【工业控制】如何优化波形
00. 目錄
文章目錄
- 00. 目錄
- 01. 概述
- 02. 目標(biāo)
- 03. 起點
- 04. 優(yōu)化脈沖寬度
- 05. 優(yōu)化電壓
- 06. 將頭頂?shù)轿?/li>
- 07. 多脈沖
- 08. 附錄
01. 概述
首先，我們簡要回顧一下其他打印頭和波形文章中討論的內(nèi)容。在下面的示意圖中，我們顯示了電壓脈沖如何導(dǎo)致致動器變形，在噴嘴腔中產(chǎn)生壓力并導(dǎo)致液滴噴射。我們正在優(yōu)化的是脈沖的大小，形狀和間隔，以確保噴射符合我們的目標(biāo)要求。
02. 目標(biāo)
嘗試產(chǎn)生波形的第一步是明確定義目標(biāo)。通常，最重要的目標(biāo)是要確定所需的墨滴大小，墨滴速度和噴射頻率。如果您已經(jīng)知道目標(biāo)規(guī)格，則可以立即開始。如果沒有，那么您將必須進行一些調(diào)查。
如果您是油墨公司，并且要開發(fā)特定的機器，請與您的客戶核對油墨的使用條件。如果您的客戶是設(shè)備制造商，則他們應(yīng)該能夠告訴您所有您需要了解的信息。如果直接賣給用戶，那么也許這些信息不是那么容易獲得，您將不得不更加努力地找出合理的方法。您可以從筆架速度和打印分辨率中了解工作頻率，請記住，如果打印是多次打印，則可能與最終分辨率有所不同。
03. 起點
波形優(yōu)化的第一步是為我們的噴射建立一個合理的基線，以便我們可以使用Dropwatcher查看它。如果可能，一種簡單的方法是從制造商推薦的打印頭或默認(rèn)的單脈沖波形開始。除了典型的脈沖時序外，通常還會有某種校準(zhǔn)電壓（有時稱為“標(biāo)記”電壓）。首先使用它，因為它會產(chǎn)生合理的噴射。對于我們的Dimatix Samba示例，我們將從打印頭用戶手冊中的波形開始：26V振幅脈沖，脈沖寬度為2.18us（包括40V / us的上升時間）。
下一步是使液滴在液滴觀察器的視野中可見。如果可能的話，看面板很重要；如果您了解失敗，它將對理解失敗大有幫助。下圖為Dimatix Samba打印頭提供了理想的視圖。
如果您只是使用注射器注油進行初步測試，則在測試期間最大程度地減少墨水消耗非常有用。以中等頻率（例如8kHz）沿著同一打印頭行噴射約10-20個噴嘴，這使您可以進行一段時間的測試，而無需重新注入液體。
快速測量跌落速度以確保它是合理的，可能為5-6 m / s。即使最終目標(biāo)更高，此設(shè)置通常也可以輕松進行測量而無需過多的衛(wèi)星。如果發(fā)現(xiàn)速度太低，則需要稍微增加脈沖電壓，反之亦然。我們的速度恰好可以接受，而不必修改波形，因此26V是合適的設(shè)置。
04. 優(yōu)化脈沖寬度
波形優(yōu)化的第一步是獲得基本的脈沖形狀，以匹配壓頭和流體組合的聲學(xué)特性。在波形術(shù)語中，我們將從確定適當(dāng)?shù)拿}沖寬度開始。
因為噴嘴的大小和流體性質(zhì)都是固定的，所以我們正在尋找保持噴嘴腔膨脹的時間，以使墨水在噴嘴腔內(nèi)以良好的節(jié)奏來回移動。
