硕士学位论文--高速工业喷印控制系统研究与开发.pdf

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中国科学院研究生院

硕士学位论文

高速工业喷印控制系统研究与开发

晏于文


指导教师胡琨元研究员博士
中国科学院沈阳自动化研究所
申请学位级别工学硕士学科专业名称模式识别与智能系统
论文提交日期 2012 年 4 月论文答辩日期 2012 年 5 月
培养单位中国科学院沈阳自动化研究所
学位授予单位中国科学院研究生院


答辩委员会主席
Dissertation for the Master’s Degree in Engineering


The Research and Development of
High-Speed Industrial Ink-Jet Printing
Control System



Yuwen Yan


Advisor:Professor Kunyuan Hu


Graduate School of
Chinese Academy of Sciences

April 2012
声明

本人声明所呈交的学位论文是在导师指导下进行研究工
作所取得的成果,相关知识产权属中国科学院沈阳自动化研
究所所有,本人保证将不以其它单位的名义发表或使用本论
文的研究内容。除已注明部分外,论文中不包含其他人已经
发表过的研究成果,也不包含本人为获得其它学位而使用过
的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体,
均已在论文中明确说明并致谢。
作者签名:
日期: 年月日
摘要
摘要
喷墨打印技术具有微滴喷射的高精度、高速、超微细控制等特点,随着导电
有机化合物、纳米金属分散剂等油墨材料的产生,其应用正从商业印刷、影像复
制、广告喷绘等传统领域,向电子制造、陶瓷印花等工业领域拓展。控制系统是
实现高速工业喷印的重要环节,国内在该领域的研究与开发起步较晚,严重阻碍
了新兴印制电子技术的发展和传统工业印刷行业技术水平的提升。因此,研发高
速工业喷印系统及其控制系统,对于提高印刷行业的装备技术水平具有重要意义。
本文首先针对高速工业喷印系统相关技术、产品与应用现状进行了综述,总
结了若干共性关键技术。在此基础上,分析了高速工业喷印系统组成结构、开展
了运动控制方法研究、应用系统开发和调试工作。
针对喷印伺服系统不易建立精确数学模型,而又要求喷印过程中保持喷印速
度平稳,抗负载扰动能力强的特点,提出了一种引入修正因子的模糊自适应 PID
控制器。仿真结果表明,该控制器响应速度快,对负载的大范围扰动有很强的抑
制能力,与采用常规的速度 PID 控制器相比,喷印系统的抗负载扰动能力增强,
喷印速度波动明显减小。
借鉴典型喷印系统的组成结构,设计了面向 PCB 制造的高速工业喷印系统,
该喷印系统能够实现 PCB 字符层、抗蚀刻层以及阻焊层的喷印。在喷印控制系统
的设计中,采用 FPGA 技术实现 SOPC 控制系统,并按照喷印流程,模块化设计
了 FPGA 系统。设计并开发了喷印控制系统的上位机数据处理软件,实现了 Gerber
文件解析及喷印数据的控制。
最后,将喷印控制系统应用于喷印实验平台,并进行 PCB 字符和抗蚀刻的喷
印实验。喷印效果显示该控制系统完全满足 PCB 制造工艺的要求,验证了喷印控
制系统的有效性和可靠性。
本文研究的高速工业喷印控制系统不仅满足 PCB 喷印制造工艺的需要,同时
也可拓展到相关的工业应用领域。本文开展的研究和开发工作,对于提高我具有借鉴意义。

关键词喷墨打印;控制系统;PCB;模糊控制;自适应 PID;
I
Abstract
The Research and Development of High-Speed
Industrial Ink-Jet Printing Control System
Yuwen Yan (Pattern recognition and intelligent systems)
Directed by Prof. Kunyuan Hu
Abstract
Ink-jet printing technology has the characteristics of the aerosol spray
high-precision, high-speed, ultra-fine control, as the pounds,
nano met