CN103476593B - 用于测量色带张力的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种色带，色带包括衬底膜，其中膜包括可张紧材料；以及设置在色带上的油墨。一段长度的色带包括已被张紧以提供代码的部分，通过测量该一段长度的色带上的张力可从色带读取该代码。

Description

用于测量色带张力的系统

技术领域

本公开涉及从打印机色带读取代码的方法。具体来说，本公开涉及通过测量色带的张力来识别打印机色带属性的方法。

背景技术

有许多类型的装置都使用色带，包括各种类型的打印机，比如热转印打印机。色带可为各种类型，包括不同的宽度、长度、厚度、油墨颜色、色带材料等等。通常，在简易卷轴（例如，该卷轴可为硬纸管）上供应色带。因此，色带本身不向打印机提供关于色带品质的任何信息；相反，由用户来选择恰当的色带类型并对打印机进行相应操作。

发明内容

本公开提供一种通过施加特定张力特征然后测量这些特征来提供代码而识别色带属性的方法。所述代码提供关于色带的信息，允许打印机通过沿色带的一部分测量张力而自动检测色带的某些属性。

一方面，色带包括衬底膜以及布置在衬底膜上的油墨，其中，膜包括可张紧材料。一段长度的色带包括已被张紧以提供代码的部分，通过测量该一段长度的色带上的张力可从色带读取该代码。

另一方面，一种用于从打印机色带读取代码的方法包括提供打印机和提供色带。用数据编码色带。色带插入到打印机中。色带穿过打印机的一部分。测量表示色带上张力的参数来提供张力数据。对张力数据执行算法来读取代码。基于代码操作打印机的至少一个特征。

另一方面，一种在色带上施加张力代码的方法包括提供色带和卷轴。色带被缠绕在卷轴上。当将色带缠绕在卷轴上时，改变施加到色带的力在色带上施加张力代码。

上述段落已以总体介绍的方式提供，并且不欲限制下文权利要求的范围。通过联系附图参考下文的详细说明，将最佳理解目前优选实施方式以及进一步的优点。

附图说明

图1图示了打印机和色带的实施方式。

图2为图示了来源于色带实施方式的原始张力数据的图表。

图3为图示了向图2的色带所实施的修正的图表。

图4为图示了来源于色带实施方式的修正后的张力数据的图表。

图5为图示了色带检测过程的一种实施方式的步骤的流程图。

图6为图示了滤波前和滤波后图3的张力数据的图表。

图7为图示了图6的滤波后数据和滤波后数据的导数的图表。

图8为将来源于图6和图7的数据图示在一张图表中的图表。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行说明，在这些附图中，相同的元件由相同的附图标记表示。通过下文的详细说明，可更好地理解本发明的各种元件的关系和功能。但是，下文所描述的本发明的实施方式仅为示例性的，并且本发明不限于附图中所举例说明的实施方式。

本公开提供一种系统，其允许信息以卷绕色带张力变化的形式在色带中编码，然后在打印期间可读取该信息以提取代码。代码使打印系统能够自动配置参数，比如色带宽度、长度或颜色。系统特别适合与热转印打印机一同使用，特别是热转印打码机（TTO）。然而，该系统适用于使用能够被张紧的色带的任何类型的装置，包括例如击打式打印机。

与该系统一同使用的色带可为用于TTO打印机的常规色带。色带包括衬底膜和布置在衬底膜上的油墨。油墨可以是例如液体油墨或被打印头的加热元件熔化的固体油墨。膜包括可张紧材料。“可张紧”意味着可对色带进行改变，随后可通过测量色带上的张力识别改变。具体来说，不同程度地张紧色带的各个部分，以便可通过测量色带那些部分上的张力来从色带读取代码。可通过任意适当的方法来张紧色带（即，经过改变以产生具有不同可测量张力的部分）。例如，当色带缠绕在卷轴上时，可通过拉拽色带的离散部分来张紧色带。或者，可通过改变卷绕卷轴上的转矩或速度来施加张力，以产生张力代码。也可通过在色带制造期间控制色带或其衬底膜的结构（比如提供不同的厚度、密度，或其他材料属性）来张紧色带，以提供所需张紧部分。优选地，在生产期间当将色带缠绕在卷轴上时把张力代码施加给色带。通常，色带的厚度在5微米到10微米之间，长度在100米到1500米之间。优选地，衬底膜可包括聚酯膜。

