宽幅数字喷印设备运动控制及RIP研究

论文摘要

宽幅数字喷墨打印机是一种典型的机电一体化喷印设备,系统结构较复杂,技术难度较大,涉及到机械,电力电子,电机拖动,图像处理,数据通讯等学科领域。随着社会的发展,大幅面喷印产品的应用领域不断拓展,需求不断扩大,使用越来越广泛,市场前景看好。研究与开发高性能,高性价比的宽幅数字喷印设备具有十分重要的意义。针对目前国内外宽幅数字喷印设备在运动控制和光栅图像处理器(RIP)方面存在的不足以及未来宽幅数字喷印设备相关技术的发展方向。本文结合宽幅数字喷印设备研制项目(重庆市科技攻关计划资助项目),在分析宽幅数字喷印设备机械结构,工作原理和工作流程的基础上,研究与设计了基于FPGA和MC33035的运动控制系统,分析了光栅图像处理器的关键环节技术。最终设计完成了一台高性能,高性价比的宽幅数字喷墨打印机样机。本文研究了目前主流宽幅数字喷墨打印机的走纸机构,送纸机构(走纸机构辅助机构),字车机构的机械结构和运动控制需求,给出了走纸机构和字车机构的运动控制方案与控制策略。针对走纸机构完成了走纸步进电机的细分驱动设计,加减速控制设计。针对字车机构,完成了字车无刷直流电机的加减速控制设计,速度反馈的PID控制设计。本文分析了宽幅数字喷墨打印机RIP的作用,工作原理以及其涉及到的三个关键环节技术:数字图像分色技术,数字图像放大技术,数字图像半调技术。针对数字图像分色技术,设计了基于ICC Profile的数字图像分色方法,并对分色后的图像使用三次样条曲线进行颜色调整和饱和度校正。针对数字图像放大技术,设计了基于三次卷积插值的数字图像放大方法,并对该算法进行了性能和速度方面的优化。针对数字图像半调技术,设计了基于有序抖动模板矩阵的数字图像半调算法,并考虑了C,M,Y,K颜色分量的网屏角度问题。喷印实验表明,本文设计的基于FPGA和MC33035的运动控制系统运行稳定可靠,能够满足宽幅数字喷墨打印机喷印作业的苛刻要求,设计的RIP性能表现良好,达到了预期目标,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文课题背景
• 1.2 论文相关领域发展和研究现状
• 1.2.1 国内外宽幅数字喷印设备的研究现状
• 1.2.2 FPGA 及其技术
• 1.2.3 RIP 及其技术
• 1.3 论文的研究目和意义
• 1.4 论文的主要任务
• 2 总体方案设计
• 2.1 系统结构及工作原理分析
• 2.1.1 宽幅数字喷墨打印机系统组成结构
• 2.1.2 宽幅数字喷墨打印机工作原理与过程
• 2.2 设计指标的分析与制定
• 2.3 运动控制系统总体设计
• 2.4 RIP 总体设计
• 2.5 本章小结
• 3 运动控制系统设计
• 3.1 走纸机构运动控制系统设计
• 3.1.1 走纸机构驱动设计分析
• 3.1.2 喷印模式分析与走纸机构周期步进距离计算
• 3.1.3 走纸步进电机的细分驱动设计
• 3.1.4 走纸步进电机的加减速控制设计
• 3.2 字车机构运动控制系统设计
• 3.2.1 字车机构驱动设计分析
• 3.2.2 字车无刷直流电机的加减速控制设计
• 3.2.3 字车无刷直流电机的PID 控制
• 3.3 电机控制系统的软硬件设计
• 3.3.1 走纸步进电机控制系统硬件设计
• 3.3.2 走纸步进电机控制系统软件设计
• 3.3.3 字车无刷直流电机控制系统硬件设计
• 3.3.4 字车无刷直流电机控制系统软件设计
• 3.4 本章小结
• 4 RIP 设计
• 4.1 数字图像分色技术
• 4.1.1 图像颜色模型及色彩空间转换
• 4.1.2 基于ICC Profile 的图像分色方法
• 4.2 数字图像放大技术
• 4.2.1 常见图像插值算法与插值原理
• 4.2.2 基于三次卷积插值的图像放大方法
• 4.3 数字图像半调技术
• 4.3.1 常见图像半调算法与半调原理
• 4.3.2 基于有序抖动模板矩阵的图像半调方法
• 4.4 本章小结
• 5 样机安装与调试
• 5.1 样机安装与标定
• 5.2 整机性能测试
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目