CN101276178B - 成像装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置，包括步进电机，与步进电机连接的部件，和控制步进电机的控制器。通过选择具有避免共振的驱动频率的速度控制表，控制器控制步进电机以和共振频率不相等的驱动频率加速或减速，目的是避免步进电机和部件之间共振。因而，该成像装置可以避免步进电机和部件之间共振，将振动和噪声减到最小，并且防止部件故障。该成像装置还包括第一存储单元，其存储部件的共振频率；和第二存储单元，其存储具有依据速度控制周期设置的不同驱动频率的速度控制表。

Description

成像装置和方法
技术领域
本发明的方面涉及一种成像装置和一种驱动成像装置的方法。更具体而言，本发明的方面涉及一种能降低其上所安装的步进电机的振动的成像装置。
背景技术
通常，步进电机是根据输入直流电压或输入交流电压而不断旋转的电机。步进电机是一种无刷、同步的电机，其能将全程旋转分成多个步(step)。当电子整流(commutate)时，可以精确地控制电机的位置，不经任何反馈机构。
这种步进电机由于可以得到精确地控制，因此可用于成像装置，例如，打印机、传真机、多功能设备等等。
然而，使用步进电机可以导致共振的产生，其中共振是当步进电机的驱动频率和与步进电机连接的成像装置一部分的共振频率相等的时候产生的。换句话说，当步进电机的机械和电气属性达到某一驱动频段时，步进电机突然振动，或经历输出转矩的降低。在成像装置中，共振引起振动和噪声，并且降低成像装置的性能和寿命。
发明内容
因此，本发明一方面提供了一种成像装置，能够考虑部件的共振频率，来防止步进电机和与步进电机连接的成像装置部件之间的共振。
本发明前述和/或其它方面通过提供具有步进电机的成像装置来实现，所述成像装置包括：第一存储单元，用于存储与步进电机连接的部件的共振频率；第二存储单元，用于存储多个速度控制表，其中依据速度控制周期，设置不同的驱动频率；和控制器，用于使用速度控制表来控制步进电机的操作。该驱动频率是当驱动步进电机时对于步进电机的共振频率可以避免共振的频率。
依据本发明的一方面，该部件可以包括激光扫描单元。
依据本发明的一方面，该部件可以包括扫描单元。
依据本发明的一方面，多个速度控制表可以包括包含具有基于全步模式的多个脉冲和脉冲间的间隔的驱动频率的速度控制表。
依据本发明的一方面，多个速度控制表可以包括包含具有基于半步模式的多个脉冲和脉冲间的间隔的驱动频率的速度控制表。
依据本发明的一方面，多个速度控制表可以包括步进电机的共振频率以外的驱动频率。
本发明其它的方面和/或优点一部分将从下面的描述中阐明，一部分将从描述中显而易见，或者可以从本发明的实施中学习。
附图说明
结合附图，从下面示例性实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更容易理解，在附图中：
图1是依据本发明示例性实施例的成像装置的控制方块图；
图2是示出图1所示的步进电机角速度和驱动频率的曲线图；
图3是示出依据速度控制表的速度控制周期的驱动频率的表；
图4是示出为了避免共振的速度控制表改进的图表；
图5是示出为了避免共振的速度控制表另一个改进的图表；和
图6是示出依据本发明示例性实施例的成像装置中步进电机的驱动控制方法的控制流程图。
具体实施方式
现在将对本发明示例性实施例进行详细参考，本发明的示例由附图示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。下面描述实施例是为了通过参考附图来解释本发明的各方面。
图1是依据本发明示例性实施例的成像装置100的控制方块图。如图1所示，成像装置100包括速度控制器10、时钟发生器20、第一存储单元30、第二存储单元40、控制器50、电机驱动器60、步进电机70、和部件80。
步进电机70和部件80连接，并且可以驱动部件80。部件80可以是成像装置100的多种部件，例如，扫描单元、或激光扫描单元。如图2所示，当步进电机70在第一方向上，例如通过在顺时针方向上进行旋转，来线性地驱动部件80(扫描单元)。步进电机70的旋转分成速度控制周期。速度控制周期包括：加速周期，在该周期步进电机70的速度增加；恒速控制周期，在该周期步进电机70的速度保持不变；和减速周期，在该周期步进电机70的速度减小。
速度控制器10依据例如用于移动扫描单元的驱动条件和用于恢复扫描单元位置的驱动条件，确定步进电机70的动作条件。时钟发生器20依据速度控制周期而输出参考时钟信号，其包括相应步进电机70的驱动频率的脉冲。驱动频率与步进电机70的旋转有关。
第一存储单元30存储与步进电机70连接的部件80的共振频率。第二存储单元40存储多个速度控制表，其中依据每个速度控制周期设置了不同的驱动频率。
如图3所示，每个速度控制表存储驱动频率，其中依据每个速度控制周期(加速周期、恒速周期和减速周期)设置驱动频率。驱动频率可以根据全步(full step)、半步(half step)和微步(micro step)而改变。全步使用完整的参考时钟信号，即，一个脉冲，并且因而，步进电机70对于每个脉冲旋转一步。半步只使用脉冲的一半，并且因而，当输入两个脉冲时步进电机70旋转一步。微步可以涉及例如1/4微步、1/8微步，等等。1/4微步仅使用一个脉冲的1/4，并且因而当输入四个脉冲时步进电机70旋转一步。1/8微步仅使用一个脉冲的1/8，并且因而，当输入八个脉冲时步进电机70旋转一步。各个驱动频率不包括步进电机70的共振频率。
控制器50以速度控制器10做出的决定为基础，使用存储在第二存储单元40中的速度控制表，输出关于速度控制周期的驱动频率，并且使用电机驱动器60驱动步进电机70。控制器50以参考时钟信号为基础，调整脉冲数量和脉冲之间的脉冲间隔，从而依据速度控制周期，调整驱动频率。较短的脉冲间隔涉及步进电机70的更快旋转。较长的脉冲间隔涉及步进电机70的更慢旋转。
如上描述，可以精确地控制步进电机70。然而，在某些速度时步进电机70可能产生共振。共振可能导致步进电机70不必要的振动和减少转矩。当步进电机70的驱动频率和部件80的共振频率相等时，产生共振。部件80的共振频率存储在第一存储单元30中。共振可能导致振动和噪声，并且可以降低部件80的性能和寿命。
如图4和图5所示，如果共振产生，当使用特定的速度控制表控制步进电机70时，即，当步进电机70的驱动频率和共振频率相等时，控制器50使用不同的速度控制表，从而驱动频率和共振频率不相等。因此，避免了步进电机70和部件80之间的共振。
如图4所示，当共振频率是f2-1时，控制器以第一速度控制表为基础控制步进电机70在第一加速周期期间使用驱动频率f1-1执行第一加速。第一速度控制表可被称为参考速度控制表。然而，因为驱动频率f2-1和共振频率相等，因此控制器从第一速度控制表切换到另一个速度控制表(例如第二速度控制表)，以避免共振。因而，控制器将驱动频率f2-1变成另一个驱动频率，因此可以避免共振。
如图5所示，当共振频率是f4-1时，控制器50在加速周期和恒速控制周期期间，使用第一速度控制表的加速周期和恒速控制周期的驱动频率，控制步进电机加速，或以恒速旋转。然而，因为在减速周期驱动频率f4-1和共振频率相等，控制器变到另一个速度控制表(例如，第n速度控制表)，以避免共振。因而，控制器50将驱动频率f4-1变成另一个驱动频率，因此可以避免共振。
参考图6，现在将更详细地描述控制器50的操作。首先，在操作S100中，控制器50以从第一速度控制表(例如，参考速度控制表)读出的驱动频率驱动步进电机70。
在操作S101中，控制器读取存储在第一存储单元30中的共振频率。在操作S102到S111中，控制器确定第一加速周期、第二加速周期、恒速周期、第一减速周期和第二减速周期的驱动频率是否和共振频率相等。
如果驱动频率中一个也不和共振频率相等，则控制器50使用参考速度控制表的驱动频率控制步进电机70在每个速度控制周期期间的旋转。
然而，如果驱动频率中任一个和共振频率相等，则控制器50从参考速度控制表切换成替代速度控制表，以避免共振。控制器50依据替代速度控制表的驱动频率，在每个速度控制周期期间，控制步进电机加速、以恒速旋转、或减速。
依据本发明的各方面，当驱动步进电机70时，控制器50使用替代速度控制表代替参考速度控制表，以和部件80的共振频率不同的驱动频率来控制步进电机操作，其中部件80和步进电机连接。如果参考速度控制表具有能引起共振的驱动频率，则控制器50切换到替代速度控制表。因此，成像装置100可以避免步进电机70和部件80之间的共振，将振动和噪声减到最小，并且防止部件80的故障和/或寿命降低。
虽然已经示出且描述了本发明的几个示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解在不背离本发明原则和精神的情况下，可以在这些示例性实施例中进行改进，本发明的范围由权利要求和其等价物限定。