通过沿着一定长度的色带提供张力不同的区域或部分来在材料中提供代码。优选地，代码为二进制代码，且优选地，为至少4位代码。或者，代码可为模拟代码。包括具有代码的张紧部分的色带的长度可包括等于卷轴的两个周长的色带长度，在一种实施方式中，该长度可为至少2m。

当从卷轴上释放色带时，通常在将色带插入到打印机中之后，通过测量色带中的张力来识别代码。可通过任何适当的方法来测量张力。张力可通过测量供应给两个电机的功率、测量卷轴半径，以及与电机的步进率相关的两个电机的校准系数来计算。或者，可直接测量张力，比如用与色带接触的测力传感器，或可移动辊，可移动辊的移动受渐进式弹簧限制，并且该弹簧的位置由一个或更多位置传感器测量。

在一种实施方式中，用于测量色带张力的系统包括色带、色带驱动机构和张力检测器。在美国专利第7150572号中可找到这类系统的实施方式（该专利的内容以引用的方式并入本文）并在图1中展示。参考图1，根据示范性实施方式按照图式举例说明的打印机具有由虚线1表示的外壳，该外壳支撑第一轴2和第二轴3。可更换的打印头4（PR头）可安装在外壳上，可沿由箭头5所示的线性轨迹更换打印头4。打印机色带6从卷轴支架8上接收的卷轴7延伸，卷轴支架8由轴2驱动，绕过辊9和辊10到达卷轴支架12上支撑的第二卷轴11，卷轴支架12由轴3驱动。在辊9和辊10之间的色带6遵循的路径经过打印头4的前部。将沉积打印的衬底13遵循与辊9和辊10之间的色带6平行的路径，色带6介于打印头4和衬底13之间。

轴2由步进电机14（SM）驱动，轴3由步进电机15（SM）驱动。另一个步进电机16（SM）控制打印头4在其线性轨迹上的位置。控制器17按下文更详细的描述控制三个步进电机14、15和16中的每一个，步进电机能够在箭头18所示的两个方向上驱动打印色带6。尽管图1展示了可使用本文中所描述的检测系统的打印机的特定实施方式，应了解这仅为示范性的实施方式，且检测系统可与其他类型的打印机和装置一同使用。

本公开进一步提供了一种检测打印机色带的方法。经过编码的色带插入到打印机中并且穿过打印机的一部分。例如，可在卷轴上提供色带，该卷轴布置在打印机的第一卷轴支架上，色带的一端缠绕在布置在打印机的第二卷轴支架上的另一卷轴上。测量表示色带上张力的参数，或者色带的张力本身来提供张力数据。对张力数据执行算法以读取代码。例如，代码可包括关于色带的长度、宽度、厚度、颜色或油墨类型的信息。基于该代码来操作打印机的至少一个特征。这种操作参数可包括最大打印速度、标称张力设置，和打印头的加热参数。

算法可包括各种步骤或数据转换以获得代码。具体来说，可基于打印机的操作来修正数据。也可滤波数据来去噪。可对数据进行数学运算，比如取数据的导数。

如果使用数字代码，优选地，代码为足够数量的位以确保将所需信息精确和可靠地提供给打印机。代码可从四位到十位或更多位。在一种实施方式中，代码为至少四位。代码可包括两个部分，初始序列和数据序列。数据序列的一个或更多个位可用于提供用于误差检测的奇偶校验。尽管更长的代码增加了可被编码的数据的量，但是更长的代码会导致系统的数据获取时间增加。

