DE69229469T2

DE69229469T2 - Druckbandantriebsmechanismus

Info

Publication number: DE69229469T2
Application number: DE69229469T
Authority: DE
Inventors: Gordon Brent Barrus; Ricky T.K. Choy; Ryan Takakawa
Original assignee: Printronix LLC
Current assignee: Printronix LLC
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1992-10-29
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2012-10-30
Also published as: US5366303A; EP0546303A2; EP0546303B1; EP0546303A3; CA2078903A1; DE69229469D1; CA2078903C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Matrixdrucker mit folgenden Merkmalen:
Matrixdrucker umfassend:
Mittel zum Zuführen einer endlosen Papierbahn, eine Gegendruckplatte, auf der das Papier zugeführt werden kann,
einen langgestreckten Druckbalken, der eine Vielzahl von Schlageinrichtungen für eine Betätigung gegen das Papier aufweist,
ein Band, das zwischen den Schlageinrichtungen und dem Papier antreibbar ist und gegen das die Schlageinrichtungen schlagen können, um auf das Papier gegen die Gegendruckplatte einen Punkt zu drucken,
ein Paar Spulen, um die das Band gewickelt ist, um das Band zu halten und zu erlauben, daß es von einer der Spulen abgewickelt und zugeführt und auf die andere der Spulen aufgewickelt wird, wobei eine Spule die Aufwickelspule sein kann, während von der anderen das Band abgewickelt wird, und wobei alternativ die Spulen die umgekehrten Betriebsfunktionen ausführen können,
Schrittmotoren, die mit jeder der Spulen verbunden sind, um den Spulen eine Drehbewegung zu erteilen, wobei einer der Schrittmotoren als ein mit einer der Spulen in Verbindung stehender Aufwickelmotor betrieben wird, um diese Spule mit einem Drehmoment zum Aufwickeln des Bandes auf die Spule zu beaufschlagen, und
der andere der Schrittmotoren ein Zuführmotor ist, der mit der anderen Spule verbunden ist, und, indem er in einem Regenerativmodus betrieben wird, einen Widerstand vorsieht, um das Band bei dessen Abgabe von der Spule mit der er verbunden ist, unter Spannung zu setzen.
Bei solchen Druckern ist es bekannt, das Band zwischen zwei Spulen anzutreiben. Im allgemeinen ist ein Ende des Bandes mit einer von einem Motor in einem Aufwickel- oder Aufnahmemodus angetriebenen Spule verbunden. Der andere Ab schnitt des Bandes ist mit einer Spule verbunden, auf die vorher aufgewickelt worden ist und die sich in einem Zuführmodus befindet.
Ein im wesentlichen die obigen Merkmaie aufweisender Drucker ist aus der US 4,573.645 bekannt. Er ist vom Seriendruckertyp, wie er weiter unten zu besprechen sein wird.
Die Erfindung eignet sich besonders für Bandantriebe für Anschlagdrucker. Solche Anschlagdrucker können Matrixdrucker, und genauer gesagt, Zeilendrucker sein. Solche Zeilendrucker sind bekannt und in großem Umfang vom Inhaber dieses Patents entwickelt worden.
Die Farbbänder dieser diversen Drucker werden durch bestimmte Schlagelemente wiederholt gegen eine Länge eines Druckpapiers oder eines anderen geeigneten Mediums geschlagen. Die Schlagelemente können jedes eine Form oder ein Zeichen bilden, wenn es sich um einen Zeichendrucker handelt. Alternativ können die Schlagelemente Punkte drucken, wobei zu druckende Typen oder andere Zeichen mosaikartig gebildet werden.
Solche Druckpunkt-Matrixdrucker können vom Seriendruckertyp sein, bei dem ein Druckkopf, der eine Anzahl von Druckdrähten, Nadeln oder anderen punktbildenden Elementen enthält, über die Breite eines Druckpapiers hin- und herbewegt wird. Die Drucknadeln werden selektiv betätigt, um durch eine Bandlänge hindurch gegen das Papier zu schlagen und Punkte auf dem Papier zu drucken.
