矩陣式噴頭單元的精度校準分析

胡錦華　胡少華　徐麗軍

摘 要：矩陣式噴頭結構是噴頭無限并聯技術的一種。矩陣式噴頭排列，是提高噴墨打印機速度的一個重要途徑。理論上，噴頭的無限并聯結構對輸出畫面的品質是沒有影響的；實際上，受到機械結構，制造精度等條件的影響，噴頭數量與打印速度成正比，與輸出畫面品質成反比。分析矩陣式壓電打印機噴頭單元的校準方法，對提高采用無限噴頭并聯技術打印設備畫面輸出品質，促進無限噴頭并聯技術應用具有重要意義。

關鍵詞：矩陣式單元；噴頭并聯結構；噴墨打印機；校準方法

中圖分類號：TS194.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0351-02

1 無限噴頭并聯技術

噴墨打印技術是一種非接觸式的噴墨印刷技術?；趪娔蛴〖夹g的現代化打印設備，為建筑材料、紡織、廣告、皮革、工藝品、印刷包裝等數十個領域提供了豐富的解決方案。隨著市場的發展，設備輸出速度是關系到企業提高產能和提升企業核心競爭力的重要因素，也是市場的內在需求。為此，無限噴頭并聯技術應運而生。無限噴頭并聯技術是指采用集成化管理方式，將一組或多組噴頭以特定方式進行排列和連接，以實現噴頭單元集成化目的，實現高速打印的技術。該結構通過提高單pass噴墨打印的橫向精度和縱向高度，進而提高噴墨打印設備的速度。矩陣式噴頭結構是噴頭無限并聯技術的一種常見形式。根據噴墨控制技術的不同，矩陣式噴頭結構又可分為多pass單元結構和單pass單元結構。本文為方便理解，以多pass單元結構為例論述其校準原理。

多pass單元結構特點，噴頭矩陣方向可向并排（Y軸）或錯排（Z軸）兩個方各無限并聯。作業時，整個矩陣單元整體運動，通過提高橫向精度和縱向高度，進而提高輸出速度。

單pass單元結構特點，以單一顏色為矩陣單元，單一矩陣單元內噴頭可向并排（Y軸）或錯排（Z軸）兩個方各無限并聯。此外，矩陣方向以單一矩陣單元為單位，向并排（Y）方向有限并聯。作業運動時，矩陣單元靜止不動，介質垂直噴頭排列方向運動。

2 噴頭狀態圖原理

以日本東芝（TOSHIBA CE4W1）為例，噴孔列總寬為53.6mm，單排噴嘴數量318個，共2排，合計噴孔為636個。通過計算，我們可以得到噴嘴間距為0.0845mm，每列間距為0.169mm。墨滴大小為6Pl（原生產企業給定參數）。根據噴頭的物理參數，可以制作噴頭的狀態圖。設定噴頭的墨點大小為0.0845mm，水平輸出10根線條，線條水平距離為0，垂直距離為0.169mm；并設定32組這樣的線條，每組線條垂直距離為1.69mm。通過控制噴頭1pass打印，即可輸出噴頭每只噴孔的狀態圖。

3 校準方法及過程

根據噴頭噴孔結構，我們可以設定垂直校準、水平校準等幾組狀態圖，并通過控制噴孔打點，輸出噴頭相應的狀態圖。根據輸出的噴頭狀態圖，我們可以判斷噴頭的物理水平、垂直狀態。我們通過首先確定單只噴頭的物理位置狀態后，以該噴頭為參照物，再來通過狀態圖，判斷其它噴頭與該噴頭之間的物理位置關系。通過物理調節，將多組噴頭連成一體。

（1）高低位。噴頭噴孔的噴射距離與噴頭加載電壓成正比。電壓一定時，噴孔噴射墨滴的距離也是一定的。噴頭與介質的距離越大，墨滴的可控性越差，輸出品質越差。反之輸出品質越好。測試結果表時，噴頭表面與介質的黃金距離為1.5～2.5mm之間。高低位可通過專用調頭板物理限位方法調節。