Claims (13)

1.一种成像装置，包括：
步进电机，用于驱动部件；
第一存储单元，用于存储部件的共振频率；
第二存储单元，用于存储多个速度控制表，该速度控制表具有与在部件驱动期间使用的速度控制周期对应的驱动频率；和
控制器，用于通过选择具有与共振频率不相等的驱动频率的速度控制表之一来控制步进电机的驱动频率，
其中该控制器通过比较所选择的速度控制表的每个驱动频率和共振频率来选择速度控制表。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中该部件是激光扫描单元。
3.如权利要求1所述的成像装置，其中该部件是扫描单元。
4.如权利要求1所述的成像装置，其中速度控制表之一包括具有基于全步模式的多个脉冲和脉冲间的间隔的驱动频率。
5.如权利要求1所述的成像装置，其中速度控制表之一包括具有基于半步模式的多个脉冲和脉冲间的间隔的驱动频率。
6.如权利要求1所述的成像装置，其中速度控制表之一包括具有基于微步模式的多个脉冲和脉冲间的间隔的驱动频率。
7.如权利要求1所述的成像装置，其中该第二存储单元不存储步进电机的共振频率。
8.如权利要求1所述的成像装置，其中该速度控制周期包括加速周期、恒速周期、和减速周期。
9.如权利要求1所述的成像装置，其中多个驱动频率与每个速度控制周期相关。
10.一种使用步进电机驱动成像装置的部件的方法，该方法包括：
依据参考速度控制表操作步进电机以驱动部件，该参考速度控制表包括与用于驱动部件的速度控制周期对应的第一驱动频率；
比较驱动频率和部件的共振频率；
如果任何一个比较的驱动频率和共振频率相等，则依据第二速度控制表操作步进电机，该第二速度控制表包括相应于速度控制周期的第二驱动频率。
11.如权利要求10所述的方法，其中该第二速度控制表的驱动频率和共振频率不相等。
12.如权利要求10所述的方法，其中该速度控制周期包括加速周期、恒速周期、和减速周期。
13.如权利要求10所述的方法，其中比较驱动频率包括：在依据每个驱动频率驱动步进电机前，比较每个驱动频率和共振频率。
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