CN1952826A - 用于指示可移动机构位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于将驱动带用作位置编码器的方法和装置。位置控制装置包括耦合到机构的带，其中带包含机器可读位置指令，并可操作以运送该机构。位置控制方法包括从可操作以运送机构的带读取位置指示，和使用该位置指示来判断机构的位置。

Description

用于指示可移动机构位置的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于指示可移动机构位置的系统和方法。

背景技术

位置控制系统通常用于判断移动机构的位置并控制其移动。这些系统可以在相当多种的设备中实施，包括例如喷墨打印机(例如，用于控制打印头的位置)。

喷墨打印机通过使用位于打印头中的喷嘴阵列来将墨滴直接喷射到纸张上来工作。一旦纸张被馈送到打印机中，打印头电机(例如，步进电机或DC电机)就移动驱动带，从而使耦合到这种驱动带的打印头组件移动经过页面。每次打印头将墨点喷射到页面上时(其中以非常精确的量递送颜料(CMYK颜料的组合))，电机可以简短地暂停。在每个完整的操作行程结束时，纸张将行进。根据打印机设计，打印头重新到纸张的开始侧，或在大多数情况下，简单地反向并随着打印向回移动经过页面。因此，打印头位置的控制对于其正确操作而言是首要的。此外，打印头必须以非常稳定和明确的速度移动，使得墨滴以相等的间距间隔，否则图像的某些部分将被压缩而另外一些部分将被扩展，从而产生图像变形。

位置控制系统使用反馈来控制移动机构。例如，在上述的喷墨打印机示例中，打印头(移动机构)附装到带，该带用于将打印头运送经过页面。从定位在与带平行的方向上的分离并独立组装的光学编码条获得位置指示。微处理器使用此位置指示来驱动带，并从而控制打印头的位置和移动。

发明内容

本发明的实施例涉及用于位置控制系统的方法和装置。在一个实施例中，位置控制装置包括耦合到机构的带，其中带包含机器可读位置指示，并可操作以运送该机构(例如，打印头)。在另一个实施例中，位置控制方法包括读取来自可操作以运送机构的带的位置指示，和使用该位置指示来判断机构的位置。术语“带”、“运送带”和“驱动带”在此文中被可互换地使用。

本发明的某些实施例提供了通用、低成本的位置控制系统。此文，本发明的某些实施例能够减少位置控制装置中部件的数量，从而简化其组装。例如，本发明的某些实施例通过使用运送带来用于提供位置反馈信息，去除了对分离的编码元件的需要。此文，本发明的某些实施例提供了位置控制系统，其可以基本免于遭受由移动机构的操作引起的不期望的效应。

附图说明

图1是现有技术位置控制系统的框图；

图2是根据本发明一个实施例的通用低成本位置控制系统的框图；且

图3A-D是可以根据本发明实施例使用的示例性驱动带的一些部分的框图。

具体实施方式

图1是现有技术位置控制系统100。更具体地，系统100是用于喷墨打印机的示例性实施方式，该喷墨打印机包括打印头105，打印头105可以通过驱动带110沿着图1的X轴横向可移动。在此示例中，打印头105经由螺栓135机械地耦合到驱动带110。于是，驱动带110的移动将移动传递到打印头105。打印头105包括光学编码器120，其可操作以从与驱动带110平行定位的光学编码条115读取位置指示。光学编码器120是光发射器和光敏晶体管/光电检测器组件。例如，光学编码条115可以是一片其上打印有一组条纹的光洁的塑料。光学编码条115耦合到打印机的相对两侧，并经过安装在打印头105上的光学编码器120。驱动带110可以具有用于啮合电机125和/或带轮130的嵌齿或肋条，使得由电机125产生的旋转运动将传递到带110，从而使打印头105沿着图1的X轴横向地移动。

