印制電路板用字符噴印機中的兩級墨盒壓力控制技術(shù)

裴同戰(zhàn) 李紅利

（廣東正業(yè)科技股份有限公司，廣東 東莞 523000）

0 前言

印制電路板（PCB）字符直接噴印技術(shù)具有高分辨率、個性化定制、較短的生產(chǎn)周期等特點。其減少了對人工依賴的同時又能提升品質(zhì)、產(chǎn)能，綠色環(huán)保，并且可以省去照相底版、網(wǎng)版等成本。在PCB行業(yè)已經(jīng)被廣泛接受、使用，并在逐步取代網(wǎng)版印刷技術(shù)。

在PCB字符噴印中，噴印用油墨向噴頭連續(xù)穩(wěn)定的供給是保證噴印品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。尤其是大幅面、大面積噴印的時候，噴頭對墨水的消耗量比較大，那就需要在整個的噴印過程中供墨泵連續(xù)不斷地向副墨盒、向噴頭供給墨水，同時又要保證墨水的供給穩(wěn)定性。目前市面上的PCB用字符噴印機對墨水的供給方面的處理方法都比較簡陋、粗獷，都是通過副墨盒的浮子開關(guān)（或者外置超聲波傳感器、內(nèi)置其他類型的液位傳感器等）等數(shù)字量開關(guān)信號控制供墨泵的通斷，來完成向副墨盒泵墨。但是這種控制供墨的方法，一是會因為墨泵的突然啟動，對副墨盒及噴頭瞬間產(chǎn)生一個較大的壓力沖擊，導(dǎo)致噴頭噴嘴板表面的彎月面被破壞，從而引起噴印時的飛墨、甩墨等問題；二是在搭載副墨盒和噴頭的機構(gòu)來回掃描噴印的過程中也會因為墨管里面墨水及氣管里面氣體的擠壓引起流量波動、壓力波動，在搭載副墨盒和噴頭的機構(gòu)快速啟、停的瞬間副墨盒里面液面的較大波動也會破壞噴嘴板表面的彎月面，從而影響噴印效果。三是搭載副墨盒和噴頭的機構(gòu)在啟停及快速運動過程中，副墨盒的液面是波動的，副墨盒的傳感器無法測量出液面的真實值，故無法實時精確的補墨（現(xiàn)在的做法是在運動過程中不補墨），從而無法保證噴印品質(zhì)。

以上種種原因，導(dǎo)致不能在噴印過程中實時的供墨，在噴印的過程中不補墨水，而是在搭載副墨盒和噴頭的機構(gòu)回程停止后補充墨水。這就造成了無法連續(xù)穩(wěn)定的供墨、無法保證墨路系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，從而無法保證穩(wěn)定的噴印效果。本文提出了一種全新的PCB用字符噴印機墨路系統(tǒng)，該墨路系統(tǒng)通過兩級墨盒的運用加上精確的二級墨盒壓力控制，解決了目前由于供墨不穩(wěn)定造成的飛墨、散墨以及小字、白油塊噴印效果差等問題，提升了噴印品質(zhì)。

1 工作原理

1.1 原墨路系統(tǒng)

如圖1所示，副墨盒及噴頭裝在同一個可以移動的機構(gòu)上，噴印過程中此機構(gòu)來回運動，完成PCB字符的噴印。此系統(tǒng)中，供墨泵為開關(guān)量隔膜泵，無法調(diào)節(jié)流量，并且在此機構(gòu)不移動（即不噴印）的時候，供墨泵才能根據(jù)副墨盒中浮子開關(guān)的信號進行補墨。

圖1 原一級墨盒控制方式墨路原理圖

以上系統(tǒng)，僅能在不噴印的時候，根據(jù)浮子開關(guān)的開關(guān)信號控制供墨泵的開關(guān)進行補墨。會造成前面所講的，無法實時、精準的補墨，無法保證整個墨路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而無法實現(xiàn)穩(wěn)定一致的噴印品質(zhì)。

