噴碼機(jī)的研究與應(yīng)用

樊留強(qiáng)　惠延波

摘要：隨著科技和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，噴碼技術(shù)得到快速發(fā)展，國內(nèi)對(duì)噴碼機(jī)的需求越來越多。本文對(duì)噴碼機(jī)的基本原理與系統(tǒng)進(jìn)行闡述，介紹了噴碼機(jī)的種類和相關(guān)技術(shù)以及噴碼機(jī)系統(tǒng)在包裝、產(chǎn)品、管理方面的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：噴碼機(jī)；應(yīng)用；趨勢

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-3044（2016）24-0219-02

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國內(nèi)對(duì)噴碼機(jī)的需求越來越多，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品信息的標(biāo)注和要求越來越高，一些法律法規(guī)也有相應(yīng)的規(guī)范和管理。噴碼技術(shù)作為標(biāo)識(shí)及識(shí)別技術(shù)的一種，可用于噴印生產(chǎn)日期、批號(hào)、條形碼及防偽標(biāo)記、中文字樣、商標(biāo)圖案，具有標(biāo)識(shí)清晰、不易磨損、適合高速生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于食品、飲料、酒類及醫(yī)藥、車輛等行業(yè)[1，2]，對(duì)生產(chǎn)和管理具有促進(jìn)和發(fā)展的作用，同時(shí)也會(huì)增加產(chǎn)品的附加值，樹立產(chǎn)品形象，提高市場競爭力。國外品牌如美國偉迪捷公司、英國多米諾公司、法國依瑪仕公司、日本日立公司等企業(yè)生產(chǎn)的噴碼機(jī)已廣泛應(yīng)用于食品、飲料等行業(yè)并占有中國一半以上的噴碼機(jī)市場。歐洲的噴碼機(jī)市場在進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后便保持著每年15%-50%的年增長率，最近幾年也保持著10%左右的高速發(fā)展水平，而中國近年來的噴碼機(jī)市場年增長率也在30%左右[3]。目前國內(nèi)規(guī)模較大的公司有北京科諾華、北京金諾、上海鐳德杰等，高校研究和企業(yè)自主研發(fā)將會(huì)為國產(chǎn)噴碼技術(shù)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇。隨著中國信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國的標(biāo)識(shí)行業(yè)將會(huì)繼續(xù)迅猛發(fā)展，噴碼機(jī)的應(yīng)用將會(huì)會(huì)拓展到更多行業(yè)。

1 噴碼機(jī)種類與原理

噴碼機(jī)按噴字大小可分為大字符噴碼機(jī)、小字符噴碼機(jī)、高解析噴碼機(jī)，按照所用耗材可分類為墨水噴碼機(jī)和激光噴碼機(jī)，墨水噴碼機(jī)按工作原理可分類為連續(xù)噴墨技術(shù)（CIJ）和按需噴墨技術(shù)（DOD），其中按需噴墨技術(shù)根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的方式又可分為壓電式噴墨技術(shù)、電磁閥式噴墨技術(shù)和熱發(fā)泡式噴墨技術(shù)（TIJ）[4]。每種噴碼機(jī)的工作原理大致相同，差別主要是在墨路系統(tǒng)、噴印系統(tǒng)、軟件控制、電子系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)方式上。

1）墨水噴碼機(jī)

連續(xù)式噴碼技術(shù)是利用帶電的墨水微粒，根據(jù)電場偏轉(zhuǎn)原理，不同電量的墨滴偏轉(zhuǎn)不同的角度，最終在物體表面噴印圖案文字和數(shù)碼[5]。加壓墨水經(jīng)過噴嘴噴出形成墨線，在晶振的作用下斷裂成滴，經(jīng)過充電電極時(shí)墨滴帶上了電荷，墨滴經(jīng)過高壓偏轉(zhuǎn)板后偏轉(zhuǎn)形成文字，不帶電的墨滴不偏轉(zhuǎn)向下飛行進(jìn)入回收管。連續(xù)式噴碼技術(shù)很適合小字符的噴印，如多米諾A系列連續(xù)式噴碼機(jī)可以應(yīng)用在食品、玻璃、塑料、金屬、橡膠等產(chǎn)品。

