Какие датчики бывают у струйных принтеров
Добрый день, друзья!
Вы пользуетесь струйным принтером? Не знаю, как вам, а мне очень нравятся эти умные машины! Но любой ум, человеческий или машинный, нуждается в органах чувств, которые предоставляют информацию для обработки.
«Органы чувств» струйного принтера – это его датчики. Сегодня мы заглянем внутрь принтера и узнаем, какие датчики там находятся.
Для начала отметим, что струйный принтер — это электромеханическая система, содержащая движущие части и электронную начинку.
Струйный принтер как электромеханическая система
Электронная начинка принтера представляет собой микропроцессорную систему.
Эта система подобна той, которая устанавливается в системном блоке компьютера, только гораздо меньшей мощности.
Она имеет в своем составе несколько входов и выходов.
Выходы управляют исполнительными механизмами (электродвигателями), которые двигают каретку с печатающей головкой и подают бумагу.
Еще они «рулят» световыми индикаторами, показывающими различные режимы работы принтера и дюзами печатающей головки, посредством которых чернила подаются на бумагу.
Печатающих головок может быть несколько, они могут быть совмещены с резервуарами для чернил и устанавливаться каждая отдельно. Сервисная станция может управляться отдельным двигателем.
На входы этой системы подаются сигналы с кнопок на передней панели и датчиков, которые являются «глазами» и «ушами» струйного принтера. Вот о последних и поговорим чуть более подробно.
Механические датчики
Условно датчики можно разделить на две большие группы — механические и оптические.
Механические датчики имеют в своем составе микрокнопку и (необязательно) какой-то рычаг или тягу (удлинитель).
При нажатии на эту кнопку в микропроцессорную систему принтера подается сигнал, и принтер реагирует на это соответствующим образом.
Как правило, датчик открытия/закрытия крышки принтера — механический.
Крышка имеет на своей обратной стороне выступ, тягу или рычаг, которая при своем поднятии нажимает (или отжимает) соответствующую микрокнопку.
Принтер реагирует на это так, что выводит каретку с печатающей головкой в позицию замены картриджа. Обычно же при паузах в работе головка находится в крайнем правом положении (в положении парковки) над резиновой капой (прокладкой), что уменьшает подсыхание печатающих сопел.
Кнопки включения питания, протяжки бумаги, выбора режима работы также являются механическими датчиками.
Оптические датчики
Оптические датчики — это «глаза принтера».
Основу такого датчика составляет оптопара.
Оптопара представляет собой фотодиод и светодиод, расположенные на близком расстоянии друг от друга.
Светодиод излучает видимый свет (или ИК-излучение) в сторону фотодиода, фотодиод это излучение воспринимает.
Если световой поток от светодиода попадает на фотодиод, на выходе фотодиода имеется сигнал, если светового потока нет или он перекрыт — сигнала нет.
В большинстве случаев пара светодиод-фотодиод защищена непрозрачным кожухом с узкими прорезями. Это сделано с целью обеспечить более четкое срабатывание, и для исключения посторонних засветок.
С этой же целью оптопары работают преимущественно в инфракрасном диапазоне, что позволяет сильно уменьшить влияние дневного света.
Для контроля наличия или положения бумаги в струйных принтерах в большинстве случаев применяются именно оптические датчики. Кроме оптопары, такой датчик содержит в себе легкую поворачивающуюся шторку, которая перекрывает световой поток в оптопаре.
Когда лист бумаги попадает в тракт подачи (непосредственно перед зоной печати), он слегка приподнимает шторку. Она перекрывает световой поток, и принтер «знает», что лист бумаги подошел к зоне печати.
Энкодерные датчики
Есть еще два оптических датчика, которые имеются во всех моделях струйных принтеров, даже самых простых.
Речь идет об энкодерных датчиках.
Один из них представляет собой узкую прозрачную ленту с часто нанесенными на нее черными непрозрачными штрихами.
Эта ленточка неподвижно закреплена параллельно и выше направляющей, по которой двигается каретка с печатающей головкой.
