一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，包括：光柵條、步進電機、移動載體、同步皮帶、載體軸、左側架和右側架；其中，移動載體上設置有可分離的打印頭；光柵條固定地橫跨于左側架和右側架之間；移動載體與同步皮帶固定連接，移動載體與載體軸滑動連接，步進電機根據一邏輯定位信號，通過同步皮帶驅動移動載體在載體軸上運動至與邏輯定位信號對應的打印位置；光柵條設置為與移動載體非接觸式連接，通過檢測光柵條與移動載體之間的相對移動，對移動載體在載體軸上的位置進行物理定位。根據本實用新型的定位結構，可以提高打印精度、打印連續性和打印正確率，對于有價票據的打印，可以防止打印出廢票。
【專利說明】一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種打印機定位結構，特別是一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，屬于打印設備領域。

【背景技術】
[0002]現有的針式或噴墨式打印機，一般均由打印機械裝置和控制驅動電路兩大部分組成，以針式打印機為例，打印機械裝置主要包括字車(移動載體)與傳動機構、打印針控制機構、色帶驅動機構，以及走紙機構和打印機狀態傳感器等，這些機構都為精密機械裝置，以保證各種機構能實現下面的各種運動。
[0003]針式打印機在正常工作時有三種運動，即包含打印頭的移動載體的橫向運動、打印紙的縱向運動和打印針的擊針運動。對于噴墨打印機，打印針的擊針運動可替換為從噴墨口的噴出墨水。這些運動都是由控制驅動電路，通過一些精密機械進行的。
[0004]而對于高精度打印，以及重要文件的打印，例如發票等有價票據的打印，要求較高的打印機定位精度，對于針式和噴墨打印機，這相當于要求運動部分，即移動載體具有較高的定位精度，而現有的針式和噴墨式打印機一般沒有專門的定位機構，而是依靠傳動機構來作為定位的手段，由控制驅動電路提供邏輯定位信號，電機將邏輯定位信號轉化為驅動信號，驅動移動載體運動至待打印的位置，實際是基于開環控制的電機傳動定位結構，定位精度取決于傳動機構的機械精度和電機輸出的精度。開環式控制要達到準確的實現，就必須的依賴多樣的外界條件約束，例如依靠機構傳動的高精度、持久的一致性、運動過程的不受外物干擾，而且一旦出現失誤，就會造成系統失控的情況。例如，運動路徑上存在障礙物，其阻擋或影響移動載體的運動，以及機構傳動的誤差等，造成移動載體無法按邏輯控制信號到達預設的打印位置，或當前打印位置的邏輯定位與實際位置不一致，結果是打印不正確，例如打印重合、打印錯位等，對于有價票據，這會造成廢票的產生，帶來極大的損失。
[0005]為了解決基于開環式控制的打印存在的打印出錯的風險，尤其是對于一些重要文件的打印，例如打印有價票據時的廢票的風險。一方面在傳動機構上應提高機械精度，包括電機的精度，作為打印機移動載體的高精度定位的基礎，另外從控制學上考慮，應該引入專門的定位結構和位置檢測機構，進一步保證打印機的打印定位精度。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，通過所述定位結構，實現基于光柵及步進電機的打印機閉環式定位。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采用以下的技術方案:
[0008]根據本實用新型的一個方面，提出了一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，包括:光柵條、步進電機、移動載體、同步皮帶、載體軸、左側架和右側架；其中，移動載體上設置有可分離的打印頭；光柵條固定地橫跨于左側架和右側架之間；移動載體與同步皮帶固定連接，移動載體與載體軸滑動連接，步進電機根據一邏輯定位信號，通過同步皮帶驅動移動載體在載體軸上運動至與邏輯定位信號對應的打印位置；光柵條設置為與移動載體非接觸式連接，通過檢測光柵條與移動載體之間的相對移動，對移動載體在載體軸上的位置進行物理定位。
