蛋糕裱花彩色打印裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蛋糕裱花彩色打印裝置及其控制方法，其借鑒3D打印的離散、融合的技術(shù)理念，將一幅完整的圖片，按照一定的分辨率，離散為由有限的點(diǎn)組成的矢量圖，采用快速成型方法，將這些離散點(diǎn)打印出來，以實(shí)現(xiàn)蛋糕裱花的自動打印成型。本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置，集圖像處理、數(shù)據(jù)采集分析、電機(jī)控制、自動控制噴涂為一體，其結(jié)構(gòu)簡單、控制方案合理，可替代現(xiàn)有技術(shù)的人工手動操作，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)，大幅降低操作人員勞動強(qiáng)度、提高工作效率。本發(fā)明還可以通過與相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合進(jìn)行適當(dāng)改裝，以用于壁畫及模型表面噴涂，以及玩具表面卡通圖案的繪制等。
【專利說明】蛋糕裱花彩色打印裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蛋糕打印裝置及其控制方法，尤其涉及一種蛋糕裱花彩色打印裝置及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]蛋糕在婚禮、生日聚會等喜慶場合扮演著重要的角色。蛋糕制作過程中，裱花工序是畫龍點(diǎn)睛、出彩的關(guān)鍵性步驟。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，蛋糕裱花需要由熟練的面點(diǎn)師通過手動完成，其步驟繁瑣，費(fèi)時費(fèi)力。這大大增加了蛋糕的制作成本和加工周期。而且，不同面點(diǎn)師的技術(shù)熟練程度不一、個人審美和藝術(shù)創(chuàng)作水平存在差別，導(dǎo)致蛋糕制作無法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是，提供一種適于工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的蛋糕裱花彩色打印裝置，以提高生產(chǎn)效率，降低蛋糕制作成本。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種蛋糕裱花彩色打印裝置，其特征在于，包括主體支架、運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣罐、儲料罐和控制機(jī)構(gòu)；其中，
[0006]所述儲料罐數(shù)量為若干，其進(jìn)氣端口分別與儲料罐供氣管件連接，所述儲料罐供氣管件通過管路與壓縮空氣罐連接；
[0007]所述壓縮空氣罐與所述空氣壓縮機(jī)連接；
[0008]所述主體支架整體為框架式結(jié)構(gòu)，其頂部為矩形框；
[0009]所述矩形框的下方設(shè)置有蛋糕托盤；
[0010]所述運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為三維滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，分別安裝在主體支架上；其中，在主體支架頂部的矩形框的橫邊上安裝有橫向滾珠絲杠；在橫向滾珠絲杠的滑臺上安裝有與橫向滾珠絲杠垂直的縱向滾珠絲杠；在主體支架的下部安裝有豎向滾珠絲杠；
[0011]所述縱向滾珠絲杠的滑臺上安裝有噴嘴，所述噴嘴包括一個出口與若干入口，所述入口包括一個中心氣孔與若干進(jìn)料孔；其中，所述中心氣孔通過管路經(jīng)電磁閥與所述儲料罐供氣管件的一個出氣端口連接；所述進(jìn)料孔均位于靠近出口端的側(cè)壁上并與所述中心氣孔相連通，各進(jìn)料孔分別依次通過各自的輸料管、電磁閥、單向閥與對應(yīng)的儲料罐連接；不同顏色的原料經(jīng)由所述出口噴出；
[0012]所述蛋糕托盤為活動板，所述豎向滾珠絲杠用于推動所述蛋糕托盤進(jìn)行上下運(yùn)動；
[0013]所述橫向滾珠絲杠、縱向滾珠絲杠和豎向滾珠絲杠的安裝端分別配置有步進(jìn)電機(jī)；
[0014]所述控制機(jī)構(gòu)包括有單片機(jī)控制模塊和上位機(jī)處理模塊，所述單片機(jī)與所述上位機(jī)通訊連接，所述單片機(jī)接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將命令執(zhí)行情況反饋回上位機(jī)；
[0015]所述單片機(jī)控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊及電磁閥控制模塊，各模塊均由電源模塊供電，并接收由單片機(jī)發(fā)出的指令，通過控制各步進(jìn)電機(jī)、各電磁閥，帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行預(yù)定的運(yùn)動；
[0016]所述上位機(jī)處理模塊包括有上位機(jī)界面操作模塊和圖片處理模塊；其中:
[0017]所述上位機(jī)界面操作模塊采用對話框的形式，為使用者提供友好的操作界面；