Внутри каретки имеется оптопара и, когда происходит движение каретки, оптопара движется вдоль энкодерной ленты, пересекая непрозрачные штрихи и светлые места между ними.
Поток излучения от светодиода оптопары периодически прерывается, так что выходной сигнал фотодиода имеет форму импульсов.
Чем дальше каретка с печатающей головкой отъехала от первоначального положения, тем больше непрозрачных штрихов прервало поток излучения. И тем больше импульсов поступило в электронную схему струйного принтера.
Таким образом, считая импульсы энкодерной оптопары, микропроцессорная система отслеживает положение каретки с печатающей головкой.
По такому же принципу работает и энкодерный датчик, который учитывает формат используемой бумаги.
Обычно он расположен в левой части принтера, неподалеку от двигателя, управляющего подачей бумаги.
Он выполнен в виде прозрачного диска с нанесенными на его край радиальными непрозрачными штрихами.
Считая эти штрихи, электронная схема «знает», какая часть листа уже отпечатана (или прокручена при протяжке бумаги).
Другие оптические датчики
Имеются и сенсоры (оптические датчики) цветовой калибровки.
Различные виды бумаги имеют различную фактуру (матовая, глянцевая и т. д.) и различную степень белизны.
Цветовые показатели чернил даже в оригинальных картриджах могут немного отличаться от партии к партии.
Для приведения цветов к некоему «общему знаменателю» используется цветовая калибровка.
При калибровке цвета принтер сначала печатает тест в виде цветных фигур. Затем каретка с сенсором проходит над напечатанной областью, и ее светодиод излучает свет в сторону напечатанного изображения.
Фотодиод, также находящийся в каретке, улавливает отраженный свет, спектр которого анализирует схема управления. Эта информация учитывается в дальнейшей работе.
Для другого типа бумаги калибровку надо выполнить заново.
Видите, как получается! С помощью простых штуковин – кнопок, шторок, рычажков, оптопар, кусков пластика со штрихами — обеспечивается достаточно высокий «интеллект» струйного принтера!
С помощью тех же сенсоров выполняется и выравнивание головок принтера. Дело в том, что при смене головок (или картриджей) взаимное положение сопел может слегка измениться. При этом точность заливки цветов уменьшится. Кроме того, со временем механические детали принтера изнашиваются, и появляются люфты. Все это вызывает ухудшение четкости изображения.
Принтер печатает вначале тестовые фигуры (квадраты, прямоугольники, штрихи) с определенным фиксированным положением. Затем каретка повторно проходит над ними и считывает отраженный сигнал. Полученная информация учитывается в дальнейшей работе.
И напоследок следует сказать, что иногда на энкодерные ленты и диски могут попадать чернила. Нормальная работа принтера при этом может нарушиться.
При загрязнении энкодерных лент и дисков их следует очистить чистой (лучше кипяченой или дистиллированной) водой.
Если же используются пигментные или сольвентные чернила – следует воспользоваться специальными чистящими жидкостями. Хорошо ознакомиться со статьей о техническом обслуживании струйного принтера на этом сайте.
Принципы работы блоков лазера печатающих устройств
В данной статье речь пойдет о таком основополагающем компоненте лазерных печатающих устройств как блок лазера (LSU – англ., сокр. от laser scanner unit, блок лазерного сканирования; реже встречается аббревиатура ROS, сокр. от raster output scanner, сканер вывода растра).
Типичный блок лазера состоит из нескольких компонентов. Рассмотрим их работу.
Луч лазерного полупроводникового светодиода, расположенного на плате управления лазерным диодом (1), сначала проходит через коллиматорную линзу (2), где рассеянный свет формируется в цилиндрический пучок. Следом на пути луча находится цилиндрическая линза (3), задающая форму пятна луча соответственно разрешающей способности принтера (как правило, 600 или 1200 dpi).
