根据上述的设计要求，提出了总体设计方案，确定了LED-UV印刷固化系统主要由光源系统、散热系统和控制系统三部分组成，方案设计图如下所示。
一、光源系统设计
根据 LED-UV芯片不同的排列方式,可把光源系统分为点、线和面光源。点光源是单个芯片形成的光源,线光源是多个芯片排列成一行形成的光源,而面光源是多个芯片排列成多行多列形成的光源。点光源和线光源构成的光源系统功率很小,无法满足印刷固化的要求,因此光源系统选用面光源形式排列。
整块光源面板由很多小光源基板组成,当某个光源基板上的 LED-UV芯片损坏时,只更换此块基板即可,这样就节约了维护成本。在设计要求中已经提出任意 LED-UV芯片的短路或断路不能影响整个系统的工作,因此要进行串并联方式的设计。
为了方便调节,把光源系统分为多个区域,每个区域由单个独立驱动电源进行供电,称为固化区域。每个固化区域的工作电压远小于电网供电电压,所以不能直接对固化区域进行供电,就要设计驱动电源,通过驱动电源把220V交流电转换为稳压电源或者恒流电源。由于LED-UV对温度的变化很敏感,因而在工作时要对其保护,并稳定其工作状态。因此,设计其驱动电源为恒流工作模式,驱动电源可由外部控制器进行在线控制,方便输出功率调节。
二、散热系统设计
LED-UV结温上升时,其性能会有较大变化,主要体现在以下几个方面。
1.发光效率会降低,表现为LED-UV发光量减小
2.光源使用寿命缩短,使用寿命和工作结温直接相关,如果能够把工作结温控制在50℃以下,则使用寿命可以达到20000小时以上
3.主峰波长发生偏移,LED-UV是光谱分布很窄的单色光,温度上升时会出现光谱红移现象。在设计散热系统时,首先要根据印刷固化系统的输出热功率、工作空间来确定所用散热方式;然后计算传热路径中各部分的热阻,并分析产生热阻的因素;然后进行散热器的设计,通过软件建立不同结构散热器的三维模型,使用 FLUENT热仿真软件模拟不同状态下散热器的温度场分布,综合对比各影响因素,完成散热系统的设计。
三、控制系统设计
本设计中使用了具有抗工业干扰能力的STM32单片机作为主控制器。根据设计要求,控制系统的设计包括传感器选型、硬件电路设计、触摸屏界面设计、触摸屏与STM32单片机的通信设计和控制程序设计等部分。
控制系统的工作流程如下:当有承印物通过时,电压、电流、光电、速度和温度传感器分别检测印刷固化系统的工作电压、电流、承印物幅宽、印刷速度和散热系统温度,单片机会通过相应的程序处理这些相关输入信号,然后单片机把处理后的信号通过串口发送到触摸屏,触摸屏会实时显示印刷固化系统工作电压电流、功率、承印物幅宽、印刷速度,还可以提示高温报警信息。当承印物幅宽发生变化时,单片机可控制驱动电源调整光源系统的固化区域;当印刷速度发生变化时,单片机可调节驱动电源输出功率,调节光源系统的紫外辐照度。
返回目录