Matrixdrucker können auch vom Zeilendruckertyp sein, bei dem eine Mehrzahl von Hämmern oder anderen Anschlagdruckermechanismen entlang der Länge einer Hammerbank montiert ist. Sie werden von einer Pendelanordnung angetrieben und selektiv betätigt, um auf das Druckpapier zu schlagen. Das Aufschlagen erfolgt durch eine Farbbandlänge hindurch. Dies druckt Punkte auf dem Papier, wenn die Pendelanordnung einer Hin- und Herbewegung in bezug auf das Papier unterworfen wird. Diese Drucker können an dem Beispiel eines Matrix-Zeilendruckers nach dem US-Patent Nr. 3,941.051 von Barrus et al mit dem Titel "Druckersystem" erläutert werden.
Die Drucker des in dem US-Patent Nr. 3,941.051 von Barrus et al beschriebenen Typs verwenden einen Bandantrieb. Der Bandantrieb hat ein Paar einander gegenüberliegender Spulen, die den entgegengesetzten Enden einer Druckstation benachbart angeordnet sind. Diese ist von der Grenzfläche zwischen einer von einer Gegendruckplatte abgestützten Länge Druckpapier und einer sich hin- und herbewegenden Hammerbank begrenzt.
Das Farbband erstreckt sich durch die Druckstation und ist mit seinen entgegengesetzten Enden auf einem Paar einander gegenüberliegender Spulen aufgewickelt. Während des Druckens werden die einander gegenüberliegenden Spulen des Bandantriebs mit einer Drehbewegung angetrieben, um eine kontinuierliche Bewegung der Bandlänge durch die Druckstation vorzusehen. Wird das Ende des Bandes erreicht, wird die Antriebsrichtung der Spulen umgekehrt. Dies bewirkt, daß sich das Band in der entgegengesetzten Richtung durch die Druckstation bewegt.
Ein Hauptproblem bei allen Druckern ist der Antrieb der Spulen. Ein Beispiel für dieses Problem ist in dem US-Patent Nr. 4,177.731 erläutert. Beim bekannten Stand der Technik erfolgte der Antrieb der Spulen häufig mittels eines Gleichstrommotors oder anderen Motoren mit konstanter Drehzahl. Die Motoren drehten auf eine Weise und wurden so angetrieben, daß sie oftmals nicht genau der Änderung des Abwickel- bzw. Aufwickelradius des Bandes auf den Spulen Rechnung trugen. Dies beeinflußte nachteilig die Geschwindigkeit des Druckerbandes durch die Druckstation.
Die obige Wirkungsweise schaffte Probleme sowohl im Zusammenhang mit Bandverschleiß als auch mit der Qualität des Drucks.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine von der Bandgeschwindigkeit unabhängige konstante Bandspannung aufrechtzuerhalten. Erfindungsgemäß werden daher bei einem Matrixdrucker der eingangs beschriebenen Art die folgenden Merkmale vorgesehen:
Der Schrittmotor hat in dem Regenerativmodus in Form eines Zuführmotors seine Spulen an eine variable Lastbank angeschlossen und die variable Lastbank wird von einem Mikroregler und einer Adreß-Schnittstelle in Abhängigkeit des für das Halten des Bandes unter Spannung erforderlichen Widerstandes geregelt.
Die Erfindung verwendet ein Paar Zweiphasen-Schrittmotoren. Die Schrittmotoren steuern die Spannung und die Geschwindigkeit des Druckbandes zwischen den Spulen. Zu jedem gegebenen Zeitpunkt während des Druckens zieht ein Motor Band mit konstanter Geschwindigkeit durch die Druckstation, während der zweite Motor in einem Regenerativmodus läuft, um eine Spannung innerhalb der betrieblichen Anforderungen des Systems vorzusehen. Wenn das Band das Ende seines Weges in irgendeiner gegebenen Richtung erreicht, wird seine Richtung umgekehrt, sodaß dann die Funktion der zwei betreffenden Motoren und Spulen umgekehrt wird.