在色带上施加的代码提供对缠绕色带中一段色带上的张力调制。测量一部分色带上的张力（或者表示张力的参数）的过程可在色带上重复一次或多次以提供数据的冗余，并且当部分所使用的色带装载在打印机上时允许数据获取。每次旋转可至少测量一次张力。但是，当然可能进行更频繁的张力测量。

张力调制过程使用脉冲编码调制向色带张力添加代码。使用一对张力水平或阈值来表示每个二进制数字为‘0’或‘1’。阈值的最佳值视色带的各种属性（包括结构宽度或材料）而定，并且可通过实验根据经验来决定。在一种实施方式中，对于宽度为55mm的色带，在使用色带期间的标称张力为4牛，并且所使用的实际值为0.8牛和2.4牛来分别表示‘0’和‘1’。因为代码在缠绕色带时产生，但在释放色带时读回，所以在缠绕过程期间编码时，优选将代码的序列颠倒。

在一类TTO打印机（例如，VideojetDataFlex?Plus）的操作中，打印机不断监测两个卷轴之间的色带张力，并对电机的运动进行修正，以便将张力保持在适当范围内来获得令人满意的打印。但是，可在能够测量所安装色带的张力（或者测量表示张力的参数以从其他属性间接导出张力）的任何打印机中实施本系统。

如果色带包含如上文所述编码于色带的张力中的代码，那么打印机将检测这些张力变化并尝试对其进行修正。将根据张力数据实例描述一种分析张力数据以提供代码的方法的实施方式。图2展示在VideojetDataFlex?Plus打印机（包括图1中所示的机构）正常运行期间所读取的一组张力读数的实例，其使用其上编码有数据的色带。Y轴表示任意单位的所测量张力，X轴表示进给数量。为了提取编码数据，所测量的张力与由打印机做出任意修正以获得适当张力的知识一同使用，以重建色带的真实张力曲线。具体来说，每次通过从系统增加或减少一定量的色带而进行修正时，都是以修正低于或超出张力的过度的量为目的。将正在进行修正的张力的量添加到正在运行的张力偏移。在任意点的‘真实的’张力为当前张力值与正在运行的张力偏移之和。图3展示打印机对图2的张力读数所进行的修正。真实的张力曲线表示在不进行修正的情况下（并且在所得张力不会导致色带断裂或变松弛的情况下）张力会变成怎样。图4展示对图2使用的数据应用的此修正过程的结果。

在重新建立真实张力曲线之后，然后让数据经历数个信号处理阶段，从而提取出代码。图5中展示了用于提取代码的完整过程的实施方式。该过程作为流水线，并且每次产生张力数据的新项目时便执行所列出的步骤；通常情况下，这发生在每次打印进给结束时。张力数据的该新项目与修正数据的相应项目一同用于计算真实张力。

然后，对真实张力数据进行数字低通滤波。可使用任何适当的数字滤波器。滤波器的类型和属性可根据打印机和色带的类型而定。优选的滤波器为截止频率为1.3周期/米的31抽头FIR滤波器。但是，可使用其他低通滤波器实现或截止频率。关键点在于滤波器从信号移除噪声，在其输出中只留下移动缓慢的信号。图6为展示滤波前和滤波后图3的张力数据的图表。噪声线为未滤波的信号，平滑的线展示低通滤波后的信号。

接着，通过取得每个数据点和紧接该数据点的数据点之间的差来计算图6的滤波后信号的导数。然后，应用正阈值水平和负阈值水平。这些阈值的使用允许转变被识别：在导数的绝对值超出正阈值（即，比正阈值更高）时，发生低到高水平转变。在导数的绝对值超出负阈值（即，比负阈值更低）时，会发生高到低水平转变。在没有转变时，维持先前的水平。图7基于阈值举例说明了转变的计算。