通常，脈沖寬度與液滴體積和速度之間存在近似二次關(guān)系。最佳脈沖寬度是將產(chǎn)生最大液滴量和速度的脈沖寬度，因此找到峰值是我們的首要目標(biāo)。確定用于起始波形的當(dāng)前脈沖寬度，并計劃將脈沖寬度從低于建議設(shè)置的50％調(diào)整為高于建議設(shè)置的50％。在每個脈沖寬度處，在距打印頭一致的距離處測量墨滴量和速度。選擇步長大小以提供一些數(shù)據(jù)點，以便您可以構(gòu)建曲線。
對于我們的Samba打印頭，我們將以0.1us的增量自動掃描從1.1us到3.3us的脈沖寬度。通過在每個值處捕獲圖像（使用雙脈沖），我們能夠快速直觀地判斷液滴的速度，并在需要時補充測量值。下圖是使用XSweep和Stitch的組合生成的。
速度曲線的頂部是脈沖的定時，可為您的墨水，打印頭和電子設(shè)備的組合提供最有效的墨滴噴射。有時希望使用比峰值高一點的脈沖寬度，因為它可以幫助衛(wèi)星。獲得一些經(jīng)驗將有助于您做出此決定。選擇脈沖寬度后，將該值編程到波形中，讓我們繼續(xù)前進。
根據(jù)我們的圖像，我們可以看到2.1-2.2us的脈沖寬度似乎產(chǎn)生了最高的下降速度。我們可以說是因為圖像的每個切片是在同一時間拍攝的，并且液滴在這些切片中距離打印頭最遠。如果您還記得，Dimatix Samba手冊中的起始脈沖寬度為2.18us，實際上這似乎是最佳選擇。干得好Dimatix！
節(jié)約時間
與噴墨中的大多數(shù)事物一樣，由用戶來決定采用該方法的精度水平。對于波形優(yōu)化，選擇較小的步長來測試每個參數(shù)將能夠為您提供更精確的結(jié)果。但是，手動進行此分析時，較小的步長意味著進行此測試所需的時間會增加。為了使過程更快，ImageXpert有一個名為XSweep的工具，它將自動調(diào)整波形設(shè)置并為您執(zhí)行測量。
05. 優(yōu)化電壓
現(xiàn)在我們知道正確的時序，我們可以探索電壓與液滴體積和速度之間的關(guān)系。通常，電壓與墨滴量和速度之間存在線性關(guān)系，直至達到極限。通常的權(quán)衡是，增加的電壓還會產(chǎn)生增加的韌帶，因此目標(biāo)是獲得盡可能高的速度，以產(chǎn)生良好的干凈液滴，而不會導(dǎo)致尾巴破裂成衛(wèi)星。
正如我們之前對脈沖寬度所做的那樣，讓我們嘗試一系列電壓并測量每個電壓的下降速度。同樣重要的是，還要注意液滴的數(shù)量和衛(wèi)星的形成，因為這會影響我們的決策。我們目前的目標(biāo)是確定電壓設(shè)置，以使我們在沒有太多衛(wèi)星的情況下達到我們的目標(biāo)體積和速度。使用我們的Samba，我們將以0.5V的增量自動掃描21V-31V的電壓。輸出如下所示。
再次，結(jié)果似乎與理論相符。下降速度隨電壓線性增加，直到引入衛(wèi)星為止。讓我們選擇一個比產(chǎn)生衛(wèi)星的電壓低一點的電壓，然后進行測量。
現(xiàn)在，我們知道使用這些設(shè)置的波形將產(chǎn)生的液滴量和速度，并將其與我們的目標(biāo)進行比較。但是，我們的工作尚未完成。
06. 將頭頂?shù)轿?/h2>
既然您已經(jīng)改善了脈搏，并且可以產(chǎn)生您一直在尋找的速度，那么現(xiàn)在該是將頭部更用力地推動并提高頻率的時候了。這將測試我們到目前為止構(gòu)建的波形在目標(biāo)頻率下是否表現(xiàn)良好，以及是否有任何需要避免的斑點。如果您已經(jīng)知道關(guān)鍵的目標(biāo)頻率是多少，那么只需查看那里的噴射就可以節(jié)省一些時間，但不要忘記也包括次諧波。這樣可以確保，如果在渲染和打印圖像期間調(diào)整墨滴間距，則波形仍將表現(xiàn)良好。