Die Winkelgeschwindigkeit des Zuführmotors bzw. des Motors, der an der Spule, von der das Band abgewickelt wird, befestigt ist, wird durch Zählen der Anzahl von Nulldurchgängen auf der Gegen-EMK-Wellenform bestimmt. In jeder gegebenen Zeitspanne wird die Winkelgeschwindigkeit des Aufwickelmotors von dem Mikroreglersystem eingestellt. Das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten der Zuführ- und Aufwickelspule oder -rolle ist über den Bandradiusbereich in dem System eine einzigartige Zahl.
Die Banddehnung ist während der normalen Lebensdauer des Bandes unbedeutend, genauso wie der Verdichtungsfaktor auf der Aufwickelrolle oder -spule, auf die das Band aufgewickelt oder aufgewunden wird. Der Radius des Bandmaterials auf jeder Spule kann somit in festgesetzten Intervallen basierend auf das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten bestimmt werden. Diese zur Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit und Spannung verwendete Verhältnis-Information wird zu jeder gegebenen Zeit aktualisiert.
Die obige Methode erlaubt eine Erstellung von Mikroschritt-Zeitgebertabellen, um das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten aus dem letzten Prüfschritt mit der nächsten für die Aufrechterhaltung einer konstanten Lineargeschwindigkeit erforderlichen Winkelgeschwindigkeit an der Aufwickelspule oder -rolle in Beziehung zu bringen. Die Erfindung liefert die Fähigkeit, die Spannung sowie auch die Geschwindigkeit, die unabhängig steuerbare Variable sind, zu steuern. Es sollte be dacht Werden, daß eine im wesentlichen konstante Lineargeschwindigkeit eines der entscheidenden Resultate der vorliegenden Erfindung ist. Mit dieser Fähigkeit werden die endlichen Merkmale der Bandgeschwindigkeit zu einem schneller bestimmbaren Faktor hinsichtlich Bandverschleiß, Druck, Punktverhältnisse, Zwischenraum und allgemeiner Gesamtdruckqualität.
Die Erfindung berücksichtigt auch Blockierungen und ein Reißen des Bandes. Dies hilft, einen sprunghaften Vollausfall der normalen Betriebsfolge des Druckers zu vermeiden.
Um die Erfindung auszuführen, wird ein Zweiphasen-Schritt-Aufnahmemotor bzw. -Aufwickelmotorantrieb mit einer Aufwickelspule bzw. -rolle durch ein Paar Spannungsverstärker mit Pulsbreitenmodulation (PWM) angetrieben. Ein Verstärker ist für jede Phase des betreffenden Zweiphasen-Schrittmotors vorgesehen. Die durchschnittliche Spannung an den Motorklemmen ist proportional zum Arbeitszyklus bei einer gegebenen Speisespannung. Der Mikroregler ermittelt den Wert des Arbeitszyklus bei einer gegebenen Winkelgeschwindigkeit für jeden Mikroschritt aus einem Satz Nachschlagetabellen. Statt mit einer Nachschlagetabelle kann der Wert auch durch eine laufende Echtzeitberechnung ermittelt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine konstante Linear-Bandgeschwindigkeit durch die Druckstation aufrechtzuerhalten.
Ein anderes Ziel ist, für die Fähigkeit zu sorgen, die Bandgeschwindigkeit "fliegend" zu ändern, um sie unterschiedlichen Druckarten anzupassen.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Systems mit der Fähigkeit, unterschiedlichen Standardlängen von Bandmaterialien Rechnung zu tragen.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Aufrechterhaltung einer konstanten Bandzugspannung unabhängig von der Bandgeschwindigkeit.