Далее луч попадает на многогранное зеркало (5), которое приводится в движение собственным двигателем (4) и вращается со скоростью несколько тысяч или десятков тысяч оборотов в минуту. От боковых рабочих граней зеркала свет лазерного диода отражается в сторону фоторецептора («барабана»). На пути луча располагается одна или несколько Fθ (эф-тета) линз (6,7). Их назначение довольно специфично.
При развертке луча лазера на плоскую поверхность барабана изменяется длина хода луча, что приводит к его расфокусировке. Кроме того, при постоянной скорости вращения многогранного зеркала (угловой скорости луча) за один и тот же интервал времени (угол поворота) луч «пробегает» разное расстояние по краю барабана и в его центре. Как следствие, изображение будет «растянуто» на краях.
Таким образом, Fθ-линзы корректируют нелинейность движения луча по поверхности фотобарабана и сохраняют постоянной форму пятна лазера.
Ко всему прочему, во время вращения многогранное зеркало подвержено вертикальным флюктуациям (дребезгу из-за недостаточной балансировки), что может привести к искривлению строк развертки. Эта проблема так же решается использованием FΘ-линз.
В начале каждой строки луч лазера через небольшое зеркало (8) и фокусирующую линзу (9) попадает на датчик обнаружения луча (10) (BDS – англ., beam detect sensor). Датчик отслеживает работоспособность лазерного светодиода и вырабатывает сигнал горизонтальной синхронизации изображения для главной платы. Сигнал синхронизации нужен для того, чтобы все строки изображения начинались на строго заданном расстоянии от боковой границы листа. На практике, у многих печатающих устройств есть возможность регулировки горизонтальной синхронизации: увеличение времени между вспышкой на датчике обнаружения луча и началом выдачи первого символа строки приводит к смещению всего изображения на листе вправо, уменьшение – влево.
Все элементы блока лазера находятся внутри, как правило, герметичного корпуса для защиты от пыли и исключения отражения луча лазера в «ненужных» направлениях. Однако встречаются неприятные исключения.
Лазерное сканирование (засвечивание, нанесение скрытого изображения) — это процесс прохождения лазерного луча по заряженной поверхности фоторецептора. При этом происходит кратковременное включение/отключение лазерного светодиода. Области, куда попал свет лазера, становятся разряженными. «Незасвеченные» участки остаются заряженными. В результате на поверхности фоторецептора формируется скрытое изображение, готовое к проявке. Сканирование в основном направлении (по ширине) выполняется вращением многогранного зеркала, в то время как сканирование во вспомогательном направлении (по длине) – вращением барабана. Скорость движения этих элементов определяет масштаб изображения. Так увеличение скорости вращения фоторецептора (скорости вращения главного двигателя) приводит к растягиванию изображения по длине. Увеличение же скорости вращения многогранного зеркала растягивает изображение и по ширине, и по длине. Данную аномалию легко увидеть по следующему рисунку.
Эту особенность необходимо помнить при настройке геометрии изображения: сначала настраивают скорость вращения многогранного зеркала, а потом – фоторецептора.
С практической точки зрения, важно знать проблемы, возникающие в процессе эксплуатации блоков лазеров, и пути их решения.
Спасибо дочитавшим до этого места :).
Наиболее популярная неисправность – подклинивание или блокировка подшипника многогранного зеркала. Возникает из-за попадания пыли внутрь блока, недостаточной балансировки зеркала, повышенной нагрузкой на печатающий узел. Да-да, среднемесячная нагрузка на принтер в месяц – важный параметр!
Своевременно обратить внимание на повышенный шум (свист, подвывание) блока лазера может позволить избежать его дальнейшего заклинивания. Первое, что необходимо сделать в такой ситуации – тщательно очистить все оптические элементы от возможной пыли. Для очистки не рекомендуется использовать агрессивные жидкости, чтобы не смыть возможные напыления рабочих граней зеркал и линз. И конечно важно не сместить компоненты блока, т.к. это система высокоточной оптики.