[0018]所述圖片處理模塊主要完成對圖片的識別，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，以適應(yīng)不同顏色的蛋糕裱花打印需要，然后將圖片轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序，并將運(yùn)算處理后的結(jié)果指令發(fā)到所述控制模塊；
[0019]待打印和/或裱花處理的蛋糕模型置于所述蛋糕托盤的中部，由所述控制模塊控制各步進(jìn)電機(jī)和各電磁閥，進(jìn)而控制各滾珠絲杠、噴嘴機(jī)構(gòu)執(zhí)行蛋糕的圖案打印及裱花制作。
[0020]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，蛋糕裱花通過打印裝置自動執(zhí)行，可以實(shí)現(xiàn)蛋糕裱花的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。簡要說明如下:
[0021]1、為有效解決奶油在管路中輸送阻力大，特別是在噴嘴出口處易出現(xiàn)阻塞、堵孔等技術(shù)問題，上述技術(shù)方案通過采用帶中心氣孔、側(cè)壁上開設(shè)有若干與中心孔貫通的進(jìn)料孔結(jié)構(gòu)形式的噴嘴，并采用中心氣孔與進(jìn)料孔雙路進(jìn)氣加壓的工作方式等技術(shù)手段，這樣，既能減少管路及噴嘴處的阻力損失對原料運(yùn)輸?shù)挠绊?，從而有效解決奶油輸送、噴出流暢性、連續(xù)性的技術(shù)問題；又能用于更換不同顏色原料時，將噴嘴處上次打印所殘留的原料清空，防止不同顏色的原料產(chǎn)生混合，影響打印效果；
[0022]另一方面，在恰當(dāng)?shù)闹行臍饪讱饬髁魉俚妮o助吹送作用下，可以增加奶油的蓬松度，改善口感，同時，進(jìn)一步增加裱花的立體感和層次感。
[0023]2、蛋糕裱花打印過程中，各動作執(zhí)行的機(jī)械部件主要由滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行，可以保證各打印動作執(zhí)行具高精度、可逆性和高效率等特點(diǎn)；
[0024]3、采用對話框形式的上位機(jī)界面，可以更方便地滿足不同客戶對不同裱花圖案的需求。
[0025]作為優(yōu)選，上述進(jìn)料孔的中軸線與所述中心氣孔的中軸線成30-45度夾角。
[0026]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，進(jìn)料孔的中軸線與中心氣孔的中軸線成30-45度夾角這一技術(shù)手段的采用，可以保證裱花所用奶油原料出料的暢通和均勻。
[0027]進(jìn)一步優(yōu)選，上述中心氣孔的直徑為所述進(jìn)料孔直徑的1-2倍。
[0028]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，可以更好地保證裱花所用奶油原料出料的暢通和均勻。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選，上述主控箱頂板上設(shè)置有若干用于定位儲料罐的凹槽，所述儲料罐置于所述凹槽內(nèi)。
[0030]該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，整個打印裝置設(shè)備布置更加合理、緊湊。
[0031]本發(fā)明的目的之二是，提供一種蛋糕裱花彩色打印裝置的自動化控制方法。
[0032]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種蛋糕裱花彩色打印裝置的自動化控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0033]第一步，裝置啟動后，由上位機(jī)首先讀取操作者指定的圖片，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，將待打印的圖案離散為點(diǎn)陣信息，并轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序；
[0034]第二步，上位機(jī)逐個字節(jié)向單片機(jī)發(fā)送命令；
[0035]第三步，單片機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送的信息后，開始執(zhí)行相應(yīng)的程序，將接收到的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令，分別發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)或電磁閥，一方面控制噴頭做規(guī)律的進(jìn)給運(yùn)動，另一方面控制電磁閥在相應(yīng)的時刻及時開啟或關(guān)閉，以控制原料的輸送；
[0036]第四步，單片機(jī)每處理完一個字節(jié)，就向上位機(jī)反饋一次，使之開始發(fā)送下一個字節(jié)；直至上位機(jī)將待打印的圖片的所有信息全部發(fā)送給單片機(jī)。
