CN204020261U - 一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，包括：光栅条、步进电机、移动载体、同步皮带、载体轴、左侧架和右侧架；其中，移动载体上设置有可分离的打印头；光栅条固定地横跨于左侧架和右侧架之间；移动载体与同步皮带固定连接，移动载体与载体轴滑动连接，步进电机根据一逻辑定位信号，通过同步皮带驱动移动载体在载体轴上运动至与逻辑定位信号对应的打印位置；光栅条设置为与移动载体非接触式连接，通过检测光栅条与移动载体之间的相对移动，对移动载体在载体轴上的位置进行物理定位。根据本实用新型的定位结构，可以提高打印精度、打印连续性和打印正确率，对于有价票据的打印，可以防止打印出废票。

Description

一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构

技术领域

本实用新型涉及一种打印机定位结构，特别是一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，属于打印设备领域。

背景技术

现有的针式或喷墨式打印机，一般均由打印机械装置和控制驱动电路两大部分组成，以针式打印机为例，打印机械装置主要包括字车（移动载体）与传动机构、打印针控制机构、色带驱动机构，以及走纸机构和打印机状态传感器等，这些机构都为精密机械装置，以保证各种机构能实现下面的各种运动。

针式打印机在正常工作时有三种运动，即包含打印头的移动载体的横向运动、打印纸的纵向运动和打印针的击针运动。对于喷墨打印机，打印针的击针运动可替换为从喷墨口的喷出墨水。这些运动都是由控制驱动电路，通过一些精密机械进行的。

而对于高精度打印，以及重要文件的打印，例如发票等有价票据的打印，要求较高的打印机定位精度，对于针式和喷墨打印机，这相当于要求运动部分，即移动载体具有较高的定位精度，而现有的针式和喷墨式打印机一般没有专门的定位机构，而是依靠传动机构来作为定位的手段，由控制驱动电路提供逻辑定位信号，电机将逻辑定位信号转化为驱动信号，驱动移动载体运动至待打印的位置，实际是基于开环控制的电机传动定位结构，定位精度取决于传动机构的机械精度和电机输出的精度。开环式控制要达到准确的实现，就必须的依赖多样的外界条件约束，例如依靠机构传动的高精度、持久的一致性、运动过程的不受外物干扰，而且一旦出现失误，就会造成系统失控的情况。例如，运动路径上存在障碍物，其阻挡或影响移动载体的运动，以及机构传动的误差等，造成移动载体无法按逻辑控制信号到达预设的打印位置，或当前打印位置的逻辑定位与实际位置不一致，结果是打印不正确，例如打印重合、打印错位等，对于有价票据，这会造成废票的产生，带来极大的损失。

为了解决基于开环式控制的打印存在的打印出错的风险，尤其是对于一些重要文件的打印，例如打印有价票据时的废票的风险。一方面在传动机构上应提高机械精度，包括电机的精度，作为打印机移动载体的高精度定位的基础，另外从控制学上考虑，应该引入专门的定位结构和位置检测机构，进一步保证打印机的打印定位精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，通过所述定位结构，实现基于光栅及步进电机的打印机闭环式定位。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提出了一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，包括：光栅条、步进电机、移动载体、同步皮带、载体轴、左侧架和右侧架；其中，移动载体上设置有可分离的打印头；光栅条固定地横跨于左侧架和右侧架之间；移动载体与同步皮带固定连接，移动载体与载体轴滑动连接，步进电机根据一逻辑定位信号，通过同步皮带驱动移动载体在载体轴上运动至与逻辑定位信号对应的打印位置；光栅条设置为与移动载体非接触式连接，通过检测光栅条与移动载体之间的相对移动，对移动载体在载体轴上的位置进行物理定位。

优选地，光栅条设置为分别与载体轴、同步皮带平行。

优选地，光栅条由具有高稳定度的抗静电胶片材料制成，光栅条上设置有均匀等距分布的刻度尺，其中该刻度尺包括等距间隔的非全透明图案。

优选地，还设置有光栅编码器，其设置为与光栅条相对移动，通过光栅编码器检测光栅条上的图案，基于光栅检测的物理定位反馈移动载体的相对于逻辑定位打印位置的实际位置。

优选地，光栅编码器固定安装于移动载体内，光栅编码器还设置有槽口，光栅条从槽口两侧之间穿过，以使光栅编码器与光栅条非接触式连接，栅编码器与光栅条构成位置检测机构。

优选地，移动载体两侧设置有通孔，光栅条经由通孔穿过移动载体，通孔设置为适配光栅条横截面的形状。

优选地，光栅条在其至少一端处设置有特定的图案，以使安装有光栅编码器的移动载体运动至与该特定的图案对应的位置时，通过识别出该特定的图案而进行对移动载体的复位、停止或返回操作。