[0009]優選地，光柵條設置為分別與載體軸、同步皮帶平行。
[0010]優選地，光柵條由具有高穩定度的抗靜電膠片材料制成，光柵條上設置有均勻等距分布的刻度尺，其中該刻度尺包括等距間隔的非全透明圖案。
[0011]優選地，還設置有光柵編碼器，其設置為與光柵條相對移動，通過光柵編碼器檢測光柵條上的圖案，基于光柵檢測的物理定位反饋移動載體的相對于邏輯定位打印位置的實際位置。
[0012]優選地，光柵編碼器固定安裝于移動載體內，光柵編碼器還設置有槽口，光柵條從槽口兩側之間穿過，以使光柵編碼器與光柵條非接觸式連接，柵編碼器與光柵條構成位置檢測機構。
[0013]優選地，移動載體兩側設置有通孔，光柵條經由通孔穿過移動載體，通孔設置為適配光柵條橫截面的形狀。
[0014]優選地，光柵條在其至少一端處設置有特定的圖案，以使安裝有光柵編碼器的移動載體運動至與該特定的圖案對應的位置時，通過識別出該特定的圖案而進行對移動載體的復位、停止或返回操作。
[0015]優選地，在光柵條的至少一端附近設置有復位傳感器，以進行對移動載體的復位、停止或返回操作。
[0016]優選地,步進電機通過同步帶輪與同步皮帶連接，其中同步帶輪與步進電機同軸裝配。
[0017]優選地，移動載體上設置有可分離的用于針式或噴墨打印機的打印頭。
[0018]與現有技術相比，本實用新型具有以下顯著優點和有益效果:
[0019]根據本實用新型的基于光柵及步進電機的打印機定位結構，步進電機根據邏輯定位信號，通過同步皮帶驅動移動載體在載體軸上運動至與邏輯定位信號對應的打印位置；同時利用基于光柵的位置檢測機構進行移動載體的物理定位，反饋移動載體的實際位置，實現閉環式定位。基于打印機移動載體的邏輯定位和的物理定位的比對結果，可進行后續的對移動載體的打印位置的精確的閉環控制，根據本實用新型的定位結構，可以提高打印精度、打印連續性和打印正確率，對于有價票據的打印，可以防止打印出廢票。另外，根據本實用新型的基于光柵及步進電機的打印機定位結構，便于安裝和拆卸，有助于控制成本和批量生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]以下結合附圖，對本實用新型的實施例進行詳細的描述:
[0021]圖1所示為根據本實用新型的定位結構的一優選實施例的立體示意圖；
[0022]圖2所示為根據本實用新型的定位結構的一優選實施例的從另一水平角度觀察的不意圖；
[0023]圖3所示為根據本實用新型的定位結構的移動載體的另一優選實施例的分解圖；
[0024]圖4所示為根據本實用新型的定位結構的移動載體的另一優選實施例的進一步的分解圖；
[0025]圖5所示為根據本實用新型的定位結構的再一優選實施例的立體示意圖；
[0026]圖6所示為根據本實用新型的定位結構的光柵條的局部示意圖。

【具體實施方式】
[0027]如圖1和圖2所示為根據本實用新型的定位結構的一優選實施例，其可裝配于一針式或噴墨打印機內，移動載體3與步進電機2通過一同步皮帶4連接。考慮到在高精度打印中對轉矩和定位的控制精度要求，本實用新型優選采用步進電機2。步進電機2可以配合驅動器使用，現有的很多驅動器都支持細分功能，即實現很小的步進角，使邏輯定位更精確。
[0028]具體地，所述定位結構包括光柵條1、步進電機2、移動載體3、同步皮帶4、載體軸
5、左側架6和右側架7 ;其中，移動載體3上設置有可分離的打印頭32 ;光柵條I固定地橫跨于左側架6和右側架7之間；移動載體3與同步皮帶4固定連接，移動載體3與載體軸5滑動連接，步進電機2通過同步帶輪9與同步皮帶4連接,其中同步帶輪9與步進電機2同軸裝配。步進電機2根據一邏輯定位信號，通過同步皮帶4驅動移動載體3在載體軸5上運動至與邏輯定位信號對應的打印位置；光柵條I設置為與移動載體3非接觸式連接，通過檢測光柵條I與移動載體3之間的相對移動，對移動載體3在載體軸5上的位置進行物理定位。