在操作时，当电机125被控制系统140激励时，驱动带110运送打印头105经过光学编码条115。使用位置反馈(来自编码器120)来根据打印头105的位置控制电机125的控制系统(例如图1的控制器140)是本领域公知的，因此此文不再详细说明以免转移对此文所示的创造性构思的注意。通常，光学编码带115包含以每英寸150至200线的分辨率印刷的条纹(也称作核对标记)。当打印头105沿着光学编码带115移动时，光学编码器120测量条纹的通过并将此信息通信到控制器140，而控制器140利用带115的分辨率乘以积分因子来判断打印头105的位置。例如，具有每英寸200个条纹的光学编码条115通常允许对打印头105的1/800英寸移动的检测。但是，本领域的普通技术人员根据本公开将认识到，本发明的实施例在范围上不限于可检测移动的任何具体分辨率。控制器140使用位置信息来控制电机125(例如，使打印头105沿着X轴在+/-方向上行进)和/或控制打印头105的喷墨器10-13(例如，以在给定的位置处输出正确的颜料混合物)。

对于此现有技术的一个问题在于其不期望地较为昂贵。光学编码器120是精密部件，且光学编码条115的制造通常涉及光刻处理。对于此技术的另一个问题在于组装处理极为困难，这是因为其涉及将光学编码条115引导穿过打印头105并接着将编码条115可靠地安装到打印机使得其在操作期间不偏移。对于此现有方案的另一个问题在于其增大了产品的总体积。对于此现有方案的另一个问题在于光学编码条115易遭受故障，这是因为当墨滴喷射出打印头时，“气溶胶效应”(aerosol effect)使得墨水的一些部分漂浮在系统周围并落在带115上，而关闭了为检测打印头105的位置所需的间隙。

图2是根据本发明示例性实施例的通用、低成本的位置控制系统200。虽然此实施例描述了示例性的喷墨打印机实施方式，但是，本领域的普通技术人员根据本公开将认识到本发明不限于此具体应用，而可以被类似地用于其中通过运送机构(例如，驱动带210)运送可移动构件(例如，打印头105)的任何其他设备中。例如，此实施例可以用于光学扫描仪或影印机、生产线运送带、材料处理运送带、和机动车曲轴驱动带等等。在此实施例中，带210包含机器可读位置编码，并可操作以运送打印头105。各种类型的机器可读位置编码技术都可以被带210采用。在一个实施例中，带210可以包含允许例如声学信号、超声波信号或光学信号通过的槽。在另一个实施例中，带210包括能反映例如声学信号、超声波信号或光学信号的齿的图案。在另一个实施例中，带210包括磁或金属齿，其可以被读取，以检测打印头105的相应位置。

而且，检测器组件220实现用于读取带210的位置编码。检测器组件220可以包括例如线圈等的磁传感器。可选地，检测器组件220可以包括声学、超声波或光学发射器和检测器组件。在一个实施例中，例如图2所示，检测器组件220固定在打印机上，使得其与打印头105一起移动。在可选实施例中，检测器组件220固定在打印头105上并可以延伸到带210的相对侧，以在打印头105沿着图2的X轴移动时读取带210的位置编码。本领域的普通技术人员根据本公开将认识到，检测器组件220可以定位在其他部位，只要其能够读取由带210实现的位置编码即可。

在操作时，当电机125被控制系统240激励时，带210运送打印头105，且检测器组件200测量位置编码元件(例如，由带210实现的槽或齿)的经过。信息从检测器组件220通信到控制器240以指示所检测的位置编码元件(例如，槽、齿等)的经过。控制器240持续计数已经经过的位置编码元件的数量，从而保持对打印头105位置的追踪。控制器240可以接着根据打印头105的位置及其所期望的轨道来将调整输出到电机125，和/或控制器240可以将指令通信到打印头105以使得喷墨器10-13输出对于打印头105的相应位置正确的颜料混合物。在一个实施例中，检测器组件220发射通过带210的位置编码元件(例如，槽)的声学、超声波或光学信号，检测来自位置编码元件的反射(或透射)，并提供包含已经经过其的位置编码元件数量的输出。在另一个实施例中，检测器组件在带210经过其时检测由带210的磁或金属位置编码元件(例如，齿)产生的磁场。检测器组件220的输出被馈送到控制器240中，其至少部分地基于对位置编码元件的检测数量的计数来判断打印头105的位置。此外，控制器240还可以至少部分地基于当打印头105的位置随着时间改变时由其行进的距离判断打印头105的速度。