按需噴墨技術(shù)中的壓電式噴墨技術(shù)利用電信號(hào)控制壓電晶體的變形，從而控制噴嘴上噴孔的開閉；電磁閥式噴墨系統(tǒng)其噴頭由多個(gè)高速開關(guān)式精密的微型閥，在噴字時(shí)，字型相應(yīng)的電磁閥迅速啟閉，墨水依靠內(nèi)部恒定壓力噴出，在運(yùn)動(dòng)的物體表面形成字符或圖形；熱發(fā)泡式噴碼機(jī)利用薄膜電阻器將極小的墨滴加熱形成氣泡，迫使墨滴從噴嘴噴出。按需式噴墨技術(shù)很適合大字符的噴印，如德國瑞爾公司的瑞爾大字符噴碼機(jī)，可以對(duì)墨點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，字高范圍5-135mm，可用于鋼鐵行業(yè)的大字符噴碼。

2）激光噴碼機(jī)

激光噴碼機(jī)使用軟件偏轉(zhuǎn)激光束，利用激光的高溫直接灼燒需標(biāo)識(shí)的產(chǎn)品表面，形成字體或圖案，激光噴碼是一個(gè)永久性的標(biāo)記，具有顯著的防偽功能[6]。激光噴碼機(jī)性能穩(wěn)定，可靠性高，運(yùn)行成本低，成為近年來研究的熱點(diǎn)，如多米諾的DD3型點(diǎn)陣式激光噴碼機(jī)、偉迪捷的鐳射寶編碼系統(tǒng)等。

2 噴碼系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

噴碼機(jī)是集機(jī)、電、氣、液、光、磁、生為一體的技術(shù)密集型產(chǎn)品，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。噴碼機(jī)主要機(jī)械部分和電氣部分組成，在不同的應(yīng)用場景中噴碼系統(tǒng)有著各自的特點(diǎn)。

1）機(jī)械部分

機(jī)械部分是噴碼機(jī)的一個(gè)重要組成部分，噴嘴和供墨系統(tǒng)是噴碼機(jī)的核心部件，噴嘴的機(jī)械設(shè)計(jì)注重防塵、防堵、適合特定工作環(huán)境（如高溫）；供墨系統(tǒng)要考慮防堵并保證噴墨穩(wěn)定性。山東大學(xué)的焦鋒利設(shè)計(jì)的防堵大點(diǎn)點(diǎn)陣噴字系統(tǒng)，其防堵噴頭和循環(huán)供墨系統(tǒng)可以有效提高防堵能力并提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性[4]。沙鋼集團(tuán)的陸洪周對(duì)噴號(hào)機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備電弧噴槍進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了具有集束功能的電弧噴槍[7]。有的場合需要目標(biāo)靜止、噴頭移動(dòng)時(shí)，就需要移動(dòng)設(shè)備帶動(dòng)專用噴碼機(jī)的噴頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴碼，靳玉濤利用PLC控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成3軸6向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了汽車的自動(dòng)化噴碼[8]。

2）電氣部分

噴碼機(jī)的電氣部分主要包括主機(jī)和用戶終端兩部分，主機(jī)主要由主板和底板電路組成，包括處理器模塊、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)接收處理模塊等組成，用戶終端是噴碼系統(tǒng)的人機(jī)交互部分，包括LCD顯示器觸摸屏等模塊，用戶通過人機(jī)交互系統(tǒng)可以設(shè)置噴碼機(jī)的相關(guān)參數(shù)、操作選項(xiàng)和任務(wù)等。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域、用戶需求、成本、開發(fā)周期等選擇處理器，搭建硬件平臺(tái)，并設(shè)計(jì)基于用戶需求和體驗(yàn)的友好交互界面。武漢理工大學(xué)張旭研究的基于GUI的噴碼機(jī)圖形用戶界面以S3C2440芯片為處理器，搭載Linux操作系統(tǒng)，對(duì)以LCD圖形用戶界面和觸摸屏為核心的人機(jī)交互方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合國人操作習(xí)慣的操作界面[9]。

