靳舒杰,楚建安

（西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院,西安 710048）

提高數(shù)碼印花機(jī)工作效率的方法

靳舒杰,楚建安

（西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院,西安 710048）

與傳統(tǒng)的印花技術(shù)相比，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)具有印花精度高、花型不受限制等優(yōu)點(diǎn)。但是其缺點(diǎn)也很明顯，那就是印花效率低。本文首先分析影響印花速度的因素，然后在此的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)方法：改進(jìn)圖像數(shù)據(jù)的處理方式、改進(jìn)噴嘴的位置、合理排列噴頭。

數(shù)碼印花；印花速度；噴頭；噴嘴

1 引言

我國在織物上印花的歷史久遠(yuǎn)，發(fā)展到今天傳統(tǒng)的印花技術(shù)有著工藝流程復(fù)雜，花型設(shè)計(jì)單一，花型一旦設(shè)計(jì)出來就不能更改，只能適合大規(guī)模批量生產(chǎn)等缺點(diǎn)。因此數(shù)碼印花技術(shù)得到了人們的重視。與傳統(tǒng)印花相比其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）色彩鮮艷，只有四種基本色，電腦自動(dòng)配色，最高可達(dá)1667萬種顏色；

（2）印花精度較高，最高可達(dá)11440dpi，接近照片效果；

（3）設(shè)備投資較低，花型只需幾分鐘便可隨意轉(zhuǎn)換；

其缺點(diǎn)就是印花速度較低，本文將通過改進(jìn)圖像數(shù)據(jù)格式，改進(jìn)噴嘴的數(shù)量和位置，改進(jìn)噴頭的排列方式這三個(gè)方面來討論如何提高數(shù)碼印花機(jī)的整體打印效率。

2 影響印花速度的因素

圖1是數(shù)碼印花機(jī)的工作原理圖，上位機(jī)將需要噴印的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送到各級子控制板，運(yùn)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)控制噴頭的移動(dòng)，噴墨子控制板將接收圖像信息存放在SDRAM中，并控制噴頭在對應(yīng)的位置打印。

圖1 數(shù)碼印花機(jī)工作原理圖

由上述印花過程分析我們可以知道印花速度主要取決于以下幾個(gè)因素：

（1）印花機(jī)下位機(jī)的處理器速度，由于在印花的過程中需要傳送大量的數(shù)據(jù)，所以較高的數(shù)據(jù)傳輸速率直接影響實(shí)際印花效率。（2）下位機(jī)內(nèi)存的大小，在噴印一些比較復(fù)雜的圖像時(shí)內(nèi)存足夠大便可一次性輸入圖像信息，反之就要分批輸入，印花效率大大降低。（3）數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌诜绞?，由于印花機(jī)的主機(jī)和下位機(jī)之間有一定的空間距離，主機(jī)將數(shù)據(jù)傳到噴印控制器的時(shí)間由數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣葲Q定。我們通常采用的接口是USB、EPP這兩種。（4）噴嘴的數(shù)量和位置，噴嘴數(shù)目越多，使印花機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的噴出墨滴的數(shù)量和面積大大增加，合理的設(shè)計(jì)噴頭的排列方式以及噴嘴的位置也提高噴印速度。

隨著科技的不斷進(jìn)步，上位機(jī)的運(yùn)算速度、噴印控制器的處理速度都已經(jīng)很快了，完全能夠處理復(fù)雜的噴印任務(wù)，而USB3.0的數(shù)據(jù)傳輸速度更是達(dá)到了5.0Gbps，從這些方面已經(jīng)很難再提高印花速度了，所以噴嘴的數(shù)量位置和噴頭的排列方式將是提高印花速度的關(guān)鍵因素，本文將重點(diǎn)介紹。

3 提高印花速度的方法

3.1 改進(jìn)圖像數(shù)據(jù)的處理

噴頭常用FPGA進(jìn)行控制，但是FPGA的運(yùn)算速度相較PC而言要低的多，而圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過拆分、移位、合并、存儲(chǔ)占用了大量控制器的資源，如果我們將這些數(shù)據(jù)交由PC端來處理，讓控制器直接接收到噴嘴的噴印信號，那么整體的工作效率將會(huì)大大提高。