Если это возможно, то рекомендуется снять многогранное зеркало и очистить его подшипник от загрязнений. Следующим этапом будет смазка. Для многогранного зеркала обычно используется магнитный воздушный подшипник. Это означает, что нельзя применять густые (силиконовые) смазки – они забьют воздушные каналы подшипника. Мы рекомендуем использовать жидкие смазки, например, автомобильную WD-40 или индустриальное веретенное масло. Небольшое количество смазки наносится на ось подшипника, после чего остатки удаляются безворсовой салфеткой. При этом достигается цель создать тончайшую масляную пленку на трущихся поверхностях. Данный метод не будет эффективным, если втулка подшипника приобрела эллиптическую форму или началось ее разрушение.
Работоспособность лазерного светодиода, в случае возникновения соответствующей ошибки, можно проверить. Не забываем, что лазер может сжечь сетчатку глаза! Датчики большинства цифровых фото- и видеокамер (в т.ч. сотовых телефонов) способны «видеть» ближнее инфракрасное излучение. Дальше дело техники – начать печать «черного» листа и снимать изображение, например, на BDS-датчике.
Если же лазерный диод не работает – не спешите выбрасывать «старую кровать». Ведь в процессе самодиагностики сначала проверяется работоспособность двигателя многогранного зеркала, а уже потом – лазерного диода. Т.е. «полигон» в данном блоке исправен и может послужить запасным.
И напоследок напомним, что у цифровых печатающих устройств тонер прилипает к засвеченным областям фоторецептора – к тем местам, куда попал луч лазера (у аналоговых копиров наоборот). Сделано это с целью снижения нагрузки на лазерный светодиод, ведь большинство отпечатков делается с 5-6% заполнением листа тонером (время «засветки» лазером минимально). На практике, загрязнение оптических элементов блока лазера часто приводит к осветлению изображения из-за рассеивания лазерного луча от частиц пыли. Также встречается градиентное осветление, когда изображение с одного края листа насыщенное, а к другому теряет контраст. Причина – в неравномерном накоплении пыли на рабочих гранях «полигона» из-за его вращения только в одну сторону.
Устройства вывода информации
Лазерные принтеры
Лазерную печать можно разделить на лазерные принтеры и LED-принтеры.В лазерных принтерах используется двухэтапный метод нанесения изображения на носитель: получение скрытого изображения и его проявка. Устройство печатающего блока принтера, использующего лазерную технологию, показано на схеме:
Носитель изображения (бумага или пленка). Носитель входит в непосредственный контакт с фоточувствительным барабаном, поэтому следует внимательно относиться к плотности и типу носителя.
Вал переноса служит для переноса красителя с фоточувствительного барабана на носитель. Носитель прижимается к фоточувствительному барабану, и на него переходит тонер. От качества поверхности вала переноса и фоточувствительного барабана зависит, как плотно носитель будет прижат к барабану и, соответственно, насколько качественно будет перенесено изображение.
Бункер для отработанного красителя предназначен для сбора красителя, счищенного с поверхности барабана. Собранный краситель надо периодически удалять.
Нагревательный вал совместно с прижимным валом образует нагревательный блок принтера. Часто этот блок называют печкой или фьюзером. Высокая температура печки необходима для закрепления красителя на носителе. Нагревательный вал представляет собой полый вал с покрытием, исключающим прилипание красителя к валу. Специальное покрытие необходимо, так как закрепление производится при расплавлении полимера, входящего в состав тонера, а прилипшие к поверхности барабана частицы расплавленного полимера могут повредить его. Для нагрева вала используется размещенная внутри него кварцевая лампа. В некоторых принтерах вместо нагревательного вала используют неподвижный нагревательный элемент. Нагревательные элементы с лампой потребляют больше электроэнергии и дольше прогреваются, но имеет больший ресурс работы, чем элемент с пленкой, и может работать при больших скоростях движения бумаги.
Прижимной вал служит для прижимания носителя к нагревательному валу (или нагревательному элементу).
Контроллеры лазерных принтеров должны обладать большой мощностью, так как скорость печати очень высока. Современные принтеры оснащаются мощными процессорами (аналогичными применяемым в компьютерах или специализированными микроконтроллерами), также требуется большой объем буферной памяти
Этапы создания скрытого изображения и его перевод на носитель.
