СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ДОЗИРОВАННЫХ КОЛИЧЕСТВАХ НА ЛИСТОВОЙ МАТЕРИАЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК D06B1/02 D06B11/00 

Изобретение относится к способам и устройствам для подачи текучей среды на листовой материал в дозированных количествах.

Известны способ и устройство для подачи жидкой среды к тканевому или листовому материалу, в частности для нанесения рисунка на ткань или стеганый материал типа ковровых тканей или плиток. Устройство содержит расположенные в ряд сопла, каждое из которых управляется электромеханическим клапаном. На материал, движущийся под соплами, выбрасываются капельки жидкости, причем открывание и закрывание сопл осуществляется под управлением от компьютера. Для нанесения красок нескольких цветов предусматривается несколько таких рядов.

Сопло состоит из пустотелой иглы или капиллярной трубки с диаметром внутреннего канала 0,2-2 мм, откуда импульсами длительностью 0,5-15 миллисекунд выстреливается жидкость, длительность импульсов варьируется в зависимости от таких параметров, как давление жидкости и ее вязкость, скорость продвижения материала и размер площади, которую надо закрыть каждым импульсом.

Хотя устройство в полной степени подходит для нанесения рисунков, обычно имеющихся на коврах и ковровых плитках, делая это с приемлемой скоростью в сравнении с иными типовыми способами нанесения рисунков на подобные изделия, его весьма трудно применить, когда надо наносить мелкие детали, которые должны присутствовать на одежных тканях, а также на некоторых видах бытовых тканей, применяемых для изготовления занавесей, обивок и т. д. кроме того, известное устройство не может работать со скоростями, соизмеримыми с типовыми скоростями окрашивания подобных тканей.

В изобретение входит способ подачи жидкости в дозированных количествах, при котором подводят сжатую текучую среду к клапану с капиллярным выпуском, содержащему клапанный конец и подающий конец и управляют открыванием и закрыванием клапана для допуска к клапанному концу последовательности из дискретных количеств текучей среды, за счет чего из подающего конца клапана выбрасывается подобная последовательность, причем клапан открывается лишь на продолжении интервала времени, лежащего в пределах диапазона временных интервалов, при которых количество текучей среды, допускаемое в клапан, и количество, выбрасываемое из капиллярного выпуска, линейно зависит от интервала времени.

Кроме того, в изобретение входит способ подачи текучей среды в дозированных количествах из множества капиллярных выпусков, которые могут иметь различные характеристики. Согласно способу подводят сжатую текучую среду к клапанам для капиллярных выпусков, причем у каждого из них имеется клапанный конец и подающий конец, и управляют открыванием и закрыванием клапанов для допуска к клапанным концам последовательностей из дискретных количеств текучей среды, за счет чего из подающих концов клапанов выбрасываются подобные последовательности, причем клапаны открываются лишь на интервалах времени, на которых количество текучей среды, поступающей в клапаны и соответственно выбрасываемой из капиллярных выпусков, не зависит от характеристик капиллярных выпусков.

Объем упомянутых дискретных количеств может составлять 0,01-0,05 микролитра.

Далее в изобретение входит способ нанесения текучей среды, например красителя, на тканое полотно, при котором дозированные количества текучей среды выбрасываются через множество клапанных капиллярных выпусков рассмотренным выше путем. Упомянутые выпуски могут быть разнесены друг от друга с тем, чтобы наносить текучую среду на полотно линиями, разнесенными по 30 на см. Выпуски могут размещаться ступенчато относительно движущегося полотна с тем, чтобы разнос между линиями нанесения текучей среды на полотно был плотнее, чем расстояние между смежными выпусками.

В изобретение также входит способ нанесения текучей среды, например, на текстильное полотно, при котором краситель наносят избирательно из выпусков в виде капелек объемом 0,01-0,05 микролитра, причем размещение и управление выпусками производят так, чтобы капельки поступали при плотности 1 000 000 капелек на 1 м².

Скорость поступления дискретных количеств может составлять 2500-4000 м в 1 с. Текучая среда может содержать жидкость малой вязкости.

Устройство для нанесения текучей среды на полотно содержит подвод сжатой жидкости к множеству клапанов с капиллярными выпусками, образующими ряд и средство для относительного перемещения полотна и упомянутого ряда выпусков, размещенного под углом к направлению относительного движения с тем, чтобы наносить текучую среду на полотно плотней в сравнении с расстоянием между соседними выпусками.

