口和rs485通信接口用于接收外部mes系统传输的生产参数；所述直径扫描组件包括两个对称设置的激光位移传感器，其检测端相对且覆盖产品输送路径实时扫描产品直径；所述数据匹配单元根据范围匹配规则，当获取的产品直径在某一预存直径范围区间内时，则调用该区间对应的预存调节参数，若无对应区间，则基于相邻预存参数通过插值算法生成适配调节参数，所述驱动控制单元根据预存调节参数或适配调节参数，下发驱动指令至所述xzr多轴伺服驱动机构，下发压力控制指令至所述自适应压力补偿模块协调各组件同步工作。

49、一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节方法，该方法采用上述的圆盘高速打印机喷头调节装置实现，包括以下步骤：

50、s1、获取待印刷圆柱体产品的直径参数及打印速度参数，控制模块根据所述直径参数调用内置参数映射数据库中的预存调节参数，无对应预存参数时基于相邻预存参数通过插值算法生成适配调节参数；

51、s2、控制模块根据所述预存调节参数或适配调节参数，驱动xzr多轴伺服驱动机构带动喷头底板沿x轴移动至产品打印区域正上方，沿z轴调整至喷孔与产品表面预设初始距离，绕r轴偏转至喷孔朝向与产品表面切线垂直；

52、s3、激光定位器发射激光束在圆柱体产品表面形成与各打印喷头一一对应的激光光斑，通过工业相机同步采集喷孔定位图像、打印试条图像及激光光斑图像，光斑位置传感器检测激光光斑物理坐标，图像分析单元对图像数据与坐标数据融合校正后，计算喷孔位置偏差、相邻喷头拼接间隙误差及喷孔与产品表面实际距离并由校准执行单元生成对应的修正指令，通过控制模块调整xzr多轴伺服驱动机构参数，直至拼接间隙误差、喷孔与产品表面距离偏差满足打印所需范围；

53、s4、墨压传感器实时检测各打印喷头墨路进口端压力，控制模块计算时域压力偏差，通过调节微型增压泵电压占空比或比例溢流阀泄压量，结合压力缓冲器吸收压力脉动，使墨路压力稳定在预设目标压力的恒定范围内；

54、s5、圆盘打印机带动圆柱体产品匀速旋转，控制模块协调各打印喷头同步喷墨，同时根据多喷头协同校准模块实时反馈数据及喷头温度传感器检测数据，动态调整喷头驱动电压幅值、脉冲宽度及xzr多轴伺服驱动机构参数，确保印刷过程中无重影、无间隙、无色差；

55、s6、控制模块控制各组件停止工作，xzr多轴伺服驱动机构带动喷头底板回归初始位置，比例溢流阀完全泄压。

56、采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

57、1、本发明提供一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法，集成锁合缓冲、多轴驱动、压力补偿、协同校准等模块，通过控制模块统一协调，结构紧凑且分工明确；锁合缓冲机构实现安装基架的精准定位与稳定固定，xzr多轴伺服驱动机构提供灵活精准的位姿调节，适配不同直径圆柱体产品的打印需求，整体模块化设计降低维护难度，各组件协同工作提升装置长期运行的可靠性和稳定性。

58、2、本发明提供一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法，通过激光定位器与打印喷头喷孔共线形成精准基准光斑，工业相机采集喷孔定位、打印试条及激光光斑三类图像，光斑位置传感器同步检测光斑物理坐标，双源数据融合校正后，由图像分析单元精准计算喷孔位置偏差、拼接间隙误差及喷孔与产品表面实际距离，校准执行单元通过调节修正指令动态修正xzr多轴伺服驱动机构参数，彻底解决传统多喷头打印的拼接间隙、重影问题，确保不同直径圆柱体产品均能实现高精度无间隙物理无缝拼接。

59、3、本发明提供一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法，控制模块内置参数映射数据库，可直接调用与输入产品直径匹配的预存调节参数，驱动xzr多轴伺服驱动机构完成喷头底板的x轴、z轴直线位移及r轴角度偏转调节，无需人工反复调试，大幅缩短换产时间，适配规模化批量生产中多规格产品的快速切换需求，同时保证不同批次产品的打印精度一致性。

60、4、本发明提供一种圆柱体产品的圆盘高速打印机喷头调节装置及方法，各打印喷头配置独立压力补偿单元，压力输出端与墨路通道一一对应连通，通过控制模块动态稳定墨路压力，有效避免高速打印或喷头姿态调整时因压力波动导致的出墨不均、色差或断线问题，确保各喷头出墨量稳定，提升打印图像的均匀性和清晰度。