[0037]上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，采用單片機(jī)進(jìn)行打印裝置的控制，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資省；通過與上位機(jī)進(jìn)行通訊連接，上位機(jī)界面操作模塊采用對話框的形式，為使用者提供友好的操作界面。
[0038]上位機(jī)中，圖片處理模塊主要完成對圖片的識別，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，以適應(yīng)不同顏色的打印需要，然后將圖片轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序，并將運(yùn)算處理后的結(jié)果指令發(fā)到控制模塊；
[0039]單片機(jī)控制模塊由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、電磁閥控制模塊、單片機(jī)控制電路組成，控制模塊接受系統(tǒng)指令后，通過步進(jìn)電機(jī)和電磁閥來控制整個打印裝置的各機(jī)械部件進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動。其中，步進(jìn)電機(jī)控制三維滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而控制固定在滾珠絲杠滑臺上的噴嘴結(jié)構(gòu)運(yùn)動；電磁閥控制相應(yīng)的管路運(yùn)輸?shù)耐〝?，?shí)現(xiàn)原料的選擇與輸送。即帶動各運(yùn)動部件和原料供給部件執(zhí)行各自的動作，協(xié)同完成蛋糕圖案的打印及裱花。
[0040]上述圖片處理模塊用于將待打印的圖片離散為點(diǎn)陣信息；控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)將這些離散點(diǎn)陣分別打印出來，形成裝裱在蛋糕表面的彩色圖案。這種控制方式既適合打印各種空心的輪廓或?qū)嵭牡膱D形，又便于對圖片進(jìn)行分層控制。
[0041]需要說明的是，本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置須外接220V交流電源，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓及其他一系列變換后，將220V交流電壓轉(zhuǎn)化為12V直流電壓，再將12V直流電壓轉(zhuǎn)化為5V直流電壓，供裝置中的各模塊使用。即，所有的工作模塊均由此5V/12V電源模塊供電。
[0042]綜上所述，本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、控制方案合理，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，其適于蛋糕裱花的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可取代現(xiàn)有技術(shù)的人工手動作業(yè)模式，從而降低操作人員勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，并降低蛋糕的生產(chǎn)制造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖4是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置各連接管路的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖5是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置各連接管路的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖6是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置各連接管路的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖7是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置豎向滾珠絲杠在主體支架上的安裝示意圖；
[0050]圖8至圖10是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置主控箱箱體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖11是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置單片機(jī)控制電路圖；