Согласно с другим аспектом изобретения устройство для нанесения жидкости на полотно содержит плату с капиллярными выпусками, размещенными по одной ее кромке и соединенными со впуском через клапаны, установленные на этой плате. Плата может иметь слоистую конструкцию, причем капиллярные выпуски образуются канавками между обращенными друг к другу элементами платы. Конструкция может быть в основном симметричной относительно центральной плоскости, обеспечивая на одной упомянутой кромке два ряда из выпусков. Клапаны могут электрически управляться и устанавливаться на печатной плате. В состав клапанов могут входить поршни или мембраны.

Плату можно установить с возможностью быстрого снятия и замены на основании, предназначенном для монтажа платы близ относительно движущейся ткани.

У платы может иметься впускной коллектор для текучей среды, а между коллектором и выпусками могут монтироваться клапаны. Клапаны могут размещаться группами на ответвлениях коллектора, причем они могут размещаться группами по четыре, когда каждая группа имеет квадратную конфигурацию, а клапаны удерживаются на плате с помощью торцевой крышки, закрывающей эту группу, и крепятся к плате центральной крепежной деталью. Сама плата может быть двусторонней, тогда впускной коллектор является центральным, а клапаны размещаются по противоположным поверхностям.

В устройстве может содержаться средство управления, управляющее работой клапанов, причем у каждого клапана может иметься привод с двумя логическими состояниями "0" и "1", клапанное селекторное средство, приписывающее приводам соответствующие логические состояния, и пусковое средство, одновременно передающее пусковой сигнал на все клапаны платы, тогда в действие вступают лишь клапаны, приводы которых находятся в логическом состоянии "1", а клапаны, приводы которых находятся в логическом состоянии "0" не срабатывают по поступлении этого сигнала.

Для соединения клапанных приводов с клапанным селекторным средством могут применяться оптоизоляторы.

В устройстве для каждого ряда капиллярных выпусков может содержаться плата, где находится упомянутый ряд капиллярных выпусков и клапанов, и клапанное приводное средство для них, а также блок обработки для упомянутой платы, содержащей клапанное селекторное средство. В состав блока обработки может входить транспьютор.

В состав первичной системы, осуществляющей охват любой полезной ширины, входят несколько подобных плат, она также содержит управляющий компьютер, подающий команды на формирование рисунка к блокам обработки соответствующих плат.

На фиг. 1 изображена вертикальная проекция с частичным разрезом одного из вариантов реализации устройства; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вид по линии Б-Б на фиг.1 (в более крупном масштабе); на фиг.4 - разрез, аналогичный виду на фиг.3, где показаны отличия клапана другого типа; на фиг.5 - мембрана клапана по фиг.4, вид спереди; на фиг.6 - горизонтальная проекция установки для нанесения рисунка на ткань; на фиг.7 - принципиальная схема управляющей установки; на фиг.8 - схема соединений с платами.

В состав устройства, изображенного на фиг.1-6, входит подвод 11 для сжатой жидкости, по которому она поступает к множеству клапанов 12 с капиллярными выпусками 13, заканчивающимися в одном ряду, и средство 14 (фиг.6) для продвижения полотна 15 под упомянутым рядом из выпусков 13. Ряд из выпусков 13 размещается под углом к направлению движения ткани с тем, чтобы наносить жидкость на полотно плотней, чем расстояние S между смежными выпусками 13 (фиг.1). Выпуски 13 размещаются по одной кромке 16 платы 17. Клапаны 12 установлены на плате 17, выполненной в виде слоистой конструкции, при этом капиллярные выпуски 13 образованы канавками между обращенными друг к другу элементами. Конструкция платы симметрична относительно центральной плоскости 18 (фиг.2-4), и на кромке 16 предусмотрено два ряда выпусков 13. Клапаны 12 управляются электрически, стоят на печатных платах 19, образующих внешние слои ламината, где также проходят печатные проводники, соединяющие клапаны 12 с разъемами 21 на кромке 22 противоположной кромке 16. В варианте реализации по фиг.1-2 печатные платы 19 лежат на пластинах 23 из синтетического материала, на которых имеются выемки 23 а, куда винтами 24 крепятся клапаны 12, причем винты размещаются по центру крышек 25 и каждая крышка 25 закрывает группу из четырех клапанов. С каждой стороны платы 17 размещается шестьдесят четыре клапана 12. В качестве разъемов 21 применены разъемы на 65 контактов, при этом 64 из них заняты под линии управления и один является общим. Клапаны 12 посажены во вкладыши 26, выполненные, например, из эластомера. У них имеются впускное 27 и выпускное 28 отверстия соответственно, при этом отверстие 27 соединяется с каналом 29, образованным неглубокой канавкой 31 в пластине 23, лежащей против центральной алюминиевой пластины 32 ламината. Канал 29 соединяется с подводом 11 по впускному коллектору 33 на кромке 22 платы 17.