3 噴碼技術(shù)的應(yīng)用

噴碼技術(shù)除了可以標(biāo)注生產(chǎn)日期外，還可以進(jìn)行潛在問題的跟蹤、防止假冒等。噴碼機(jī)廣泛應(yīng)用于三方面：一是產(chǎn)品包裝行業(yè)，即食品、飲料、酒類及醫(yī)藥等行業(yè)；二是產(chǎn)品自身，即在產(chǎn)品上標(biāo)注規(guī)格型號(hào)，使其作為產(chǎn)品本身的一部分，主要分布在電纜、建筑材料、電子產(chǎn)品和商務(wù)印刷等行業(yè)；三是規(guī)范管理，如汽車、火車等法律規(guī)定須噴涂的參數(shù)標(biāo)識(shí)等，對(duì)于安全管理很重要。

1）包裝

隨著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重視和安全意識(shí)的提高，包裝的好壞直接影響到消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的第一印象，良好的包裝不僅可以增加產(chǎn)品的附加值還是企業(yè)自身實(shí)力的體現(xiàn)。包裝行業(yè)主要利用了包裝的防偽功能、標(biāo)識(shí)功能、生產(chǎn)和物流管理等特點(diǎn)，如食品噴碼機(jī)的主要作用是在食品包裝上噴印食品的生產(chǎn)日期，生產(chǎn)場地以及食品保質(zhì)期等，消費(fèi)者可以更好地了解食品[10]。在包裝行業(yè)應(yīng)用較多的是非接觸式噴墨機(jī)和激光噴碼機(jī)，因?yàn)樵趪姶a過程中不接觸產(chǎn)品表面，適合不規(guī)則的物體表面。

2）產(chǎn)品自身需求

有些產(chǎn)品，如管線、電線電纜，如果只從外表區(qū)分很難識(shí)別不同公司的產(chǎn)品，而噴碼作為一種分辨不同產(chǎn)品、辨別圖標(biāo)、品牌的方法而被廣泛使用。如塑膠管材行業(yè)，與普通的印刷方式如移印、網(wǎng)印相比，噴碼機(jī)具有非接觸式、高速、高效、低成本、噴印內(nèi)容可隨時(shí)更改等優(yōu)點(diǎn)，所以噴碼機(jī)很適合在線噴碼，并可適應(yīng)某些特定的環(huán)境如高溫、日照、寒冷、腐蝕等苛刻條件，這對(duì)標(biāo)識(shí)的長久性要求較高，也對(duì)噴碼機(jī)和噴印墨水有很高的要求，市場上已有不少噴碼設(shè)備可以滿足這些條件。

3）規(guī)范管理

對(duì)于有的行業(yè)法律上有規(guī)定，如某些產(chǎn)品必須在其產(chǎn)品或外包裝上標(biāo)明“生產(chǎn)日期”或“產(chǎn)品批號(hào)”，如建材行業(yè)、食品飲料業(yè)、制藥業(yè)、汽車噴字等。如汽車行業(yè)，根據(jù)工信部聯(lián)產(chǎn)業(yè)[2011]632號(hào)文件要求，所有貨車均應(yīng)在駕駛室兩側(cè)噴涂總質(zhì)量參數(shù)，半掛牽引車噴涂最大允許牽引質(zhì)量參數(shù)[8]等并且對(duì)噴印內(nèi)容和字體大小都有要求；鐵道車輛要符合鐵道車輛標(biāo)記一般規(guī)則，對(duì)車型、噴印內(nèi)容和字號(hào)大小也有要求。由于噴印的字符范圍比較大，大字符噴碼機(jī)很適合這種應(yīng)用場合。

4 發(fā)展展望

噴碼技術(shù)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)為企業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高帶來很大方便，隨著噴碼技術(shù)的廣泛應(yīng)用和市場需求的不斷提高和市場競爭的加劇，給噴碼技術(shù)的發(fā)展既帶來機(jī)遇也帶來了挑戰(zhàn)，隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)，當(dāng)前噴碼技術(shù)的發(fā)展主要有以下趨勢：1）操作簡單，穩(wěn)定可靠；2）維護(hù)簡單，運(yùn)行成本低；3）新技術(shù)、新材料的應(yīng)用；4）綠色環(huán)保。

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