[發明專利]均勻充電金屬液滴偏轉距離測控裝置及其測控方法

無效

• 申請號: 200810017356.0
• 申請日: 2008-01-22
• 公開（公告）號: CN101220451A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 齊樂華;羅俊;楊觀;周計明;楊方
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/12;G01C11/04;G01B11/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心
• 代理人: 黃毅新

技術領域

本發明涉及一種均勻充電金屬液滴偏轉距離測控裝置，還涉及利用這種測控裝置測控均勻充電金屬液滴偏轉距離的方法。

背景技術

均勻充電金屬液滴噴射成型方法，使用機械擾動將層流毛細金屬射流離散為均勻的金屬液滴，對噴射的均勻金屬液滴進行有選擇充電，充電金屬液滴通過高壓靜電場發生偏轉，然后在基板上層層堆積從而實現制件的制造。控制微小金屬液滴的精確偏轉沉積能夠為微小金屬制件的低成本高效率加工提供有效的方法。在金屬沉積制造過程中，金屬液滴溫度較高，質量一般為毫克量級，充電電量一般為皮庫量級。工作環境如環境溫度、噴嘴腐蝕情況、充電電場強度、偏轉電場強度的微小變化將會影響金屬液滴的偏轉精度。

參照圖2，文獻“Controlling?Print?Height?in?an?Ink?Jet?Printer，IBM?j.Res.Develop.January1977?21：52-55”公開了一種充電墨滴偏轉距離閉環測量控制系統，該系統包括偏轉電極2、充電電極3、回收槽7、傳感器9、墨滴產生裝置10以及充電調制電路，充電調制電路通過充電電極3對墨滴產生裝置10產生的墨滴流8進行充電，充電墨滴流8經過偏轉電極2產生的高壓偏轉電場時發生偏轉。當墨滴流8穿過傳感器9兩個感應板之間時，傳感器9受墨滴流8上的電量的靜電感應作用，產生一個微弱信號，此信號經過放大和轉換后，與預設偏轉距離情況下，墨滴流8經過傳感器9，傳感器電路檢測的信號進行比較，其差值的調整通過改變墨滴產生裝置10的墨滴噴射壓力來控制墨滴偏轉距離，從而實現對帶電墨滴偏轉距離的控制。文獻利用傳感器測量信號實現了在充電墨滴沉積前對墨滴偏轉距離的校準，從而實現了對墨滴偏8轉距離以及偏轉誤差的測量與控制。但正如文獻中指出的那樣，此種傳感器在使用時，其兩個感應板與被檢測的液滴流的距離很近，只有2.54mm。如果采用這樣的傳感器近距離檢測金屬液滴流的偏轉距離，受傳感器與液滴流之間距離的限制，很容易造成金屬液滴對檢測電路的污染。

發明內容

為了克服現有技術由于傳感器感應板與被檢測的高溫金屬液滴流距離近而導致污染、損壞檢測裝置的不足，本發明提供一種均勻充電金屬液滴偏轉距離測控裝置，采用CCD攝像機結合頻閃光源拍攝偏轉金屬液滴流的瞬間照片，經計算機處理得到偏轉距離，再與偏轉距離預設值比較，其差值數據通過計算機輸出，經D/A轉換后得到一模擬信號，來調整金屬液滴充電電壓，進行均勻充電金屬液滴偏轉距離的監測與控制。

本發明還提供利用這種測控裝置測控均勻充電金屬液滴偏轉距離的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種均勻充電金屬液滴偏轉距離測控裝置，包括偏轉電極、充電電極、回收槽和充電調制電路，其特征在于：還包括光源、圖像采集卡、CCD攝像機、金屬液滴噴射裝置、激振源、電壓調節電路、D/A轉換電路、圖像采集處理模塊以及高壓直流電源，在金屬液滴噴射裝置正下方放置一對充電電極，充電電極的下方是一對偏轉電極，光源放置在偏轉電極下方正對沉積處的金屬液滴流，CCD攝像機對著偏轉電極下方沉積處的金屬液滴流；激振源產生的正弦激振信號驅動金屬液滴噴射裝置產生均勻金屬液滴流，激振源產生TTL信號控制充電調制電路將充電脈沖加載在充電電極的極板上，高壓直流電源給偏轉電極提供偏轉電壓，圖像采集處理模塊通過圖像采集卡控制CCD攝像機與光源同步工作，CCD攝像機將采集到的照片傳給圖像采集處理模塊，圖像采集處理模塊的輸出信號經D/A轉換電路轉換為模擬信號，控制充電調制電路調節充電脈沖的幅值。

一種利用上述測控裝置測控均勻充電金屬液滴偏轉距離的方法，其特點是包括以下步驟：

(a)進行均勻金屬液滴沉積之前，將沉積基板移出沉積范圍，偏轉電極下方放置回收槽；

(b)激振源產生的正弦激振信號，驅動金屬液滴噴射裝置產生均勻金屬液滴流；

(c)激振源產生TTL信號控制充電調制電路將充電脈沖加載在充電電極的極板上，充電脈沖波按單液滴間隔充電的方式通過充電電極極板給均勻金屬液滴流充上電荷，充電金屬液滴隨后在下方偏轉電極的偏轉電場中偏轉；

(d)圖像采集處理模塊通過圖像采集卡控制CCD攝像機與頻閃光源同步工作，抓拍沉積處偏轉金屬液滴流的瞬時照片；

(e)圖像采集處理模塊測量照片中偏轉金屬液滴與未偏轉金屬液滴之間的水平距離，利用插值方法得到金屬液滴的偏轉距離，將此偏轉距離與所設定的距離進行比較得出兩者之間的差值，通過圖像采集處理模塊輸出；

(f)圖像采集處理模塊輸出的差值數字信號通過D/A轉換電路轉換為模擬信號，并傳給充電電壓調節電路；