我們認(rèn)為通常最好是盡可能多地了解整個頻率空間。您已經(jīng)設(shè)置了系統(tǒng)，并且您永遠不知道客戶何時會要求以其他頻率使用該墨水。除了XSweep，Imagexpert還提供了“頻率掃描附件”，以幫助加快處理速度。這將自動掃描一定范圍的頻率并收集數(shù)據(jù)，這對于較高頻率的打印頭特別有用。下圖是我們的Samba波形以1 kHz的步進在1 – 30kHz處噴射。
幸運的是，在這個范圍內(nèi)，我們的液滴形成看起來相當(dāng)不錯。這是另一個講述不同故事的例子。
請注意，直到大約19 kHz時，噴射是一個恒定的速度，然后速度達到峰值嗎？除了增加速度，我們還看到韌帶長度增加和衛(wèi)星形成。如果您從我們之前的波形文章中回想起，這就是共振。在19 – 24 kHz時，波形脈沖之間的時間間隔是這樣的：通過從噴嘴前的脈沖中殘留的動量，將脈沖放大。有了這些知識，您就可以修改系統(tǒng)的設(shè)計，以避免該頻率或?qū)υ摲秶褂貌煌牟ㄐ巍?/p>
如果結(jié)果不理想怎么辦？
如果您創(chuàng)建的波形在目標(biāo)頻率下表現(xiàn)不佳，請選擇較低的電壓，然后重試。這是一個反復(fù)的過程，您可能需要對脈沖寬度和電壓進行細(xì)微更改，然后重復(fù)進行操作才能獲得所需的結(jié)果。這是自動化派上用場的地方。如果您似乎無法使液滴的體積或速度足夠高，則多脈沖可能會有所幫助。
07. 多脈沖
當(dāng)在波形中使用多個脈沖來產(chǎn)生墨滴時，我們將其稱為多脈沖。不要將其與灰度相混淆。我們?nèi)匀恢划a(chǎn)生一個液滴大小，我們只是使用多個波形脈沖來實現(xiàn)。如果單個脈沖不能噴射足夠的墨水，則多脈沖可用于增加噴射液滴的體積。
如果要使用多個脈沖來產(chǎn)生較大的墨滴，則必須先了解墨水在打印頭中移動的基本時機。為此，我們創(chuàng)建了兩個相同的脈沖，并希望根據(jù)它們之間的間隙來觀察噴射過程，如下所示。在正確的時機，第二個脈沖將增加噴嘴中墨水的動量，一旦噴射，我們將看到更快的下降。
讓我們復(fù)制之前創(chuàng)建的優(yōu)化脈沖，并調(diào)整這兩個脈沖之間的間隔，并分析每個步驟的噴射。一個好的起點是將間距從最小允許值更改為每個脈沖的脈沖寬度的兩倍。最好的測量方法是查看第二個液滴的速度（如果有的話），因為第二個液滴的速度對由第一個脈沖引起的壓力波動非常敏感。在某些噴頭/墨水組合中，如果脈沖間隙較小，則液滴很可能在您有機會對其進行測量之前就已經(jīng)融合了，而在其他情況下，第二次噴出可能是沿著第一個韌帶的隆起。重要的是找到可以測量的液滴以最快的間距。行為的峰值就是頭部共振所在。
當(dāng)我們復(fù)制優(yōu)化的Samba脈沖并以0.1us的步長將脈沖間隔從1.4us掃描到3.2us時，我們產(chǎn)生了以下圖像。很明顯，第二次下降的速度最高，這就是我們的共振周期。
現(xiàn)在我們知道了諧振周期，我們可以建立一個使用它的波形。唯一要記住的是，如果您要一個接一個地堆疊脈沖，那么考慮電壓幅度很重要，否則您將最終的噴射速度推得很高。正如我們之前討論的那樣，這對于噴嘴潤濕和人造衛(wèi)星通常是一件壞事。因此，考慮到這一點，您可以從類似這樣的步驟開始以獲取目標(biāo)墨滴大小。