[0029]光柵條I是一個在高穩定度的抗靜電膠片材料上均勻等距分布的透明刻度尺，該刻度尺包括等距間隔的非全透明圖案。如圖6所示的光柵條1，為截取自其某一段以顯示一完整節距P和線寬W，作為用于高精度打印的示例，光柵條I的密度可為每英寸180行(節距P)，等距離的精密刻度線之間的距離可稱為線寬W，為此，相當于把每英寸細分為了 360份。假如把這I英寸內的每一份看成一小步的話，那相當于每一小步的步長為1/360英寸，即0.7056mm，并且可要求公差為0.005mm，顯而易見，這是一個準確并且精確的坐標定位。
[0030]圖3所示為根據本實用新型的定位結構的移動載體3的另一優選實施例的分解圖，移動載體3內設置有光柵編碼器31，其可包括一光電傳感器，用于識別光柵條I上的圖案，從而將光柵圖案編碼為物理定位信號。光柵編碼器31與光柵條I相對移動，通過光柵編碼器31檢測光柵條I上的圖案，基于光柵檢測的物理定位反饋移動載體3的相對于邏輯定位打印位置的實際位置。光柵編碼器31可固定安裝于移動載體3內，如圖3所示，移動載體3兩側設置有通孔33，光柵條I經由兩側的通孔33穿過移動載體3，通孔33可設置為適配光柵條I橫截面的形狀，如細長的矩形。如圖3和圖4所示，光柵編碼器31還設置有槽口 311，光柵條I從槽口 311兩側之間穿過，從而使光柵編碼器31與光柵條I實現非接觸的連接，柵編碼器與光柵條I構成位置檢測機構。這樣的設置可保證移動載體3和光柵條I在相對運動中的機械穩定性，從而保證光柵檢測的準確性。
[0031]作為一實例，光柵條I可沿移動載體3運動方向設置，其分別與載體軸5、同步皮帶4平行。光柵條I可由抗靜電膠片制成，光柵條I的平面可與打印機安裝水平面平行、垂直或成一夾角，優選地為與打印機安裝水平面垂直，由此其在垂直方向上的機械變形率可達至最低，有助于提高檢測的穩定性，同時比起其他角度，沉積于光柵條I的平面的灰塵或異物可達至最少。
[0032]根據本實用新型的定位結構，安裝和拆卸方便，作為一實例，當移動載體3安裝于載體軸5上后，可進行位置檢測機構的安裝，首先在移動載體3內安裝光柵編碼器31 ;將光柵條I 一端以可拆卸的方式固定于左側架6和右側架7中的其中一個，例如通過一掛鉤件或夾持件；將光柵條I的自由端穿入移動載體3 —側的通孔33，穿過光柵編碼器31的槽口311，再穿出移動載體3另一側的通孔33 ;將光柵條I的自由端以可拆卸的方式固定于左側架6和右側架7中的另一個；安裝打印頭32至移動載體3上。
[0033]利用根據本實用新型的光柵條I本身，還可以實現移動載體3復位或類似行程開關的功能，例如，在光柵條I的至少一端處設計有特定的圖案(圖中未顯示)，以使安裝有光柵編碼器31的移動載體3運動至與該特定的圖案對應的位置時，通過識別出該特定的圖案而進行對移動載體3的復位、停止或返回操作，同時，可限制移動載體3的運動行程不超出該特定圖案外。
[0034]作為另一實例，也可以通過設置一額外的復位傳感器8來實現上述的功能，如圖5所示，在光柵條I 一端或兩端的附近可設置一復位傳感器8，用于移動載體3的復位或類似行程開關的功能。例如，當復位傳感器8為一行程開關時，移動載體3上可設置有對應的拔動件，以觸發行程開關；當復位傳感器8為一光電傳感器時，移動載體3上可設置有對應的光電元件，如LED ;當復位傳感器8為其他類型的傳感器時，移動載體3上則設置有對應的觸發元件，以觸發復位傳感器8發出復位信號等，從而對移動載體3進行復位、停止或返回操作。復位傳感器8的位置可作為移動載體3的打印始發位置、復位位置和/或行程終點位置，同時，限制移動載體3的運動行程不超出復位傳感器8外。