Перенос тонера на носитель происходит либо при непосредственном контакте носителя с фоточувствительным барабаном, либо с применением промежуточного барабана, что может потребоваться для уменьшения разности потенциалов между частицами красителя и носителем. Поскольку не весь тонер переносится на носитель, качество изображения на этом этапе может сильно ухудшаться. Промежуточный барабан переноса увеличивает количество тонера, попадающего на носитель. Тонер, оставшийся на фоточувствительном барабане, удаляется.
Закрепление изображения на носителе производится в нагревательном блоке при плавлении полимера, входящего в состав тонера (частицы красителя приплавляются к носителю).
Лазерный принтер
В этой технологии используется один луч, построчно сканирующий поверхность барабана. Конструкция источника излучения однолучевого
Генератор излучения (лазер) испускает лазерный луч при подаче управляющего сигнала. Он должен испускать излучение достаточной мощности (создание в покрытии фоточувствительного барабана разность зарядов) и иметь высокое быстродействие (быстрое включение и отключения луча).
Оптическая система направляет луч лазера на специальное поворотное зеркало. Линзы дополнительно фокусируют луч для повышения разрешающей способности.
Датчик системы синхронизации используется для синхронизации движения луча и вывода данных. Луч непрерывно сканирует поверхность фоточувствительного барабана, при этом необходима строгая синхронизация начала прохода строки лучом и начала вывода данных, определяющих эту строку. Отражающая призма вращается без остановок, поэтому выполнить синхронизацию можно только за счет выдачи потока данных в соответствующий момент, в начале каждой строки. Для определения этого момента времени используется датчик синхронизации, представляющий собой фотоэлемент. Перед проходом каждой строки (при подходе под луч очередной грани призмы) луч отражается на датчик.
Отклоняющая система дополнительно корректирует путь луча к поверхности фоточувствительного барабана, если это необходимо (зеркало или призма).
LED-принтеры
Различия между лазерным принтером является то, что для получения скрытого изображения используется не один луч, построчно пробегающий по поверхности барабана, а множество лучей, испускаемых лазерными светодиодами, собранными в специальную линейку.
Линейка светодиодов состоит из множества тесно расположенных светодиодов, каждый из которых имеет собственные выводы и линзу, фокусирующую луч на поверхности барабана. Диоды располагаются с равномерным шагом, что обеспечивает правильное расположение точек изображения, засвечиваемых на фоточувствительном барабане.
Фоточувствительный барабан. В таких принтерах малое число элементов и отсутствие движущихся деталей (таких, как поворотное зеркало) позволяют добиться высокой надежности и неприхотливости в эксплуатации.
Бумагопротяжные валики. Четыре печатающих механизма. Красители наносятся последовательно, один за другим причем каждый образует собственное изображение (одноцветное), которое, накладываясь на другие, создает различные цвета и оттенки.
Устройства вывода информации
Лазерные принтеры
Лазерную печать можно разделить на лазерные принтеры и LED-принтеры.В лазерных принтерах используется двухэтапный метод нанесения изображения на носитель: получение скрытого изображения и его проявка. Устройство печатающего блока принтера, использующего лазерную технологию, показано на схеме:
Носитель изображения (бумага или пленка). Носитель входит в непосредственный контакт с фоточувствительным барабаном, поэтому следует внимательно относиться к плотности и типу носителя.
Вал переноса служит для переноса красителя с фоточувствительного барабана на носитель. Носитель прижимается к фоточувствительному барабану, и на него переходит тонер. От качества поверхности вала переноса и фоточувствительного барабана зависит, как плотно носитель будет прижат к барабану и, соответственно, насколько качественно будет перенесено изображение.
Бункер для отработанного красителя предназначен для сбора красителя, счищенного с поверхности барабана. Собранный краситель надо периодически удалять.