[0052]圖12是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置儲料罐供氣管件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖13是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置噴嘴結(jié)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖14是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置噴嘴結(jié)構(gòu)的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖15是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置噴嘴結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖16是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置工作流程圖；
[0057]圖17是本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的控制流程圖。
[0058]附圖標(biāo)記說明:1、主控箱；2、儲料罐；3、輸料管；4、空氣壓縮機(jī)；5、橫向步進(jìn)電機(jī)；6、橫向滾珠絲杠；7、縱向步進(jìn)電機(jī)；8、縱向滾珠絲杠；9、主體支架；10、蛋糕托盤；11、豎向滾珠絲桿；12、豎向步進(jìn)電機(jī)；13、蛋糕模型；14、噴嘴；15、電磁閥；16、調(diào)壓閥；17、單向閥；18、電磁液壓閥；21、儲料罐供氣管件；41、儲料罐供氣管件的出氣接口 ；42、儲料罐供氣管件的進(jìn)氣接口 ；43、儲料罐供氣管件的調(diào)壓閥接口 ；64、噴嘴的進(jìn)料孔。

【具體實(shí)施方式】
[0059]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0060]定義:本申請文件中所涉及到的:“橫向”、“縱向”、“豎向”，均是按照圖中紙張所在的平面，以紙張的左右方向?yàn)闄M向，以紙張從里向外的方向?yàn)榭v向，以紙張從下至上的方向?yàn)樨Q向；
[0061]本申請文件中所涉及到的:“X向”、“Y向”、“Z向”分別一一對應(yīng)上述的“橫向”、“縱向”、“豎向”。
[0062]如圖1至圖7所示，本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置，其包括主體支架9、空氣壓縮機(jī)4、運(yùn)動執(zhí)彳丁機(jī)構(gòu)、壓縮空氣iip (圖中省略，未不出)、儲料iil 2和控制機(jī)構(gòu)I ;其中，
[0063]儲料罐2數(shù)量為若干，其進(jìn)氣端口分別與儲料罐供氣管件21連接，儲料罐供氣管件21通過管路壓縮空氣罐連接；
[0064]壓縮空氣罐與空氣壓縮機(jī)4連接；
[0065]主體支架整體為框架式結(jié)構(gòu)，其頂部為矩形框；
[0066]矩形框的下方設(shè)置有蛋糕托盤10 ；
[0067]上述運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為三維滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，分別安裝在主體支架9上；其中，在主體支架頂部的矩形框的橫邊上安裝有橫向滾珠絲杠6 ;在橫向滾珠絲杠的滑臺上安裝有與橫向滾珠絲杠垂直的縱向滾珠絲杠8 ;在主體支架的下部安裝有豎向滾珠絲杠11 ；
[0068]縱向滾珠絲杠8的滑臺上安裝有噴嘴14 ;噴嘴14包括一個中心氣孔、一個打印噴出口與若干個進(jìn)料孔64 ；
[0069]上述進(jìn)料孔64位于靠近噴嘴的打印噴出口端的側(cè)壁上，并分別與中心氣孔貫通，以適應(yīng)原料運(yùn)輸所采用的“雙路供氣加壓”運(yùn)輸方式；各進(jìn)料孔分別依次通過各自的輸料管3、電磁液壓閥18、單向閥17與對應(yīng)的儲料罐2連接(上述各儲料罐2根據(jù)使用需要，分別裝有不同顏色的奶油原料)；
[0070]上述蛋糕托盤10為活動板，上述豎向滾珠絲桿11用于推動蛋糕托盤10進(jìn)行上下運(yùn)動；
[0071]上述橫向滾珠絲杠6、縱向滾珠絲杠8和豎向滾珠絲杠11的安裝端分別配置有步進(jìn)電機(jī)5，7，12 ；
[0072]上述控制機(jī)構(gòu)I包括有電源模塊、單片機(jī)控制電路及各類閥體元件，其中，單片機(jī)與上位機(jī)通訊連接，上述單片機(jī)接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將命令執(zhí)行情況反饋回上位機(jī)；
[0073]單片機(jī)控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、電磁閥控制模塊及單片機(jī)控制電路，各模塊均由電源模塊供電，并接收由單片機(jī)發(fā)出的指令，通過步進(jìn)電機(jī)和電磁閥來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行預(yù)定的運(yùn)動；
[0074]上述上位機(jī)包括有上位機(jī)操作界面操作模塊、圖片處理模塊；其中:
[0075]上位機(jī)界面操作模塊采用對話框的形式，為使用者提供友好的操作界面；
[0076]圖片處理模塊主要完成對圖片的識別，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，以適應(yīng)不同顏色的蛋糕打印需要，然后將圖片轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序，并將運(yùn)算處理后的結(jié)果指令發(fā)到控制模塊；