优选地，在光栅条的至少一端附近设置有复位传感器，以进行对移动载体的复位、停止或返回操作。

优选地，步进电机通过同步带轮与同步皮带连接，其中同步带轮与步进电机同轴装配。

优选地，移动载体上设置有可分离的用于针式或喷墨打印机的打印头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下显著优点和有益效果：

根据本实用新型的基于光栅及步进电机的打印机定位结构，步进电机根据逻辑定位信号，通过同步皮带驱动移动载体在载体轴上运动至与逻辑定位信号对应的打印位置；同时利用基于光栅的位置检测机构进行移动载体的物理定位，反馈移动载体的实际位置，实现闭环式定位。基于打印机移动载体的逻辑定位和的物理定位的比对结果，可进行后续的对移动载体的打印位置的精确的闭环控制，根据本实用新型的定位结构，可以提高打印精度、打印连续性和打印正确率，对于有价票据的打印，可以防止打印出废票。另外，根据本实用新型的基于光栅及步进电机的打印机定位结构，便于安装和拆卸，有助于控制成本和批量生产。

附图说明

以下结合附图，对本实用新型的实施例进行详细的描述：

图1所示为根据本实用新型的定位结构的一优选实施例的立体示意图；

图2所示为根据本实用新型的定位结构的一优选实施例的从另一水平角度观察的示意图；

图3所示为根据本实用新型的定位结构的移动载体的另一优选实施例的分解图；

图4所示为根据本实用新型的定位结构的移动载体的另一优选实施例的进一步的分解图；

图5所示为根据本实用新型的定位结构的再一优选实施例的立体示意图；

图6所示为根据本实用新型的定位结构的光栅条的局部示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示为根据本实用新型的定位结构的一优选实施例，其可装配于一针式或喷墨打印机内，移动载体3与步进电机2通过一同步皮带4连接。考虑到在高精度打印中对转矩和定位的控制精度要求，本实用新型优选采用步进电机2。步进电机2可以配合驱动器使用，现有的很多驱动器都支持细分功能，即实现很小的步进角，使逻辑定位更精确。

具体地，所述定位结构包括光栅条1、步进电机2、移动载体3、同步皮带4、载体轴5、左侧架6和右侧架7；其中，移动载体3上设置有可分离的打印头32；光栅条1固定地横跨于左侧架6和右侧架7之间；移动载体3与同步皮带4固定连接，移动载体3与载体轴5滑动连接，步进电机2通过同步带轮9与同步皮带4连接，其中同步带轮9与步进电机2同轴装配。步进电机2根据一逻辑定位信号，通过同步皮带4驱动移动载体3在载体轴5上运动至与逻辑定位信号对应的打印位置；光栅条1设置为与移动载体3非接触式连接，通过检测光栅条1与移动载体3之间的相对移动，对移动载体3在载体轴5上的位置进行物理定位。

光栅条1是一个在高稳定度的抗静电胶片材料上均匀等距分布的透明刻度尺，该刻度尺包括等距间隔的非全透明图案。如图6所示的光栅条1，为截取自其某一段以显示一完整节距P和线宽W，作为用于高精度打印的示例，光栅条1的密度可为每英寸180行（节距P），等距离的精密刻度线之间的距离可称为线宽W，为此，相当于把每英寸细分为了360份。假如把这1英寸内的每一份看成一小步的话，那相当于每一小步的步长为1/360英寸，即0.7056mm，并且可要求公差为0.005mm，显而易见，这是一个准确并且精确的坐标定位。

图3所示为根据本实用新型的定位结构的移动载体3的另一优选实施例的分解图，移动载体3内设置有光栅编码器31，其可包括一光电传感器，用于识别光栅条1上的图案，从而将光栅图案编码为物理定位信号。光栅编码器31与光栅条1相对移动，通过光栅编码器31检测光栅条1上的图案，基于光栅检测的物理定位反馈移动载体3的相对于逻辑定位打印位置的实际位置。光栅编码器31可固定安装于移动载体3内，如图3所示，移动载体3两侧设置有通孔33，光栅条1经由两侧的通孔33穿过移动载体3，通孔33可设置为适配光栅条1横截面的形状，如细长的矩形。如图3和图4所示，光栅编码器31还设置有槽口311，光栅条1从槽口311两侧之间穿过，从而使光栅编码器31与光栅条1实现非接触的连接，栅编码器与光栅条1构成位置检测机构。这样的设置可保证移动载体3和光栅条1在相对运动中的机械稳定性，从而保证光栅检测的准确性。