В нормальном состоянии выпускное отверстие 28, расположенное по центру вкладыша 26, закрыто поршнем 34 клапана 12, оно открывается в капиллярный канал 35, образованный канавкой 36 у центральной пластины 32. Сменное эластомерное седло клапана 12 на вкладыше 26 выполнено таким, что там остается кольцевое пространство 37, оно в случае подъема поршня 34 с седла на выпускном отверстии 28 соединяет оба отверстия, и подвод сжатой жидкости соединяется с капиллярным выпуском.

На фиг.4 и 5 изображена конструкция, где использован мембранный клапан, причем мембрана 41 представляет собой диск с пазами 42, благодаря которым центральный участок 43 соединяется с внешним кольцевым участком 44 упругими перемычками 45. В нормальном состоянии центральный участок 43 закрывает отверстие 28 в выемке 46 в алюминиевой пластине 47, куда садится клапан, и поднимается оттуда под действием стального поршня 48 при возбуждении соленоида 49. По другую сторону от клапана у алюминиевой пластины 47 имеется плоская поверхность, напротив которой лежит вытравленная никелевая пластинка 50, находящаяся по центру ламинированной сборки и каналами 51 представляющая капиллярные выпуски.

Клапаны любого из рассмотренных типов могут работать на очень больших скоростях, вплоть, например, до 6000 Гц, обладая значительной долговечностью, обеспечивающей один миллиард циклов в неделю при использовании на продолжении 2-3 лет. Например, суммарный изгиб центральной части 43 мембраны 41 может составлять 0,12 мм. Обычно капиллярные выпуски, образованные каналами 35 и 51, имеют поперечное сечение приблизительно 0,1 мм² или сходятся на конус, заканчиваясь пустотелой игольной вставкой со значительно меньшим внутренним поперечным сечением. Если капилляры сходятся на конус с меньшим поперечным сечением, то можно обойтись без игольной вставки. Применение столь узких проходов приводит к получению значительного сопротивления течению жидкости, в особенности жидкостями, обычно применяемым в текстильной промышленности для нанесения рисунка. В их состав могут входить пигментные пасты и они обладают значительной вязкостью при сильном трении со стенками проходов. Подобная конструкция означает, что проходы будут иметь различную длину и, следовательно, различную степень сопротивления течению.

Если прежде на движущейся ткани надо было проводить две сплошные линии, то в два капиллярных выпуска непрерывно подают жидкость за счет открывания соответствующих клапанов и если один из выпусков оказывался существенно длинней другого, то в результате он давал более слабую линию, поскольку увеличенное сопротивление приводило к ослаблению потока. Однако обнаружено, что при данном давлении в подводе, данной конфигурации капиллярных выпусков и данных свойствах жидкости существует некоторый диапазон продолжительности открывания клапана, на котором подача жидкости из капиллярного выпуска линейна по отношению к продолжительности открывания клапана, не зависит от длины клапанного выпуска. Следовательно, когда клапаны работают короткими импульсами, подавая сжатую жидкость к капиллярным выпускам лишь на протяжении коротких отрезков времени, то каждый клапан подает точно одинаковое количество жидкости за один импульс вне зависимости от протяженности выпуска от клапанного конца до выпускного. Поэтому подобная конструкция с высокочастотными клапанами обеспечивает не только высокое разрешение вдоль и поперек движущейся ткани, но и обеспечивает очень равномерную по-дачу жидкости вне зависимости от положения выпускного конца капилляра относительно клапана. Если продолжительность каждого импульса находится в пределах диапазона, где обеспечивается линейная подача жидкости, то можно осуществлять управление подачей, меняя длительность импульсов. Однако с точки зрения управления проще устроить так, чтобы импульсы имели одинаковую длительность, а для управления подачей жидкости регулировать их частоту. Расстояние между импульсами должно быть настолько близким, чтобы последовательные импульсы не оставляли пробелов между капельками жидкости при нанесении на поверхность ткани, либо наоборот, чтобы при выбранной максимальной частоте импульсов капельки воздействовали на смежные участки ткани.