[0077]待打印和/或裱花處理的蛋糕模型13置于上述蛋糕托盤10的中部，由上述控制模塊控制各步進(jìn)電機(jī)和各電磁閥，各滾珠絲杠、噴嘴機(jī)構(gòu)執(zhí)行蛋糕的圖案打印及裱花制作。
[0078]上述控制箱頂板上設(shè)置有若干用于定位儲料罐的凹槽(圖中省略，未示出)，儲料罐置于所述凹槽內(nèi)。
[0079]圖4至圖6主要示出了各連接管路的位置連接關(guān)系，如圖4至圖6所示，空氣壓縮機(jī)4及壓縮空氣罐提供壓縮氣體，壓縮空氣從壓縮空氣罐接到儲料罐供氣管件21的進(jìn)氣接口，氣體分流后經(jīng)過不同的出口排出:
[0080]其中一路氣流流向調(diào)壓閥16，并經(jīng)調(diào)壓閥16排入大氣；
[0081]另一路氣流流向電磁閥15，經(jīng)電磁閥15流向噴嘴14的中心氣孔；
[0082]其他各股氣流分別流向四個裝有不同顏色原料的儲料罐2的入口，為原料加壓，原料罐的出口端連接單向閥17、電磁液壓閥18，之后由管道連接到噴嘴14的進(jìn)料孔，實(shí)現(xiàn)供料。
[0083]如圖8、圖9和圖10所示，主控箱I的箱體各側(cè)面上均設(shè)置有若干間距不同、大小不同的槽孔31 ；
[0084]上述槽孔31中，其中一部分為元件定位安裝孔(主控箱箱體內(nèi)部裝有電源、電路板及各種閥體元件等，都通過相應(yīng)的定位安裝孔固定在箱體上)；
[0085]另一部分是為塑料軟管、導(dǎo)線預(yù)留的通道，用于箱體內(nèi)部的電磁閥、控制電路與控制箱體外部的儲料罐、步進(jìn)電機(jī)相連。
[0086]在主控箱箱體頂板上還設(shè)置有若干用于定位放置儲料罐的凹槽(圖中未示出)，儲料罐2置于凹槽內(nèi)。
[0087]主控箱內(nèi)設(shè)置有電磁閥，液壓閥，電路板，驅(qū)動模塊，調(diào)壓閥，電源模塊等執(zhí)行部件之間由軟管相連接，同時控制系統(tǒng)和驅(qū)動電機(jī)等執(zhí)行件之間通過導(dǎo)線連接(圖中均未示出)。
[0088]圖11為單片機(jī)外部電路連接原理圖。
[0089]如圖11所示，51單片機(jī)接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將命令執(zhí)行情況反饋回上位機(jī)；由Pl 口控制步進(jìn)電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)噴頭在XY平面內(nèi)的規(guī)律運(yùn)動以及蛋糕托盤在Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動；由P3 口控制電磁閥的開啟和關(guān)斷，從而使各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在單片機(jī)的控制下相互配合，實(shí)現(xiàn)蛋糕的裱花打印功能。
[0090]如圖12所示，儲料罐供氣管件21采用“一通五接口”的結(jié)構(gòu)形式，即一個進(jìn)氣接口 42作為接入口與壓縮空氣罐相連，壓縮空氣經(jīng)儲料罐供氣管件21將氣流分成五份，經(jīng)不同的出氣接口 41向?qū)?yīng)的儲料罐供氣。儲料罐供氣管件21的若干個出氣接口 41中，其中的一個出氣接口通過電磁閥15與噴頭14的中心氣孔相連；
[0091]其它幾個出氣接口分別連接不同的儲料罐及電磁閥，由電磁閥分別控制啟/停，將不同的原料分別輸送到噴頭直至打印噴出。
[0092]調(diào)壓閥接口 43連接調(diào)壓閥16，用于設(shè)定系統(tǒng)壓力，并根據(jù)需要向大氣排氣泄壓；
[0093]需要說明的是，圖12中所示的儲料罐供氣管件21的出氣接口數(shù)量為5個，但這不意味著儲料罐供氣管件21的出氣接口數(shù)量僅僅限于5個。在這種結(jié)構(gòu)形式下，具體的接口數(shù)量可根據(jù)使用需要進(jìn)行相應(yīng)的增/減。
[0094]如圖13至圖15所示，本發(fā)明的噴嘴14為帶中心氣孔、側(cè)壁上開設(shè)有若干與中心管貫通的進(jìn)料孔64的結(jié)構(gòu)形式，其豎直的中心管通道通過電磁閥與壓縮空氣罐相連，各進(jìn)料孔64分別依次通過各自的輸料管、電磁液壓閥18、單向閥17與對應(yīng)的儲料罐連接。
[0095]為保證裱花所用奶油原料出料的暢通和均勻，上述進(jìn)料孔64的中軸線與中心氣孔的中軸線成30-45度夾角最好。
[0096]為更好地保證裱花所用奶油原料出料的暢通和均勻，上述中心氣孔的直徑優(yōu)選為進(jìn)料孔64直徑的1-2倍。
[0097]如圖16所示，本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置工作流程主要為，工作開始后，首先由用戶導(dǎo)入或者選定已有圖片，開始執(zhí)行上位機(jī)中的圖片處理程序，將圖片進(jìn)行分層處理，并將圖片信息轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識別的程序；
[0098]圖片分層結(jié)果可在操作界面中顯示出來；