Schließlich liegt ein besonders wichtiges Ziel der Erfindung in der Fähigkeit, alle Fehlerzustände zu erfassen und dem Hauptregler des Systems zu melden.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die dem Bandantrieb innewohnenden verbesserten Eigenschaften mit dem nebeneinhergehenden, durch den Schrittmotorantrieb dieses Systems geschaffenen ausgezeichneten Bandverhalten einen bedeutenden Schritt gegenüber dem Stand der Technik darstellen, welcher nach dem Nachstehenden noch größer sein wird.

Zusammenfassung der Erfindung:

Zusammengefaßt liegt die vorliegende Erfindung in einem geregelten Schrittmotor- Antriebssystem für ein Matrixdruckerband, bei welchem die Durchgänge des Zuführmotors die Geschwindigkeit des Antriebsmotors steuern. Das Band wird in einer Weise gesteuert, daß für eine im wesentlichen konstante Geschwindigkeit und verbesserte Bandbewegungseigenschaften mit ausreichender Betriebsspannung gesorgt wird.
Genauer gesagt umfaßt die Erfindung ein Paar identer Zweiphasen-Schrittmotoren. Die Motoren werden durch pulsbreitenmodulierte (PWM) Sinuswellen angetrieben, die von einem Mikroregler und einem herkömmlichen integrierten Ansteuerschaltkreis erzeugt werden. Jeder Schrittmotor treibt eine Bandspule bzw. -rolle an, um das Band mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit durch die Druckstation zu bewegen.
Bei Normalbetrieb wird einer der Schrittmotoren als Antriebsmotor bzw. Antrieb für die Aufwickelrolle bzw. -spule betrieben, während der andere spannungslos ist. Der spannungslose Motor übt einen Widerstand auf die Rolle oder Spule aus, die der mit dem Antriebsmotor verbundenen Spule das Band bzw. Druckerband zuführt.
Ein oder mehrere Widerstände können quer über die Spulen oder die Wicklung des stromlosen Motors geschaltet sein. Alternativ kann eine variable Impedanzlast quer über die Spulen angeschlossen sein, um die Widerstandsfunktion auszuüben. Dies dient dazu, den Widerstand auf das Band und damit die Bandspannung zu regeln.
Die Schrittmotoren sind im allgemeinen Mikroschritt-Motoren. Dies ist jedoch spezifisch nicht unbedingt erforderlich. Jede elektrische Periode des betreffenden Motors wird in eine Vielzahl von Abschnitten zerteilt, wie z. B. in 32 Abschnitte in der vorlie genden Ausführungsform. Die Abschnitte beschreiben eine Pseudo-Sinuswellenform. Die die andere Motorwicklung ansteuernde Cosinuswelle kommutiert diesen Motor. Die Frequenz der Sinus- und Cosinuswelle bestimmt die Winkelgeschwindigkeit des Motors. An jedem Stufenabschnitt verwendet der Mikroregler eine Nachschlagetabelle oder es kann eine Echtzeitberechnung der Impulsfaktorwerte durchgeführt werden, die im Register in dem herkömmlichen integrierten Schaltkreis geladen werden. Der integrierte Schaltkreis verwendet diese Werte, um eine Spannungs-Rechteckwelle mit fester Frequenz innerhalb eines spezifizierten Arbeitszyklus zu erzeugen. Dieser Arbeitszyklus bestimmt die durchschnittliche Spannung des mit der Aufwickelspule verbundenen Antriebsmotors und damit den Strompegel für diesen Schritt.
Es wird ein Vergleich zwischen der Anzahl der elektrischen Nulldurchgänge des stromlosen Motors angestellt, sodaß die Firmware imstande ist, die relativen Winkelgeschwindigkeiten und damit die relativen Radii des Bandes auf den Spulen zu bestimmen. Nach Berechnung eines neuen Antriebsbandradius bestimmt dann die Frequenz eine neue Winkelgeschwindigkeit, um eine gegebene Lineargeschwindigkeit des Bandes durch die Druckstation aufrechtzuerhalten. Dies bewirkt die konstante Lineargeschwindigkeit des Bandes durch die Druckstation im Hinblick auf ein verbessertes Drucken auf einer konsequenten Basis. Die Bandgeschwindigkeit durch die Druckstation wird für jede Druckart im Hinblick auf eine optimale Funktion variiert.