[0035]根據本實用新型的基于光柵及步進電機2的打印機定位結構，適用于針式和噴墨打印機，以及適用于利用移動載體3沿一打印路徑運動以進行打印輸出的設備，其實際上是用于比對基于步進電機2的精密邏輯定位和光柵編碼技術的物理定位的閉環式定位的結構。裝備有根據本實用新型的定位結構的打印機，在操作時，假設移動載體3的運動路徑上遇到一障礙物，阻擋移動載體3繼續運動；或由步進電機2、同步帶輪9、同步皮帶4和移動載體3組成的傳動機構存在誤差，如同步皮帶4和移動載體3之間滑動，此時，基于步進電機2的邏輯定位與基于光柵檢測反饋的物理定位將不一致，具體為通過本實用新型的定位結構檢測到移動載體3的實際位置與包括待打印位置的一邏輯位置不一致，此時如果打印，將出現打印錯誤及例如有價票據(如發票)失效的情況，如打印字符重疊、打印字符錯位、打印字符缺失等，或此時如果繼續驅動移動載體3前進，則可能會損壞步進電機2或傳動機構。此時，對于針式打印機，可中止在出錯點的打印出針驅動，對于噴墨打印機，則可以中止在出錯點的墨水噴出驅動，并控制移動載體3反向移動至復位傳感器8處或光柵條I一端的用于復位的特定圖案處，以避開阻礙物。然后，基于該閉環式定位，進行后續的合適的糾正措施，以恢復或接續在中止時刻及中止位置處的打印，從而使打印數據不中斷，避免例如打印出廢票的情況發生。
[0036]作為一實例，打印機中還可設置有與光柵編碼器31和/或復位傳感器8電連接的閉環控制電路模塊(圖中未顯示)，其包括合適的控制處理器和電子元件，用于執行所述的閉環式定位、邏輯定位和物理定位比對和對應的打印糾正措施。該閉環控制電路模塊可進一步與步進電機的驅動電路或驅動器電連接，以使移動載體配合所述的閉環式定位以及打印糾正來運動。
[0037]根據本實用新型的這種閉環式的控制往往使用在高精度打印，如針式或噴墨打印機；特高速(如40英寸每秒)的打印；重負荷打印機。由此可見，通過閉環式控制的引入，對通用打印設備而言，是對其更高速工作的穩定性及更高精度工作的準確性的提高。閉環式的控制會使得更高速的打印更為穩定；另一方面，當打印機需要應對更多的或專門的稅務打印，尤其是二維碼打印業務時，這需要非常高的精度要求、對產品的使用耐久一致性也同樣要求很高，閉環式的控制，由于其持續監控及不斷修正的特性，很好的保證了精度和一致性的要求，使打印將變得更加有效可控，例如，作為示例性的應用，二維碼的打印將變得更加精確。
[0038]本實用新型的基于光柵及步進電機2的打印機定位結構，適用于針式和噴墨打印機，以及適用于利用移動載體3沿一打印路徑運動以進行打印輸出的設備，其實際上是包含了閉環控制機構的打印定位結構，解決了開環式打印定位結構的控制一雙向邏輯打印的缺陷，使得從源頭控制至實際打印結果都得到監測、比較、校對及修正，形成一個閉合的循環式控制結構，而非開放性的單向控制結構。打印誤差一旦出現，例如由于障礙物造成的定位誤差，就馬上通過所述定位結構進行控制上的糾正或報警中止，從而使得打印機移動載體3的邏輯定位和實際位置保持一致。對于一些重要文件的打印，例如有價票據的打印，由于其持續監控及不斷修正的特性，很好的保證了精度和一致性的要求，使打印過程變得更加有效可控，同時由于通過本實用新型提供的定位結構，對打印定位的實時閉環控制和實時糾正恢復，保證了打印數據的連續性，大大降低了打印出廢票和錯印文件的機率，以及大大降低了打印出錯帶來的經濟成本和時間成本上的損失。根據本實用新型的技術方案、原理和有益的技術效果，同樣適用于報表打印、圖像打印及一般文書打印。
[0039]以上所述，只是本實用新型的較佳實施例而已，本實用新型并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本實用新型的技術效果，都應屬于本實用新型的保護范圍。在本實用新型的保護范圍內其技術方案和/或實施方式可以有各種不同的修改和變化。即使個別的技術特征在不同的權利要求中引用，本實用新型還可包含共有這些特征的實施例。