[0099]之后將生成的程序文件逐個字節(jié)的發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)控制電磁閥及步進(jìn)電機(jī)的啟停，繼而控制執(zhí)彳丁機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)對蛋糕表面圖案的打印功能；
[0100]單片機(jī)每執(zhí)行完一個字節(jié)，就向上位機(jī)反饋一次，使之開始發(fā)送下一字節(jié)，直至整個程序發(fā)送完畢。
[0101]如圖17所示，本發(fā)明蛋糕裱花彩色打印裝置各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的控制流程主要為，運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)按此流程，通過一系列的控制實(shí)現(xiàn)噴頭在X、Y、Z方向的移動，實(shí)現(xiàn)噴頭的定點(diǎn)定位。
[0102]當(dāng)執(zhí)行打印功能時，在XY平面內(nèi)，按照單片機(jī)發(fā)送的命令，進(jìn)行逐行掃描運(yùn)動。
[0103]XY平面運(yùn)動執(zhí)行完畢后，判斷是否需要進(jìn)行多層打印，如需要，則控制Z軸做一定距離的進(jìn)給，噴頭返回原點(diǎn)，重新進(jìn)行XY平面內(nèi)的運(yùn)動。
[0104]如不需要，則噴頭返回原點(diǎn)，打印結(jié)束。
[0105]執(zhí)行裱花功能時，由上位機(jī)將花的位置坐標(biāo)發(fā)送給單片機(jī)，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動到相應(yīng)位置后，開始執(zhí)行固定的花朵打印程序，進(jìn)行裱花作業(yè)。
[0106]不同的花朵外貌特征不同，其執(zhí)行程序也不同。
[0107]為更好地理解本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置，現(xiàn)詳細(xì)說明其控制方法:
[0108]本發(fā)明的蛋糕裱花彩色打印裝置的控制方法，其包括以下步驟:
[0109]第一步，裝置啟動后，由上位機(jī)首先讀取操作者指定的圖片，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，并轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序；
[0110]第二步，上位機(jī)逐個字節(jié)向單片機(jī)發(fā)送命令；
[0111]第三步，單片機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送的信息后，開始執(zhí)行相應(yīng)的程序，將接收到的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令，分別發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)或電磁閥，一方面控制噴頭做規(guī)律的進(jìn)給運(yùn)動，另一方面控制電磁閥在相應(yīng)的時刻及時快速的開啟或關(guān)閉，以控制原料的輸送；
[0112]第四步，單片機(jī)每處理完一個字節(jié)，就向上位機(jī)反饋一次，使之開始發(fā)送下一個字節(jié)；直至上位機(jī)將待打印的圖片的所有信息全部發(fā)送給單片機(jī)。
[0113]上述圖片處理模塊用于將待打印的圖案離散為點(diǎn)陣信息；上述控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)將這些離散點(diǎn)陣分別打印出來，形成裝裱在蛋糕表面的彩色圖案。
[0114]本發(fā)明的圖片處理模塊采用一個基于matlab的圖像轉(zhuǎn)化程序，主要完成對圖片的識別、處理，并將運(yùn)算處理后的結(jié)果指令發(fā)到控制模塊，首先讀取由操作者指定的圖片，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，以適應(yīng)不同顏色的打印需要；將圖片轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序，逐個字節(jié)向單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送的字節(jié)后，開始執(zhí)行程序，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的指令，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)工作，單片機(jī)每處理完一個字節(jié)，就向上位機(jī)反饋一次，使之開始發(fā)送下一個字節(jié)，如此循環(huán)執(zhí)行，直至整幅圖片完全發(fā)送給單片機(jī)并打印完畢。
[0115]本發(fā)明的控制模塊由電源模塊、驅(qū)動模塊、電磁閥控制模塊及單片機(jī)控制電路組成，核心是51單片機(jī)，各個模塊均由電源模塊供電，并接收由單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的指令，按一定的規(guī)律進(jìn)行工作。