考虑到上述，此示例性实施例取消了图1所示的分离的编码条115，而有利地将带210不仅用作运送打印头105的运送机构，而且还用作可以读取(例如，通过检测220)以判断打印头105位置的位置编码机构。虽然图2所示的示例性系统具体针对喷墨打印机，但是本领域的普通技术人根据本公开将认识到，将驱动带用作位置编码器的方法和装置不限于此具体应用。例如，带210可以是用于运送耦合到其的任何类型的机构的任何类型的驱动带，且此文所述的构思可以用于将带210同时用作运送机构和位置编码机构两者。

图3A是根据本发明的示例性实施例的驱动带210A的一部分的框图。在此实施例中，检测器组件220A包括磁检测器。在另一实施例中，检测组件220A可以是磁或电场换能器。可选地，检测器组件220A可以是超声波换能器，例如，压电元件。在一个实施例中，带210A可以包括磁位置编码元件，例如磁齿和/或涂覆有金属材料的齿表面。带210A还可以包括例如磁/金属齿和非磁/非金属凹部或槽的交替序列。在操作时，当带210A移动以运送机构(例如，打印头)时，检测器组件220A检测磁场变化并将此信息馈送到控制系统240，其可以判断经过检测器组件220A的位置编码元件的数量，并可以使用此信息计算所运送的机构(例如，打印头105)的位置。

图3B是根据本发明另一个示例性实施例的驱动带210B的一部分的框图。在此实施例中，检测器组件220B包括光学发射器和检测器。带210B包括光学反射和/或吸收位置编码元件。例如，带210B可以肋装有齿，且齿之间的凹部可以是深色的(例如，染为黑色)，而齿的峰部可以是浅色的(例如，染为白色)。带210B可以包括例如浅色和深色区域的交替序列。在操作时，检测器组件220B将光信号传送到带210B，其接着被白色区域(例如，峰部)反射并被黑色区域(例如，凹部)吸收。当带210B移动以运送机构时，检测器组件220B检测光反射并将此信息馈送到控制系统240，其可以判断经过检测器组件220B的位置编码元件的数量，并可以利用此信息计算所运送的机构的位置(例如，打印头105)。

图3C是根据本发明的另一个示例性实施例的驱动带210C的一部分的框图。在此实施例中，检测器组件220C可以是U形的，包括定位在带210C上方的光源和定位在带210C下方的光学传感器。在此实施例中，带210C可以包括例如光可透射的位置编码元件和光阻挡的位置编码元件的交替序列。例如，带210C包括交替序列的齿和槽。在操作时，检测器组件220C将光学信号传送到带210C，其被齿反射(或被阻挡)并通过槽透射到光学传感器。当带210C移动以运送机构(例如，打印头105)时，检测器组件220C检测光学信号透射并将该信息馈送到控制系统240，其可以判断经过检测器组件220C的位置编码元件的数量并可以利用此信息计算所运送的机构(例如，打印头105)的位置。

图3D是根据本发明另一个示例性实施例的驱动带210D的一部分的框图。在此实施例中，检测器组件220D可以是U形的，包括定位在带210D上方的光源和定位在带210D下方的光学传感器。在另一个实施例中，声源或超声波源定位在带210D上方，而声学或超声波传感器定位在带210D下方。带210D可以包括齿和槽的交替图案。在操作时，检测器组件220D将信号传送到带210D，其被齿反射(或被阻挡)并透射通过槽。当带210D移动以运送机构(例如，打印头105)时，检测器组件220D检测信号透射或反射并将该信息馈送到控制系统240，其可以判断经过检测器组件220D的位置编码元件的数量并可以利用此信息计算所运送的机构(例如，打印头105)的位置。