1.2 兩級墨盒壓力控制方式

本兩級墨盒壓力控制方式，通過一二級墨盒的運用加上精確的二級墨盒壓力控制，根據(jù)二級墨盒的壓力變化實現(xiàn)實時動態(tài)補墨，保證整個墨路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。詳細如圖2所示，一級、二級墨盒及噴頭裝在同一個可以移動的機構(gòu)上，噴印過程中此機構(gòu)來回運動，完成線路板字符的噴印。此系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，供墨泵由無法調(diào)節(jié)流量的開關(guān)量隔膜泵更改為可通過模擬量調(diào)節(jié)流量的蠕動泵；增加了一個墨盒（圖2中所示二級墨盒），該墨盒在工作中始終處于滿墨的狀態(tài)；增加一個壓力傳感器，用來測量二級墨盒的壓力。

圖2 兩級墨盒壓力控制方式墨路原理圖

工作過程中，噴頭源源不斷的將墨水從二級墨盒吸下來，因為一級墨盒與二級墨盒聯(lián)通，一級墨盒會不斷地向二級墨盒輸入墨水，這樣二級墨盒的墨水始終是滿的狀態(tài)，即便是在運動過程中，液面也沒有明顯波動。而一級墨盒的液面逐漸下降，二級墨盒的傳感器非常靈敏的檢測出壓力的變化，傳感器給出信號控制蠕動泵供墨的流量。總結(jié)，此系統(tǒng)中根據(jù)壓力傳感器壓力值的變化，實時控制蠕動泵供墨的流量，保持二級墨盒的壓力穩(wěn)定，從而保證了整個墨路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并且圖中一級墨盒中的浮子開關(guān)可以用來檢測整個墨路的異常，防止墨路缺墨。

2 控制系統(tǒng)

為實現(xiàn)上述所述的控制要求，該部分控制系統(tǒng)必須包含以下控制裝置，可實時調(diào)速的供墨泵，用于檢測一級墨盒液位的浮子開關(guān)，用于檢測二級墨盒實時壓力的壓力傳感器，用于異常時向主墨盒回抽墨水的回抽泵，為整個墨路提供負壓的負壓裝置，以及控制整機聯(lián)動、協(xié)調(diào)的可編程控制器?？刂圃砣鐖D3所示。

圖3 二級墨盒壓力控制技術(shù)控制原理

機器首次開機啟動后，阻斷二級墨盒與噴頭之間的連接，打開負壓裝置，手動運行供墨泵，使二級墨盒滿墨并且一級墨盒液面恰好達到浮子開關(guān)的位置，此時記錄壓力傳感器的數(shù)值，此數(shù)值作為壓力基準值寫入控制器。打開二級墨盒與噴頭之間的連接，此墨路即可正常自動運行。為保證控制精度，傳感器采用0.01 kPa精度的壓力傳感器。其他控制器件采用普通元器件即可。

3 噴印效果

通過實際驗證，此供墨系統(tǒng)的設(shè)計，可以將液面的位置精確地控制在1 mm范圍內(nèi)，其精度遠遠超過了浮子開關(guān)4～5 mm液面波動的范圍；另外，根據(jù)壓力變化實時補充墨水而不是補充空氣，減少了墨路中空氣的帶入；再者，采用多級墨盒控制，減少供墨及噴印過程中流量的干擾、壓力等的干擾，有效解決了目前無法連續(xù)動態(tài)噴印的問題。采用此種方法及控制，對比直接通過一級浮子開關(guān)信號控制泵墨，墨路壓力控制精度可以提升一個數(shù)量級。

表1是用四噴頭字符噴印機，采用與傳統(tǒng)方式同樣的工藝參數(shù)，通過批量噴印大面積白油塊，對比噴印效果的實驗數(shù)據(jù)。

表1 噴印效果實驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）改進后的供墨系統(tǒng)壓力更穩(wěn)定，壓力波動范圍在60 Pa以內(nèi)；

（2）連續(xù)噴印48面大白油塊過程中不進行任何清洗也沒有出現(xiàn)甩墨、散墨現(xiàn)象，白油塊光滑、均勻且無條紋。

（3）噴印4遍的效果明顯比改進之前更白，噴印三遍的效果與改進前噴印4遍的效果相當；

（4）無需頻繁清洗來補充墨量，節(jié)約了時間、墨水同時也減少了噴頭的損耗。

綜上，新的兩級墨盒壓力控制方式的墨路系統(tǒng)能極大地改善目前PCB用字符噴印機的噴印效果。