总之，此过程将张力数据的项目转换成两个水平之一，并且所得到的数据被供应到存储缓冲器中，该存储缓冲器的大小等于包含与一个代码等价的数据所必需的大小。

下一个步骤为从处理过的信号提取代码。在优选方法中，通过将处理过的数据分成几个区域来提取代码，所述区域的数量等于位的数量，其中每个区域与一个来自代码的位对应。在每个区域中，测量曲线以下的面积。最大可能面积与理想情况下‘1’的面积对应。理想的‘0’的面积为零。在每个区域中，控制器通过将实际面积与理想‘1’的面积的某个比率（比如50%）相比来决定是否是‘0’或‘1’。可使用不是50%的值，例如30%到70%范围内的值。如果实际面积等于或大于此量，则识别为‘1’。否则，其被识别为‘0’。另外，针对每个位可获得相关误差：对于‘1’来说，相关误差为理想‘1’的面积与实际面积之间的差。对于‘0’来说，相关误差为实际面积。因此，提取出代码以及总体相关误差（优选地为每个位的相关误差之和）。如果总体相关误差大于预定量，则打印机可拒绝该色带或者重新读取代码并重复该过程。

如果有效负载位中的一个被用于奇偶校验，则可实施最终误差检测机构。偶校验要求在代码中‘1’的数量是偶数。奇校验要求‘1’的数量是奇数。奇偶校验位被设置为确保当在将代码编码到色带张力前初始产生代码时满足标准。读取回代码后，如果此标准不满足，则认定数据为损坏的并将其丢弃。

图8中展示整个数据处理算法。此图具有一组竖直线，这些竖直线表明将存储缓冲器分割成7个区域，如图8中编号标记。另外，用于代码“1010011”的理想波形已被覆盖。由此可看出区域1和区域7如何完美满足‘1’的标准，区域3和区域6是不完美的‘1’，波形的上升边缘在开始一段之后进入这些区域，而不是在起点处。诸如这些的时序误差是由整个系统中出现的各种噪声和失真造成的。类似地，区域5为完美的‘0’而区域2和区域4为不完美的‘0’。总之，图8中所展示的相关误差足够让打印机接受代码为有效的。

应领会，最好在色带制造过程的色带缠绕部分期间将张力代码编码到色带中。可在恒定的线性色带速度，或恒定的色带转动速度，或甚至在变化的色带速度下编码张力代码。上文所述的方法可适用于恒定的线性速度。在恒定转动速度的情况下，编码将被修改以应对变化的线性速度。当算法依赖于用于对张力图案编码的色带长度的知识时，可使用长度的估计而非精确值。对长度的估计基于读回张力图案的时段上卷筒的直径。只要实际长度与本文中所描述的类似，则系统的整体精确度应该足够。

同样地，其足以仅在色带的一部分中实施此编码系统，例如在色带的开头中。这将仅在第一次安装时识别每个新色带。

尽管上述实例中展示了包括两个步进电机作为驱动电机的打印机中编码色带的读取，但本方法可用于具有包括一个步进电机及一个DC电机的色带驱动器的打印机。在这类色带驱动器中，通常使用恒流模式下的DC电机来设置张力从而控制色带中的张力。因此，步进电机不直接测量张力或做出修正来将张力保持在限制内。在这种打印机中，缠绕在卷轴上的色带的张力变化将导致DC电机不得不比步进电机旋转稍微不同的量来维持张力。在这种情况下，与通过直接测量张力来读取代码不同，可通过测量每个电机给进的色带的长度比率来读取代码。缠绕在卷轴上的色带的张力变化会引起此比率改变。为了间接地测量张力，可通过监测由DC电机产生的换向脉冲来检测由DC电机给进的色带的长度，通常每次旋转有12次换向脉冲。或者，为了更精确，可将编码器附接到每次旋转产生更高数量的脉冲的DC电机轴。