Um eine konstante Bandspannung aufrechtzuerhalten, wird ein variables Widerstandsdrehmoment vorgesehen. Der resultierende Strom durch die Wicklungen, der durch die Gegen-EMK an dem stromlosen Widerstandsmotor erzeugt wird, liefert das Widerstandsdrehmoment. Um den Strom, (d. h. das Widerstandsdrehmoment), zu erhöhen oder zu verringern, werden Widerstandskombinationen über die Wicklungen des als Widerstandsmotor dienenden Motors geschaltet. Diese Änderung des Widerstandsdrehmoments durch Anschalten der Widerstände oder alternativ eines variablen Impedanzverstärkers sorgt für Vielfach-Widerstandskräfte durch den als Widerstandsmotor dienenden Schrittmotor.
Die entsprechende Betriebsart jedes Motors von Widerstandsmotor zu Aufwickelmotor wird von der Firmware vorgesehen, nachdem an den betreffenden Enden des Bandes eine Wendesequenz abgefühlt worden ist.
Andere Verbesserungen sind hierin vorgesehen, die ein Anhalten (Parking) des Bandes erlauben, um die Bandspannung aufrechtzuerhalten. Weitere Vorteile sind durch die durch die direkte Programmsteuerung ermöglichte Vielseitigkeit gegeben. Diese erlaubt verschiedene Bandgeschwindigkeiten, Zugspannung, Stillstandserfassung, Anhalte- und Wendealgorithmen oder Antriebswellenformen, die mit geringer oder keiner Schwierigkeit verändert werden können, um sie an Änderungen in der Produktbeschreibung oder Hardware anzupassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht des Druckers nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch einen Mittellinienbereich der Druckstation des Druckers,
Fig. 3 zeigt eine Perspektivansicht des Antriebs und Bandabschnitte der vorliegenden in Fig. 1 gezeigten Erfindung,
Fig. 4 zeigt eine Perspektivansicht des elektrisch leitenden Streifens des über zwei Detektorstäbe laufenden Bandes,
Fig. 5 zeigt den Drucker der Fig. 1, verbunden mit den Schaltschemaelementen des elektronischen Antriebssystems der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der zur Berechnung der richtigen Geschwindigkeit für das Band verwendeten Funktionen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen:

Fig. 1 zeigt einen Drucker 10 des als Zeilendrucker bekannten Typs. Ein solcher Druckertyp ist in dem früher angesprochenen US-Patent 3,941.051 von Barrus et al gezeigt und beschrieben.
Der Drucker enthält eine langgestreckte Hammerbank 12. Die Hammerbank 12 ist für eine Hin- und Herbewegung durch einen nockengetriebenen Pendelantrieb 14 gelagert. Die Hammerbank bewegt sich in bezug auf eine stationäre Gegendruckplatte 16 hin und her. Der Raum zwischen der Hammerbank 12 und der stationären Gegendruckplatte 16 bestimmt eine Druckstation 18. Dies ist leichter aus Fig. 2 er sichtlich.
Betrachtet man die Fig. 1 und 2 genauer, so kann man sehen, daß sich innerhalb der Druckstation 18 eine Länge Druckpapier 20 und ein Farb- bzw. Druckband 22 befinden.
Das Druckpapier 20 wird von zwei entgegengesetzten Schleppantrieben 24 und 26 nach oben durch die Druckstation 18 vorgeschoben. Die Schleppantriebe 24 und 26 bewegen das Papier nach oben, sobald jede Reihe von Punkten quer über das Papier gedruckt ist.
Das Farbband 22 erstreckt sich entlang der Länge der Druckstation 18 und hat seine entgegengesetzten Enden auf zwei einander gegenüberliegenden Paaren von Rollen bzw. Spulen 28 und 30 aufgewickelt. Die Spulen 28 und 30 sind mit dem Bandantrieb 32 am unteren Ende des Druckers 10 verbunden.