[0116]本發(fā)明的電源模塊，將220V交流電源接入的電源模塊中，將其轉(zhuǎn)化為5V/12V直流電壓，供系統(tǒng)各模塊正常工作使用。
[0117]本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊，包括兩部分:X、Y平面內(nèi)的驅(qū)動模塊及Z軸方向的驅(qū)動模塊。步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠之間采用聯(lián)軸器作為運(yùn)動傳遞裝置。由單片機(jī)發(fā)出運(yùn)動或停止的命令，控制步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給量。
[0118]X、Y平面內(nèi)的驅(qū)動模塊由兩套相互垂直的滾珠絲杠和步進(jìn)電機(jī)組合裝置上下疊加構(gòu)成。其中，上面的滾珠絲杠及其步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)的是噴頭在X軸方向的運(yùn)動，下面的滾珠絲杠及其步進(jìn)電機(jī)帶動上方整體機(jī)構(gòu)做Y軸方向的進(jìn)給運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)了噴頭在Y軸方向的進(jìn)給運(yùn)動。
[0119]Z軸方向的運(yùn)動相對獨(dú)立，與Χ、Υ方向運(yùn)動無速比要求，由步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠裝置，帶動蛋糕打印平臺做上下進(jìn)給運(yùn)動。
[0120]電磁閥控制模塊由12V電源模塊直接供電，由光電耦合開關(guān)控制電磁閥通斷，由于光電耦合開關(guān)允許通過的最大電流小于電磁閥的工作電流，故電流經(jīng)過光電耦合開關(guān)后，進(jìn)入三極管電流放大電路。電流放大后再接入電磁閥，形成電流回路。光電耦合開關(guān)由單片機(jī)程序控制。
[0121]本發(fā)明的單片機(jī)為51單片機(jī)，其為整個控制系統(tǒng)的核心，主要作用如下:
[0122]I)接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將命令執(zhí)行情況反饋回上位機(jī)。
[0123]2)由Pl 口控制步進(jìn)電機(jī)的啟停，實(shí)現(xiàn)噴頭在XY平面內(nèi)的規(guī)律運(yùn)動以及動作平臺在Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動。
[0124]3)由Ρ3 口控制電磁閥的開啟和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對奶油噴涂的控制。
[0125]打印圖片時，在XY平面內(nèi)，按照單片機(jī)發(fā)送的命令，進(jìn)行逐行掃描運(yùn)動。
[0126]XY平面運(yùn)動執(zhí)行完畢后，Z軸做一定距離的進(jìn)給，噴頭返回原點(diǎn)，重新進(jìn)行XY平面內(nèi)的運(yùn)動。
[0127]裱花時，由上位機(jī)將花的位置坐標(biāo)發(fā)送給單片機(jī)，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動到相應(yīng)位置后，開始執(zhí)行固定的花朵打印程序，進(jìn)行裱花作業(yè)。
[0128]不同的花朵外貌特征不同，其執(zhí)行程序也不同。
[0129]Z方向運(yùn)動控制系統(tǒng)是一套相對獨(dú)立的運(yùn)動控制系統(tǒng)，與XY方向沒有嚴(yán)格的速比關(guān)系，只是在XY平面內(nèi)的運(yùn)動執(zhí)行完畢后，由單片機(jī)自動判斷其是否需要Z方向進(jìn)給，如果需要，則向Z軸步進(jìn)電機(jī)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)Z方向的進(jìn)給，進(jìn)給后重新執(zhí)行XY平面內(nèi)的運(yùn)動。如不需要，則結(jié)束運(yùn)動執(zhí)行過程。
[0130]與每一個儲料罐連接的電磁閥均為成對設(shè)置，由于“雙路供氣加壓”原料運(yùn)輸方式的特殊需求，在打印過程中，每一對中的兩個須同時打開，同時關(guān)閉，這一特征由單片機(jī)控制程序自動實(shí)現(xiàn)。
[0131]說明:上述儲料罐供氣管件、各類閥體元件、控制電路及電源模塊均安裝在主控箱內(nèi)部。
【權(quán)利要求】