所描述和举例说明的实施方式被认为是说明性的，且在特性上没有限制，应了解仅仅展示和描述了优选实施方式，且要求保护在权利要求所界定的本发明的范围内的所有变化和修改。应了解在说明书中使用如“更可取的”、“优选地”、“优选的”或“更优选的”等词时，暗示这样描述的特征可能为比较理想的，然而可能不是必要的，并且可认为没有这种特征的实施方式在权利要求所界定的本发明的范围之内。关于权利要求，除非在权利要求中明确说明，否则，当在特征之前使用如“一”、“至少一个”或“至少一部分”等词时，并不欲将权利要求限制为仅有一个此类特征。除非明确说明，否则，当使用语言“至少一部分”及/或“一部分”时，该项可包括一部分及/或整项。

Claims (23)

1.一种色带，包括：

衬底膜，其中所述膜包括可张紧材料；以及

布置在所述膜上的油墨；

其中，一段长度的色带包括已被张紧以提供代码的部分，通过测量这段长度的色带上的色带张力可从所述色带读取所述代码。

2.根据权利要求1所述的色带，其中所述色带的厚度在5微米与10微米之间。

3.根据权利要求1所述的色带，其中所述衬底膜包括聚酯膜。

4.根据权利要求1所述的色带，其中所述色带适应于热转印打印机。

5.根据权利要求1所述的色带，其中所述代码为至少4位的代码。

6.根据权利要求1所述的色带，其中包括已被张紧以提供代码的部分的色带的长度是至少5m。

7.一种用于测量色带张力的系统，包括：

权利要求1所述的色带；

所述色带的驱动机构；

控制器；以及

张力测量装置，所述张力测量装置被配置为对表示已被张紧以提供代码的色带部分中的张力的参数进行监测。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述张力测量装置包括测力传感器。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述张力测量装置包括可移动辊。

10.一种用于从打印机色带读取代码的方法，所述方法包括：

提供打印机；

提供色带，其中所述色带编码有数据；

将所述色带插入到所述打印机中；

使所述色带穿过所述打印机的一部分；

测量表示所述色带上的张力的参数以提供张力数据；

对张力数据执行算法以读取代码；以及

基于所述代码操作所述打印机的至少一个特征。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述代码为至少4位的代码。

12.根据权利要求10所述的方法，其中对所述张力数据执行算法包括使用张力修正数据。

13.根据权利要求10所述的方法，其中对所述张力数据执行算法包括对所述张力数据滤波。

14.根据权利要求10所述的方法，其中对所述张力数据执行算法包括找出所述张力数据的导数。

15.根据权利要求10所述的方法，其中对所述张力数据执行算法包括计算正阈值和负阈值。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述代码包括初始序列和数据序列。

17.根据权利要求10所述的方法，其中测量所述色带的张力包括测量供应到所述打印机的部件的功率。

18.根据权利要求10所述的方法，进一步包括两个卷轴，所述色带缠绕在所述两个卷轴上并且一段色带在所述两个卷轴之间保持张紧，其中测量表示色带上张力的参数以提供张力数据包括测量表示在所述两个卷轴之间保持张紧的一段色带上的张力的参数。

19.根据权利要求18所述的方法，其中在所述卷轴之一的每次旋转中，至少一次测量所述表示色带上张力的参数。

20.一种在色带上施加张力代码的方法，包括：

提供色带；

提供卷轴；

将所述色带缠绕在所述卷轴上；以及

当将所述色带缠绕在所述卷轴上时，改变施加到所述色带的力以在所述色带上施加张力代码。

21.根据权利要求20所述的方法，其中改变施加到所述色带的力的步骤包括在缠绕期间改变所述色带上的拉力。

22.根据权利要求20所述的方法，其中改变施加到所述色带的力的步骤包括在缠绕期间改变缠绕卷轴的转矩。

23.根据权利要求20所述的方法，其中改变施加到所述色带的力的步骤包括在缠绕期间改变缠绕卷轴的速度。