In Fig. 3 ist der Bandantrieb 32 in Explosionsdarstellung gezeigt. Die einander gegenüberliegenden Spulen 28 und 30 sind auf Spindeln 34 und 36 abnehmbar montiert. Die Spindeln 34 und 36 sind mit Schrittmotoren verbunden, die, was die Motoren und ihr Steuersystem betrifft, nachstehend im Detail beschrieben sind. Das Anordnen des Bandes 22 in der Druckstation 18 wird durch ein Paar Führungen erleichtert, die an entgegengesetzten Enden montiert sind, wobei eine derselben in den Fig. 3 und 4 als Führung 38 gezeigt ist. Die andere Führung, die ein Spiegelbild der Führung 38 ist, ist dem Blick entzogen.
Wenn der Drucker 10 druckt, wird das Band durch die Schrittmotoren, die die Spindeln 34 und 36 drehen, angetrieben. Die Geschwindigkeit des Bandes 22 kann in Abhängigkeit von der Art der erforderlichen Druckbedingungen und der Geschwindigkeit, die im Bereich von 2 bis 9 Zoll pro Sekunde (ips) liegen kann, variiert werden. Im allgemeinen wird das Band 22 in einer Richtung, z. B. von der Spule 30 zur Spule 28 fortbewegt und dann danach in der durch die vorliegende Erfindung verbesserten Weise umgekehrt.
Betrachtet man die Schnittansicht der Fig. 3, so ist ersichtlich, daß die Hammerbank 12 eine Pendelwelle 40 enthält, die sich von den entgegengesetzten Enden zu einem Gehäuse in der Hammerbank 12 für eine Hin- und Herbewegung erstreckt. Es ist eine Mehrzahl von elastisch nachgiebigen Hammerfedern 42 gezeigt.
Die Hammerfedern 42 sind entlang einer Länge der Hammerbank 12 so montiert, daß ein unteres Ende 44 jeder Feder 42 an einer Basis 46 befestigt ist. Ein entgegengesetztes oberes Ende 48 jeder Hammerfeder 42 ist frei, um sich bei der Durchbiegung der Feder 42 zu bewegen.
Normalerweise werden die Federn 42 magnetisch in einer zurückgezogenen Stellung gegen ein Paar Polstücke 50 und 52 gehalten, die innerhalb eines Rahmens 54 der Hammerbank 12 montiert sind. Ein Paar Spulen S6 und 58 ist auf den Polstücken montiert. Zwischen den Polstücken 50 und 52 ist zwischen ihnen und innerhalb des Rahmens 54 ein Permanentmagnet 60 angeordnet.
Das obere Ende 48 der Hammerfeder 42 wird normalerweise von einem Permanentmagneten in der zurückgezogenen Stellung gegen die Polstücke 50 und 52 gehalten, welcher Permanentmagnet mit den Polstücken einen Magnetkreis bildet. Werden die Spulen 56 und 58 vorübergehend erregt, so überwindet dies die Magnetkraft und gibt die Hammerfeder 42 aus ihrer zurückgezogenen Stellung frei. Dies bewirkt das Drucken von Punkten auf dem Papier durch eine Punktdruck- Aufschlagspitze 62. Danach springt die Feder 42 in die zurückgezogene Stellung gegen die Polstücke 50 und 52 zurück. In dieser Stellung verbleibt sie bis zur nächsten Abfeuerfolge.
Auf der Basis 46 der Hammerbank ist eine dünne ebene Hammerbankabdeckung 64 montiert. Die Abdeckung 64 hat eine Mehrzahl von entlang ihrer Länge in gegenseitigem Abstand angeordneten Öffnungen 66. Die Öffnungen 66 sind den Aufschlagspitzen 62 benachbart angeordnet, wobei sie diesen erlauben, sich zum Aufschlagen auf das Farbband 22 durch sie hindurchzuerstrecken.