進行多脈沖做灰度
正如我們已經(jīng)提到的，灰度級的主要區(qū)別在于能夠改變打印圖像上每個像素處的墨滴大小。這意味著您需要選擇用于每個灰度級的波形脈沖，以獲得所需的墨滴大小。實現(xiàn)此目的的第一步是將波形分成可以由打印控制器選擇的段。然后，您必須將正確的段關(guān)聯(lián)到灰度級。
就像脈沖形狀本身一樣，該部分也非常取決于您的系統(tǒng)，尤其是允許您編輯波形“形狀”的軟件。使其可視化的最簡單方法（因此經(jīng)常在該主題的專利中使用）是使用分隔符對波形進行成像，然后有一張表格告訴您在每個級別中使用了哪種波形。我們在下面針對單個5脈沖示例進行了繪制。
之所以選擇5個脈沖作為3個級別，是因為它很好地展示了可能的高度靈活性，其中包括脈沖不必相同或振幅呈線性的事實（就像我們的第一個示例一樣）。要記住的一件事是，無論選擇哪種灰度，可以使用的最大頻率將是完成整個波形所需時間的倒數(shù)。
通常，存在與脈沖之間的閉合程度相關(guān)的規(guī)則，以使電子板有時間在波形段之間切換。大多數(shù)優(yōu)秀的波形編輯器都會告訴您是否會出現(xiàn)問題。
現(xiàn)在，您可以調(diào)整波形段的單個脈沖寬度，電壓和脈沖間隔，以得到與目標(biāo)相匹配的墨滴量和速度。具有在同一視場中將不同大小的液滴彼此相鄰放置的圖像非常有用，因此您可以研究更改對所有灰度級的影響。此圖像在一個視場中顯示三種不同的灰度級。
先進的波形設(shè)計
例如，多脈沖方法還可用于控制噴嘴板潤濕或影響韌帶折斷。如下所示，多余的脈沖可以在主噴射脈沖之前或之后出現(xiàn)。實施更高級的波形技巧的技巧很難系統(tǒng)化，但是我們希望確保您知道這些事情是可能的。
一些磁頭制造商將另一種標(biāo)準(zhǔn)方法稱為雙極性脈沖。該術(shù)語來自使用正負(fù)放大器同時在兩個方向上驅(qū)動PZT的磁頭。這樣的系統(tǒng)的優(yōu)點是可以從較低的總電壓獲得更有效的液滴噴射，但是它還允許在任何方向上對脈沖進行編程，以控制噴射后的壓力變化。由于雙極性功能使電子設(shè)備更加復(fù)雜，因此可以使用單極電路（僅正電壓或負(fù)電壓）使用非零的靜止電壓來重新產(chǎn)生效果。我們嘗試用下圖說明差異，該圖取自兩家主要磁頭制造商的最新專利。左側(cè)的圖像是雙極性波形，
在這兩種情況下，波形都比我們前面所述的一系列簡單梯形更多。生成更多任意形狀所需的方法不同于脈沖的高度和寬度。通常，現(xiàn)在波形是由段在給定時間內(nèi)從一個電壓變?yōu)榱硪粋€電壓來定義的。需要一些特定的電子設(shè)備，并且這可能是特定于供應(yīng)商的。在以后的文章中可能會詳細(xì)介紹使用這些技術(shù)優(yōu)化波形。
08. 附錄
參考：https://imagexpert.com/how-to-optimize-a-waveform/
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的【工业控制】如何优化波形的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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