【權利要求】
1.一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，包括: 光柵條(I)、步進電機(2)、移動載體(3)、同步皮帶(4)、載體軸(5)、左側架(6)和右側架(7);其中， 移動載體(3)上設置有可分離的打印頭(32)； 光柵條(I)固定地橫跨于左側架(6)和右側架(7)之間； 移動載體(3)與同步皮帶(4)固定連接，移動載體(3)與載體軸(5)滑動連接，步進電機(2)根據一邏輯定位信號，通過同步皮帶(4)驅動移動載體(3)在載體軸(5)上運動至與邏輯定位信號對應的打印位置； 光柵條(I)設置為與移動載體(3 )非接觸式連接，通過檢測光柵條(I)與移動載體(3 )之間的相對移動，對移動載體(3)在載體軸(5)上的位置進行物理定位。
2.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，光柵條(I)設置為分別與載體軸(5)、同步皮帶(4)平行。
3.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，光柵條(I)由具有高穩定度的抗靜電膠片材料制成，光柵條(I)上設置有均勻等距分布的刻度尺，其中該刻度尺包括等距間隔的非全透明圖案。
4.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，還設置有光柵編碼器(31)，其設置為與光柵條(I)相對移動，通過光柵編碼器(31)檢測光柵條(I)上的圖案，基于光柵檢測的物理定位反饋移動載體(3)的相對于邏輯定位打印位置的實際位置。
5.根據權利要求4所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，光柵編碼器(31)固定安裝于移動載體(3)內，光柵編碼器(31)還設置有槽口(311)，光柵條(I)從槽口(311)兩側之間穿過，以使光柵編碼器(31)與光柵條(I)非接觸式連接，柵編碼器與光柵條(I)構成位置檢測機構。
6.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，移動載體(3 )兩側設置有通孔(33 )，光柵條(I)經由通孔(33 )穿過移動載體(3 )，通孔(33 )設置為適配光柵條(I)橫截面的形狀。
7.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，光柵條(I)在其至少一端處設置有特定的圖案，以使安裝有光柵編碼器(31)的移動載體(3)運動至與該特定的圖案對應的位置時，通過識別出該特定的圖案而進行對移動載體(3)的復位、停止或返回操作。
8.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，在光柵條(I)的至少一端附近設置有復位傳感器(8)，以進行對移動載體(3)的復位、停止或返回操作。
9.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，步進電機(2)通過同步帶輪(9)與同步皮帶(4)連接,其中同步帶輪(9)與步進電機(2)同軸裝配。
10.根據權利要求1所述的一種基于光柵及步進電機的打印機定位結構，其特征在于，移動載體(3)上設置有可分離的用于針式或噴墨打印機的打印頭(32)。
【文檔編號】B41J29/38GK204020261SQ201420421216
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】陳國昌, 莫達庭, 馬永剛, 袁兆禎 申請人:江門市得實計算機外部設備有限公司