Рассматриваемые конструкции позволяют разместить траектории капелек настолько близко друг к другу, что при нанесении жидкости на ткань не остается пробелов, при этом ступенчатое размещение наряду с максимально возможной частотой импульсов обеспечивают настолько высокое разрешение, что могут соперничать с трафаретной печатью с сеткой 80 меш по тонкости деталей. Ступенчатое размещение повышает точность расстояния между траекториями капелек, и любые конструктивные погрешности уменьшаются в значительной степени благодаря расположению плат под углом, в особенности под очень острыми углами между кромками плат и направлением движения ткани. Например, на двусторонней плате длиной 269 мм и шириной 40 мм (по крышкам на клапанах) можно в два ряда разместить 128 капиллярных выпусков. Если семьдесят пять подобных плат разместить бок о бок, когда каждая плата сориентирована под углом 8^о 50' к направлению движения ткани (фиг.6), то можно охватить ткань шириной в 3 м 9600 выпускными отверстиями.

Подобная конструкция эквивалентна одной трафаретной сетке и занимает приблизительно столько же места, сколько вращающаяся сетка, благодаря чему такую конструкцию можно встроить в имеющуюся машину трафаретной печати вместо сетки. В печатной машине может иметься столько таких конструкций, сколько цветов должно быть впечатано.

В обычном рисунке из повторяющихся узоров содержится 4-5 миллионов точек, распределенных по различным цветам (2-24), при этом частота получения точек составляет 4000 точек в 1 с. Отсюда вытекает необходимость в сверхбыстрой параллельной подаче команд на клапаны от управляющего устройства.

В состав управляющего устройства для каждой платы (фиг.7) входит одноплатный блок центрального процессора 71 (СРU), плата со схемами фиксации на транзисторно-транзисторной логике 72 (ТТЛ) и плата клапанных приводов 73.

Центральный процессор 71 содержит одноплатный компьютер на транспьютере с постоянной и оперативной памятью, снабжен адресной шиной 74 с адресными регистр-фиксаторами 75а, информационной шиной 76 и трактами ввода и вывода сигналов управления 75в и 75с. Центральный процессор 71 предназначен для управления синхронизацией и последовательностью срабатывания клапанов одной цветности. Рисунок загружается из стандартного компьютера вместе с такими командами, как старт, стоп, и т.д. Для получения шага в 80 меш в продольном направлении временной интервал между срабатыванием клапанов делают зависимым от скорости движения ткани. Одним из методов управления синхронизацией является подача сигнала от тахометра (кругового датчика положения вала), скрепленного с приводным ремнем.

После загрузки рисунка он хранится в оперативной памяти центрального процессора, а при необходимости - в блоках расширения памяти (не показаны).

На каждой плате со схемами фиксации ТТЛ 72 имеется микросхема адресного дешифратора 77. Эта плата соединяется с центральным процессором объединительной платой 78 (фиг.8) и разъемами объединительной платы 79 с адресной шиной 74 на 32 разряда с информационной шиной 76 на 32 разряда и с шиной сигналов управления 76а. Каждая плата 72 соединяется с платой клапанных приводов 73 пятью 34-проводными кабелями 80, по каждому из которых поступает 32 информационных разряда и две силовые линии.

На каждой плате клапанных приводов 73 имеются оптоизолятор 81, формирователь по схеме Дарлингтона 82 и обмотка 83 для каждого клапана на плате 17.