作为一实例，光栅条1可沿移动载体3运动方向设置，其分别与载体轴5、同步皮带4平行。光栅条1可由抗静电胶片制成，光栅条1的平面可与打印机安装水平面平行、垂直或成一夹角，优选地为与打印机安装水平面垂直，由此其在垂直方向上的机械变形率可达至最低，有助于提高检测的稳定性，同时比起其他角度，沉积于光栅条1的平面的灰尘或异物可达至最少。

根据本实用新型的定位结构，安装和拆卸方便，作为一实例，当移动载体3安装于载体轴5上后，可进行位置检测机构的安装，首先在移动载体3内安装光栅编码器31；将光栅条1一端以可拆卸的方式固定于左侧架6和右侧架7中的其中一个，例如通过一挂钩件或夹持件；将光栅条1的自由端穿入移动载体3一侧的通孔33，穿过光栅编码器31的槽口311，再穿出移动载体3另一侧的通孔33；将光栅条1的自由端以可拆卸的方式固定于左侧架6和右侧架7中的另一个；安装打印头32至移动载体3上。

利用根据本实用新型的光栅条1本身，还可以实现移动载体3复位或类似行程开关的功能，例如，在光栅条1的至少一端处设计有特定的图案（图中未显示），以使安装有光栅编码器31的移动载体3运动至与该特定的图案对应的位置时，通过识别出该特定的图案而进行对移动载体3的复位、停止或返回操作，同时，可限制移动载体3的运动行程不超出该特定图案外。

作为另一实例，也可以通过设置一额外的复位传感器8来实现上述的功能，如图5所示，在光栅条1一端或两端的附近可设置一复位传感器8，用于移动载体3的复位或类似行程开关的功能。例如，当复位传感器8为一行程开关时，移动载体3上可设置有对应的拔动件，以触发行程开关；当复位传感器8为一光电传感器时，移动载体3上可设置有对应的光电元件，如LED；当复位传感器8为其他类型的传感器时，移动载体3上则设置有对应的触发元件，以触发复位传感器8发出复位信号等，从而对移动载体3进行复位、停止或返回操作。复位传感器8的位置可作为移动载体3的打印始发位置、复位位置和/或行程终点位置，同时，限制移动载体3的运动行程不超出复位传感器8外。

根据本实用新型的基于光栅及步进电机2的打印机定位结构，适用于针式和喷墨打印机，以及适用于利用移动载体3沿一打印路径运动以进行打印输出的设备，其实际上是用于比对基于步进电机2的精密逻辑定位和光栅编码技术的物理定位的闭环式定位的结构。装备有根据本实用新型的定位结构的打印机，在操作时，假设移动载体3的运动路径上遇到一障碍物，阻挡移动载体3继续运动；或由步进电机2、同步带轮9、同步皮带4和移动载体3组成的传动机构存在误差，如同步皮带4和移动载体3之间滑动，此时，基于步进电机2的逻辑定位与基于光栅检测反馈的物理定位将不一致，具体为通过本实用新型的定位结构检测到移动载体3的实际位置与包括待打印位置的一逻辑位置不一致，此时如果打印，将出现打印错误及例如有价票据（如发票）失效的情况，如打印字符重叠、打印字符错位、打印字符缺失等，或此时如果继续驱动移动载体3前进，则可能会损坏步进电机2或传动机构。此时，对于针式打印机，可中止在出错点的打印出针驱动，对于喷墨打印机，则可以中止在出错点的墨水喷出驱动，并控制移动载体3反向移动至复位传感器8处或光栅条1一端的用于复位的特定图案处，以避开阻碍物。然后，基于该闭环式定位，进行后续的合适的纠正措施，以恢复或接续在中止时刻及中止位置处的打印，从而使打印数据不中断，避免例如打印出废票的情况发生。

作为一实例，打印机中还可设置有与光栅编码器31和/或复位传感器8电连接的闭环控制电路模块（图中未显示），其包括合适的控制处理器和电子元件，用于执行所述的闭环式定位、逻辑定位和物理定位比对和对应的打印纠正措施。该闭环控制电路模块可进一步与步进电机的驱动电路或驱动器电连接，以使移动载体配合所述的闭环式定位以及打印纠正来运动。