虽然图3A-D中示出了用于实现位置编码机构的示例性实施例，但是根据本发明的实施例，可以使用现在已知或将来公开的任何其他位置编码技术。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应该理解，可以对此进行各种改变、替换和更改，而不偏离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围。而且，本申请的范围并不意在限制为此说明书中描述的处理、机械、制造、物质组成、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域的普通技术人员将容易从本发明的公开理解的，可以根据本发明利用现有的或将在以后被开发的、可以与此文所述的相应实施例实现基本相同功能或得到基本相同结果的处理、机械、制造、物质组成、装置、方法和步骤。因此，所附权利要求意在将这样的处理、机械、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。

Claims (20)

1.一种位置控制装置，包括：

机构；和

耦合到所述机构的带，其中所述带可操作以运送所述机构，且其中所述带包括能够被读取以用于判断所述机构的位置的至少一个位置编码元件。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括控制系统，所述控制系统耦合到所述带以用于基于所述至少一个位置编码元件判断所述机构的位置。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括磁传感器组件，所述磁传感器组件磁耦合到所述带以用于读取所述至少一个位置编码元件。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括光学发射器和检测器组件，所述光学发射器和检测器组件光学地耦合到所述带以用于读取所述至少一个位置编码元件。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括声学发射器和检测器组件，所述声学发射器和检测器组件声学地耦合到所述带以用于读取所述至少一个位置编码元件。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述机构是打印头。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述机构是从以下机构组成的群组中选择的一个机构：

用于将数字信息输出在有形介质上的头，和用于将来自有形介质的信息输入到数字存储设备的头。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述用于将数字信息输出在有形介质上的头是用于将所述信息打印到文档的打印头，而所述用于将来自有形介质的信息输入到数字存储设备的头是用于将来自文档的信息光学扫描到所述数字存储设备的光学扫描仪。

9.一种用于运送机构的带，所述带包括：

多个位置编码元件，用于提供所述机构的位置指示的机器可读编码。

10.根据权利要求9所述的带，还包括传感器，所述传感器可通信地耦合到所述带以用于读取所述多个位置编码元件。

11.根据权利要求10所述的带，还包括控制系统，所述控制系统可通信地耦合到所述传感器，其中所述控制系统可操作以根据由所述传感器读取的所述多个位置编码元件来判断所述带上的所述机构的位置。

12.根据权利要求9所述的带，还包括由以下组件组成的群组中选择的至少一个组件：光学地耦合到所述带以用于读取所述多个位置编码元件的光学发射器和检测器组件；和声学地耦合到所述带以用于读取所述多个位置编码元件的声学发射器和检测器组件。

13.根据权利要求9所述的带，其中所述位置编码元件包括齿，其中所述齿的子集的每个齿包括磁元件以用于将所述位置指示编码。

14.根据权利要求13所述的带，还包括：

磁传感器组件，所述磁传感器组件可通信地耦合到所述带以用于读取所述磁元件。

15.一种位置控制方法，包括：

从运送机构的带提供的机器可读编码读取位置指示；和

使用所述位置指示判断所述机构的位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中读取所述机器可读位置指示的步骤包括从以下步骤组成的群组中选择的至少一个步骤：

读取磁信号、读取光学信号、和读取声学信号。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括基于所述机构的位置判断机构速度。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括至少部分地基于所判断的所述机构的位置来控制驱动电机以移动所述带。

19.一种系统，包括：

带，其中所述带包括至少一个位置编码元件；

附装到所述带的头，其中所述带可操作以运送所述头，且所述头可操作以对介质打印或从所述介质扫描信息；

传感器，所述传感器可操作以读取所述至少一个位置编码元件；和

控制器，所述控制器可通信地耦合到所述传感器，其中所述控制器可操作以基于正被所述传感器读取的所述至少一个位置编码元件来判断所述头的位置。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括：

耦合到所述带的电机，其中所述电机可操作以移动所述带来运送所述头，且其中所述控制器可通信地耦合到所述电机并可操作以控制所述电机。

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