Клапан переходит во включенное или выключенное состояние по подаче сигнала с ТТЛ-уровнем на базу формирователя 82, собранного с открытым коллектором по схеме Дарлингтона, он может коммутировать напряжение в 80В при токе 0,3 А в обмотке клапана 83. При ширине ткани в 2 м и расширении 80 меш применяется 6300 клапанов. Размерность информационной шины 76 транспьютера 75 составляет 32 бита и потому при необходимости одновременного срабатывания всех клапанов информации по срабатыванию одного клапана (1 бит) мультиплексируется пакетами по 32 за 1 раз. По приходе информация фиксируется, дальнейшее ее прохождение блокируется до тех пор, пока не будет зафиксирована информация у всех клапанов и не наступит точный момент срабатывания. В этот момент на все фиксаторы 84 поступает сигнал разрешения и каждый формирователь по схеме Дарлингтона 82 в зависимости от логического уровня на выходе фиксатора 84 либо сработает и по обмотке 83 потечет ток, либо останется в прежнем состоянии. На фиксатор 84 и предшествующие ему схемы с одной стороны и формирователь Дарлингтона 82 с другой стороны поступает питание от разных источников. При одновременном срабатывании всех клапанов из катушки 83 потребляют приблизительно 2000 А при напряжении 80 В и частоте более 1,5 кГц. Поэтому применяется отдельная микросхема регистр-фиксатора 84, выходной сигнал которой поступает на микросхему оптической развязки 81, откуда он уже идет на формирователь Дарлингтона 82. На каждой плате содержится шестнадцать микросхем регистр-фиксаторов, обеспечивающих управление 128 формирователями. На каждой плате клапанных приводов 73 содержится 32 счетверенных микросхемы формирователей Дарлингтона 82 и 32 счетверенных микросхемы оптоизоляторов 81. Нанесение рисунка на ткань при шаге 80 меш производится открыванием и закрыванием клапанов, меняющихся по мере продвижения ткани.

Нанесение рисунка регулируется главным компьютером, а также отдельными контроллерами для каждого цветового тракта. Главный компьютер предназначен для подачи команд и загрузки рисунков в контроллер каждого цветового тракта. В качестве программного обеспечения на главном компьютере применяется программа организации сопряжения человек-машина и программы трансляции рисунка. Программа организации сопряжения позволяет операторам загружать рисунки, запускать, останавливать и прекращать печать и т.д. В программах трансляции рисунка учитывается построение рисунка, содержащееся либо в составном файле, либо в отдельных цветовых файлах и транслируется в файл битовой комбинации для каждого цветового тракта. На первой части процесса трансляции рисунок разделяется на пространственный битовый рисунок для каждого цвета. На второй части процесса этот рисунок преобразуется в последовательность срабатывания клапанов с учетом того, что клапаны размещаются не по прямой вдоль ткани. Если протокол обмена известен, то первая часть программного обеспечения трансляции может работать от любого источника данных, например цветовой сканер может осуществлять сканирование и ввод фотографии, картины, документа и т.д. Главный компьютер также может применяться для регистрации ошибок и диагностики неисправностей. Раздельные пространственные битовые рисунки каждого цвета также могут использоваться в сравнительно простой системе анализа изображений при сравнении готовой окрашенной ткани с исходным рисунком как средство контроля качества и для выявления дефектных клапанов.

Основное преимущество предлагаемой системы в сравнении с типовой трафаретной и ротационной печатью о том, что рисунки и цвета можно менять за счет изменения программного обеспечения, не останавливая машины, благодаря чему происходит значительное увеличение эффективности работы машин (30-50% у типовых машин до ≈95% по изобретению), поскольку имеется средство для проведения коротких прогонов, не мешающее долгосрочному производственному процессу.

Поскольку запас жидкости в системе очень мал, то смену цвета можно легко и быстро осуществлять с использованием малых количеств промывной воды при очень малых отходах и стоках.

Использование: для струйной печати на текстильных тканях. Сущность изобретения: дозированные количества какой - либо текучей среды, например красителя, подают в виде последовательностей из дискретных небольших количеств через капилляры в платах, которые могут размещаться под углом к движущейся ткани для получения более мелкого шага. Поперек пути ткани проходит несколько таких плат и по команде от компьютера краситель выбрасывается из капилляров для получения любого желаемого рисунка. Каждый ряд плат может заменить типовую трафаретную сетку в машине многокрасочной печати. 2 с. и 25 з.п. ф-лы, 8 ил.

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ В ДОЗИРОВАННЫХ КОЛИЧЕСТВАХ НА ЛИСТОВОЙ МАТЕРИАЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.