改進(jìn)前PC端將數(shù)據(jù)傳送到FPGA的圖像信息為RGB格式，這種格式需要經(jīng)過RGB-CMYK格式的轉(zhuǎn)換和半色調(diào)后才能驅(qū)動(dòng)噴頭噴印?，F(xiàn)在我們將數(shù)據(jù)格式改為：OXccmmyykk，這是一個(gè)32位無符號長整數(shù)，其中cc、mm、yy、kk分別表示四種顏色在某一對應(yīng)位置的8個(gè)噴嘴是否噴印。1表示噴，0表示不噴。這樣FPGA控制板接收到信號后便可直接進(jìn)行噴印。

3.2 改進(jìn)噴嘴的排列方式

提高數(shù)碼印花速度的的另一個(gè)最關(guān)鍵因素就是噴嘴的數(shù)量和排列方式。下面的設(shè)計(jì)方案就是通過改進(jìn)噴嘴的排列方式來提高印花速度的。

我們都知道噴頭的噴嘴通常排成一列或多列，其方向與打印頭的移動(dòng)方向相互垂直。我們常用的噴頭通常包括兩列噴嘴，每列中的每個(gè)噴嘴與另一列中的噴嘴水平對齊。這是為了能夠在同一行中噴印點(diǎn)上提供替補(bǔ)噴嘴。如果某列中的噴嘴壞了，那么另一列種與之相對應(yīng)的噴嘴便可重新噴印壞了的噴嘴應(yīng)該噴印的點(diǎn)。這樣的雙列噴嘴設(shè)計(jì)中，假設(shè)每列噴嘴之間的垂直間距離是1 / 240英寸。如果用這樣的噴頭來噴印分辨率為480 dpi的圖案需要在一次掃描后垂直移動(dòng) 1 /480英寸再次掃描才能完成圖案。這使得印花效率大幅度降低。

為了解決上述問題，我們將原先兩列排列整齊的噴嘴相互交錯(cuò)排列，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。由該圖可知，當(dāng)我們在打印精度要求比每列噴嘴之間的距離要小的時(shí)候，第一列噴嘴噴出墨滴間的空隙正好被第二列噴嘴彌補(bǔ)，這樣的話噴頭掃描一次承印物就能完成改進(jìn)前掃描兩次才能完成的圖案。這就使得印花效率大大提高。

3.3 順序排列各色噴頭

織物上圖案的各種顏色其實(shí)是由青色C、品紅M、黃色Y、黑色K這四種基本色混合而成的。效果圖如圖3所示。由該圖我們可以看到，如果我們把印花機(jī)的噴頭按照CMYK這四種顏色順序排列的話，這樣在印花的過程中織物的第一行首先被印上青色，然后向前移動(dòng)一行，第二行也被印上青色，這時(shí)候原來第一行移動(dòng)到了品紅色噴頭的下面被印上品紅色，然后再往前移動(dòng)一行，這時(shí)第一行被印上青色、品紅、黃色，第二行被印上青色、品紅，第三行印上青色，以此類推，直到每一行都印上了這四種顏色。這

圖2 噴嘴交錯(cuò)排列的噴頭結(jié)構(gòu)圖

種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于減小了噴頭水平移動(dòng)的距離。如果每種顏色的噴頭數(shù)量足夠多，排滿了整個(gè)織物的行，那么噴頭將不需要移動(dòng)就能完成一次噴印。這樣也可以減小因噴頭移動(dòng)帶來的定位誤差，同時(shí)提高了印花效率又保證了印花精度。

圖3 四色噴頭順序排列效果圖

4 結(jié)束語

本文首先介紹了數(shù)碼印花機(jī)的工作原理，由此分析出影響印花效率的幾個(gè)關(guān)鍵因素。得出提高印花效率的有效辦法是改進(jìn)圖像數(shù)據(jù)的格式和噴嘴的排布位置以及噴頭的排列方式。

針對以上幾點(diǎn)我們對噴頭控制器和主機(jī)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)進(jìn)行了重新分配，讓速度比較快的主機(jī)擔(dān)任大部分處理任務(wù)，速度比較慢的噴頭控制器只負(fù)責(zé)接收噴印信號；采用相互交錯(cuò)的噴嘴設(shè)計(jì)則讓一次掃描周期噴印的面積更大，使總的噴印次數(shù)減少，從而提高印花速度；將四種顏色的噴頭順序排列，在噴頭數(shù)量足夠多的情況下，噴頭不需左右移動(dòng)便可直接完成噴印任務(wù)，這使得印花效率大大提高。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.026

靳舒杰（1994-）,男,碩士研究生,主要從事數(shù)碼印花設(shè)備的研究。