1.一種蛋糕裱花彩色打印裝置，其特征在于，包括主體支架、運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣te、儲料te和控制機(jī)構(gòu)；其中， 所述儲料罐數(shù)量為若干，其進(jìn)氣端口分別與儲料罐供氣管件連接，所述儲料罐供氣管件通過管路與壓縮空氣罐連接；所述壓縮空氣罐與所述空氣壓縮機(jī)連接； 所述主體支架整體為框架式結(jié)構(gòu)，其頂部為矩形框； 所述矩形框的下方設(shè)置有蛋糕托盤； 所述運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為三維滾珠絲杠機(jī)構(gòu)，分別安裝在主體支架上；其中，在主體支架頂部的矩形框的橫邊上安裝有橫向滾珠絲杠；在橫向滾珠絲杠的滑臺上安裝有與橫向滾珠絲杠垂直的縱向滾珠絲杠；在主體支架的下部安裝有豎向滾珠絲杠； 所述縱向滾珠絲杠的滑臺上安裝有噴嘴，所述噴嘴包括一個出口與若干入口，所述入口包括一個中心氣孔與若干進(jìn)料孔；其中，所述中心氣孔通過管路經(jīng)電磁閥與所述儲料罐供氣管件的一個出氣端口連接；所述進(jìn)料孔均位于靠近出口端的側(cè)壁上并與所述中心氣孔相連通，各進(jìn)料孔分別依次通過各自的輸料管、電磁閥、單向閥與對應(yīng)的儲料罐的出料端口連接；各儲料罐內(nèi)的原料均經(jīng)由所述噴嘴的出口噴出； 所述蛋糕托盤為活動板，所述豎向滾珠絲杠用于推動所述蛋糕托盤進(jìn)行上下運(yùn)動；所述橫向滾珠絲杠、縱向滾珠絲杠和豎向滾珠絲杠的安裝端分別配置有步進(jìn)電機(jī)；所述控制機(jī)構(gòu)包括有單片機(jī)控制模塊和上位機(jī)處理模塊，所述單片機(jī)與所述上位機(jī)通訊連接，所述單片機(jī)接收由上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將命令執(zhí)行情況反饋回上位機(jī)； 所述單片機(jī)控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊及電磁閥控制模塊，各模塊均由電源模塊供電，并接收由單片機(jī)發(fā)出的指令，通過控制各步進(jìn)電機(jī)、各電磁閥，帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行預(yù)定的運(yùn)動； 所述上位機(jī)處理模塊包括有上位機(jī)界面操作模塊和圖片處理模塊；其中: 所述上位機(jī)界面操作模塊采用對話框的形式，為使用者提供友好的操作界面； 所述圖片處理模塊主要完成對圖片的識別，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，以適應(yīng)不同顏色的蛋糕裱花打印需要，然后將圖片轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序，并將運(yùn)算處理后的結(jié)果指令發(fā)到所述控制模塊； 待打印和/或裱花處理的蛋糕模型置于所述蛋糕托盤的中部，由所述控制模塊控制各步進(jìn)電機(jī)和各電磁閥，進(jìn)而控制各滾珠絲杠、噴嘴機(jī)構(gòu)執(zhí)行蛋糕的圖案打印及裱花制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋糕裱花彩色打印裝置，其特征在于，所述進(jìn)料孔的中軸線與所述中心氣孔的中軸線成30-45度夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋糕裱花彩色打印裝置，其特征在于，所述中心氣孔的直徑為所述進(jìn)料孔直徑的1-2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蛋糕裱花彩色打印裝置，其特征在于，所述主控箱頂板上設(shè)置有若干用于定位儲料罐的凹槽，所述儲料罐置于所述凹槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的蛋糕裱花彩色打印裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，裝置啟動后，由上位機(jī)首先讀取操作者指定的圖片，并根據(jù)圖片顏色的不同將其進(jìn)行分層處理，將待打印的圖案離散為點(diǎn)陣信息，并轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的執(zhí)行程序； 第二步，上位機(jī)逐個字節(jié)向單片機(jī)發(fā)送命令； 第三步，單片機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)送的信息后，開始執(zhí)行相應(yīng)的程序，將接收到的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的命令，分別發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)或電磁閥，一方面控制噴頭做規(guī)律的進(jìn)給運(yùn)動，另一方面控制電磁閥在相應(yīng)的時刻及時開啟或關(guān)閉，以控制原料的輸送； 第四步，單片機(jī)每處理完一個字節(jié)，就向上位機(jī)反饋一次，使之開始發(fā)送下一個字節(jié)；直至上位機(jī)將待打印的圖片的所有信息全部發(fā)送給單片機(jī)。
【文檔編號】A21C15/00GK104255850SQ201410472945
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】楊俊茹, 郭坤, 武洪恩, 李明, 賈燁磊, 高文棟, 張永斌 申請人:山東科技大學(xué)