Нагревательный вал совместно с прижимным валом образует нагревательный блок принтера. Часто этот блок называют печкой или фьюзером. Высокая температура печки необходима для закрепления красителя на носителе. Нагревательный вал представляет собой полый вал с покрытием, исключающим прилипание красителя к валу. Специальное покрытие необходимо, так как закрепление производится при расплавлении полимера, входящего в состав тонера, а прилипшие к поверхности барабана частицы расплавленного полимера могут повредить его. Для нагрева вала используется размещенная внутри него кварцевая лампа. В некоторых принтерах вместо нагревательного вала используют неподвижный нагревательный элемент. Нагревательные элементы с лампой потребляют больше электроэнергии и дольше прогреваются, но имеет больший ресурс работы, чем элемент с пленкой, и может работать при больших скоростях движения бумаги.
Прижимной вал служит для прижимания носителя к нагревательному валу (или нагревательному элементу).
Контроллеры лазерных принтеров должны обладать большой мощностью, так как скорость печати очень высока. Современные принтеры оснащаются мощными процессорами (аналогичными применяемым в компьютерах или специализированными микроконтроллерами), также требуется большой объем буферной памяти
Этапы создания скрытого изображения и его перевод на носитель.
Перенос тонера на носитель происходит либо при непосредственном контакте носителя с фоточувствительным барабаном, либо с применением промежуточного барабана, что может потребоваться для уменьшения разности потенциалов между частицами красителя и носителем. Поскольку не весь тонер переносится на носитель, качество изображения на этом этапе может сильно ухудшаться. Промежуточный барабан переноса увеличивает количество тонера, попадающего на носитель. Тонер, оставшийся на фоточувствительном барабане, удаляется.
Закрепление изображения на носителе производится в нагревательном блоке при плавлении полимера, входящего в состав тонера (частицы красителя приплавляются к носителю).
Лазерный принтер
В этой технологии используется один луч, построчно сканирующий поверхность барабана. Конструкция источника излучения однолучевого
Генератор излучения (лазер) испускает лазерный луч при подаче управляющего сигнала. Он должен испускать излучение достаточной мощности (создание в покрытии фоточувствительного барабана разность зарядов) и иметь высокое быстродействие (быстрое включение и отключения луча).
Оптическая система направляет луч лазера на специальное поворотное зеркало. Линзы дополнительно фокусируют луч для повышения разрешающей способности.
Датчик системы синхронизации используется для синхронизации движения луча и вывода данных. Луч непрерывно сканирует поверхность фоточувствительного барабана, при этом необходима строгая синхронизация начала прохода строки лучом и начала вывода данных, определяющих эту строку. Отражающая призма вращается без остановок, поэтому выполнить синхронизацию можно только за счет выдачи потока данных в соответствующий момент, в начале каждой строки. Для определения этого момента времени используется датчик синхронизации, представляющий собой фотоэлемент. Перед проходом каждой строки (при подходе под луч очередной грани призмы) луч отражается на датчик.
Отклоняющая система дополнительно корректирует путь луча к поверхности фоточувствительного барабана, если это необходимо (зеркало или призма).
LED-принтеры
Различия между лазерным принтером является то, что для получения скрытого изображения используется не один луч, построчно пробегающий по поверхности барабана, а множество лучей, испускаемых лазерными светодиодами, собранными в специальную линейку.
Линейка светодиодов состоит из множества тесно расположенных светодиодов, каждый из которых имеет собственные выводы и линзу, фокусирующую луч на поверхности барабана. Диоды располагаются с равномерным шагом, что обеспечивает правильное расположение точек изображения, засвечиваемых на фоточувствительном барабане.
Фоточувствительный барабан. В таких принтерах малое число элементов и отсутствие движущихся деталей (таких, как поворотное зеркало) позволяют добиться высокой надежности и неприхотливости в эксплуатации.
Бумагопротяжные валики. Четыре печатающих механизма. Красители наносятся последовательно, один за другим причем каждый образует собственное изображение (одноцветное), которое, накладываясь на другие, создает различные цвета и оттенки.