（2）垂直位。作出兩條豎線狀態圖，通過程序控制噴頭分前后兩段出墨，并通過1pass輸出，即可得到噴頭垂直狀態圖。設定噴頭0點方向為A點，Z軸方向為B點。由于墨滴經由噴孔噴射出來后，隨著噴頭的水平移動，呈自由落體運動狀態。當噴頭處于前高后低或左高右低狀態，或者前左后右，前右后左的狀態時，A點和B點由于距離介質的距離不同，豎線狀態圖會出現左右偏離現象。通過物理調整噴頭狀態，保證豎線上下完全垂直對齊。即可判斷噴頭的垂直位。

（3）并排噴頭垂直位。并排噴頭垂直位的調整方法與基準噴頭的調試方法基本一致。區別在于并排噴頭，不僅要考慮噴頭本身垂直位問題，還要考慮與基本噴頭的前后位問題。根據噴頭特點，我們設計噴頭狀態圖為一組橫向直線，控制噴頭向從左向右運動并單pass輸出，此時基準噴頭和并排噴頭各自會完整輸出一組橫向直線。我們觀察兩個噴頭第一排噴孔各自輸出的直線，當并排噴頭輸出直線與基準噴頭輸出直線完全重合，證明兩個噴頭前后位置無偏差（并排狀態1）。當并排噴頭輸出直線位于基準噴頭上方，說明并排噴頭位于基準噴頭前方。反之，位于后方。

（4）錯排噴頭垂直位。錯排噴頭的校準，不僅要考慮噴頭自身的垂直位關系、考慮噴頭并排噴頭之間的物理位置關系，還要考慮錯排噴頭與基準噴頭之間的物理位置關系。當錯排噴頭與基準噴頭之間的物理位置關系重疊時，兩個噴頭之間狀態圖線條會呈現重疊狀態，打印出來畫面時，重疊部分會比正常位置出墨量大一倍，呈現明顯的重疊線條；當錯排噴頭與基準噴頭之間的物理位置關系過大時，兩個噴頭之間狀態圖線條會呈現露白狀態，打印畫面時也會呈現一條露白線條。

（5）同色校準。同色校準是指不同噴頭的同一種顏色，在打印單元即噴頭左右運動過程中，落到同一位置的校準。當噴頭同色打點位置不準時，畫面的組成顏色會錯位。

（6）各色校準。在印刷色中，畫面的色彩由CMYK四種顏色組成，以其中一種顏色為基準，其它三種顏色與基準色落到同一位置的校準，稱為各色校準。通常情況下，為方便觀察，我們以黑色為基準，通過程序控制，設定其它三種顏色的參數，讓其與墨色打點到同一位置。當噴頭各色打點位置不準時，畫面墨點顆粒感會非常強，畫面顯色十分粗糙。

（7）雙向校準。由于打印單元在作業過程中是始終作左右往返動作。所以，噴頭從右到左運動打點，和噴頭從左到右打點，也需要落到同一位置。當雙向不準時，畫面會左右錯位。通過程序控制，調整噴頭打點起始位置來保證左右打點重合。

（8）步進校準。在多PASS打印過程中，噴頭每打印1pass時，會走紙一次。走紙距離過大時，1pass與下1pass之間呈現露白現象；走紙距離過小時，pass道之間呈現重疊現象；這里需要注意的是，步進的重疊與露白，與噴頭錯排物理位置關系之間的重疊與露白存在區別。步進的重疊與露白是在單pass的邊緣；而噴頭錯排物理位置關系的重疊與露白，是在單pass的中間，因為噴頭錯排通過物理位置校準后，噴頭連成一個整體，單pass的狀態與單噴頭單pass的狀態基本一樣，只是物理寬度增加了。此外，噴頭斷針狀態與步進露白也需要區別開來。

4 結 論

綜上所述，矩陣式噴頭單元的精度與打印單位與介質的距離、噴頭之間的垂直、水平物理位置存在必然的聯系，與同色、各色、雙向打印、進紙步進也存在相應的因果關系。掌握其中原理之后，無限噴頭并聯的校準也迎刃而解。理論上而言，可以將單位噴頭無限并聯，形成一個超級噴頭單元。由于制造精度，如平臺水平程度、橫梁結構水平程度、導軌是否存在角度偏差等諸多方面的因素，當前市場上在多pass技術應用當時，支持最多的噴頭并聯為32支工業頭；超過該數量的噴頭，一般采用單pass并聯技術。此外，無限噴頭的并聯技術，與噴頭本身物理特性也存在一定關系。實際應用過程中，無限噴頭并聯多應用于工業噴頭。

收稿日期：2018-9-23