根据本实用新型的这种闭环式的控制往往使用在高精度打印，如针式或喷墨打印机；特高速（如40英寸每秒）的打印；重负荷打印机。由此可见，通过闭环式控制的引入，对通用打印设备而言，是对其更高速工作的稳定性及更高精度工作的准确性的提高。闭环式的控制会使得更高速的打印更为稳定；另一方面，当打印机需要应对更多的或专门的税务打印，尤其是二维码打印业务时，这需要非常高的精度要求、对产品的使用耐久一致性也同样要求很高，闭环式的控制，由于其持续监控及不断修正的特性，很好的保证了精度和一致性的要求，使打印将变得更加有效可控，例如，作为示例性的应用，二维码的打印将变得更加精确。

本实用新型的基于光栅及步进电机2的打印机定位结构，适用于针式和喷墨打印机，以及适用于利用移动载体3沿一打印路径运动以进行打印输出的设备，其实际上是包含了闭环控制机构的打印定位结构，解决了开环式打印定位结构的控制—双向逻辑打印的缺陷，使得从源头控制至实际打印结果都得到监测、比较、校对及修正，形成一个闭合的循环式控制结构，而非开放性的单向控制结构。打印误差一旦出现，例如由于障碍物造成的定位误差，就马上通过所述定位结构进行控制上的纠正或报警中止，从而使得打印机移动载体3的逻辑定位和实际位置保持一致。对于一些重要文件的打印，例如有价票据的打印，由于其持续监控及不断修正的特性，很好的保证了精度和一致性的要求，使打印过程变得更加有效可控，同时由于通过本实用新型提供的定位结构，对打印定位的实时闭环控制和实时纠正恢复，保证了打印数据的连续性，大大降低了打印出废票和错印文件的机率，以及大大降低了打印出错带来的经济成本和时间成本上的损失。根据本实用新型的技术方案、原理和有益的技术效果，同样适用于报表打印、图像打印及一般文书打印。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。在本实用新型的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。即使个别的技术特征在不同的权利要求中引用，本实用新型还可包含共有这些特征的实施例。

Claims (10)

1.一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，包括：

光栅条（1）、步进电机（2）、移动载体（3）、同步皮带（4）、载体轴（5）、左侧架（6）和右侧架（7）；其中，

移动载体（3）上设置有可分离的打印头（32）；

光栅条（1）固定地横跨于左侧架（6）和右侧架（7）之间；

移动载体（3）与同步皮带（4）固定连接，移动载体（3）与载体轴（5）滑动连接，步进电机（2）根据一逻辑定位信号，通过同步皮带（4）驱动移动载体（3）在载体轴（5）上运动至与逻辑定位信号对应的打印位置；

光栅条（1）设置为与移动载体（3）非接触式连接，通过检测光栅条（1）与移动载体（3）之间的相对移动，对移动载体（3）在载体轴（5）上的位置进行物理定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，光栅条（1）设置为分别与载体轴（5）、同步皮带（4）平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，光栅条（1）由具有高稳定度的抗静电胶片材料制成，光栅条（1）上设置有均匀等距分布的刻度尺，其中该刻度尺包括等距间隔的非全透明图案。

4.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，还设置有光栅编码器（31），其设置为与光栅条（1）相对移动，通过光栅编码器（31）检测光栅条（1）上的图案，基于光栅检测的物理定位反馈移动载体（3）的相对于逻辑定位打印位置的实际位置。

5.根据权利要求4所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，光栅编码器（31）固定安装于移动载体（3）内，光栅编码器（31）还设置有槽口（311），光栅条（1）从槽口（311）两侧之间穿过，以使光栅编码器（31）与光栅条（1）非接触式连接，栅编码器与光栅条（1）构成位置检测机构。

6.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，移动载体（3）两侧设置有通孔（33），光栅条（1）经由通孔（33）穿过移动载体（3），通孔（33）设置为适配光栅条（1）横截面的形状。

7.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，光栅条（1）在其至少一端处设置有特定的图案，以使安装有光栅编码器（31）的移动载体（3）运动至与该特定的图案对应的位置时，通过识别出该特定的图案而进行对移动载体（3）的复位、停止或返回操作。

8.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，在光栅条（1）的至少一端附近设置有复位传感器（8），以进行对移动载体（3）的复位、停止或返回操作。

9.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，步进电机（2）通过同步带轮（9）与同步皮带（4）连接，其中同步带轮（9）与步进电机（2）同轴装配。

10.根据权利要求1所述的一种基于光栅及步进电机的打印机定位结构，其特征在于，移动载体（3）上设置有可分离的用于针式或喷墨打印机的打印头（32）。