Ein dünner ebener Papierglätter 68 aus elastischem Material ist zwischen dem Papier 20 und der Hammerbankabdeckung 64 angeordnet. Dieser drückt nachgiebig gegen das Papier 20, um einen Widerstand auszuüben und das Papier unter Spannung zu halten, wenn es durch die entgegengesetzten Schleppantriebe 24 und 26 nach oben fortbewegt wird. Eine Bandmaske 70 dient als Führung für das Farbband 22 und verhindert direkten Kontakt zwischen dem Band und dem Papier mit Ausnahme jenes Bereiches, durch den die Punktdruck-Aufschlagspitzen 62 hindurchtreten.
Um die Spulen 28 und 30 anzutreiben, sind zwei Schrittmotoren 86 und 88 als mit den Spindeln 34 und 36 verbunden dargestellt. Die Schrittmotoren 86 und 88 sind mit dem Steuerstromkreis nach der Erfindung verbunden, wie allgemein durch die Zuleitungen 90 und 92 gezeigt ist. Die Leitungen 90 und 92 sind nur als an Erläuterungszwecken gezeigt anzusehen, insoferne als die betreffenden Schrittmotoren eine erste und eine zweite Reihe von Polen für Zweiphasenbetrieb umfassen. Die erste und zweite Reihe von Polen kann in jeder Vervielfachung vorliegen, selbst in Reihen, wie z. B. von 8 oder 16. Sie sind mit den betreffenden, nachstehend im Hinblick auf ihre Verbindung mit Voll-H-Brückensteuerungen gezeigten Leitungen verbunden. Im vorliegenden Fall verbinden Leitungen 77 und 79 eine erste Phase für den Motor 86, während Leitungen 81 und 83 eine zweite Phase verbinden. Leitungen 85 und 87 verbinden eine erste Phase für den Motor 88, wogegen Leitungen 89 und 91 eine zweite Phase verbinden.
Die Zweiphasen-Schrittmotoren sind im vorliegenden Fall 1,8º-Schrittmotoren, die als Motoren 86 und 88 dargestellt sind. Sie sind mit den zwei Bandspulen 28 und 30 über Spindeln 34 und 36 verbunden.
Zu jedem gegebenen Zeitpunkt während des normalen Druckens liefert einer der beiden Motoren 86 oder 88 das Antriebsdrehmoment, um das Band 22 durch die Druckstation 18 zu ziehen.
Während dies geschieht, sorgt der andere Motor durch seine Widerstandswirkung für die Aufrechterhaltung eines korrekten Bandlaufes. Wenn das Ende des Bandes 22 erreicht wird, werden die Funktionen der betreffenden zwei Motoren 86 und 88 umgekehrt.
In der in Fig. 5 gezeigten schematischen Darstellung liefert der Motor 86 das Antriebsdrehmoment, um das Band 22 aufzuwickeln und durch die Druckstation 18 zu ziehen. Eine Phase des Motors 86 wird über die Leitungen 77 und 79 von einer Voll- H-Brücke 94 angesteuert, die an einen Pulsbreitenmodulations (PWM)-Generator 96 angeschlossen ist. Der Arbeitszyklus des Pulsbreitenmodulationsgenerators 96 wird durch eine digitale Zahl bestimmt, die von dem System-Mikroregler 100 in die Verriegelungsschaltung 98 eingegeben wird. Der PWM-Generator 96 kann durch jede andere Art von Linearverstärker ersetzt werden.
Auf gleiche Weise wird die als Phase mit 90º Verschiebung bezeichnete andere Phase über Leitungen 81 und 83 von einer anderen Voll-H-Brücke 102 angesteuert, die an einen anderen PWM-Generator 104 oder alternativ an einen anderen Linearverstärker angeschlossen ist. Der Arbeitszyklus desselben wird ebenso von dem System-Mikroregler 100 bestimmt.
Das Vorstehende sorgt für eine Spannungs-PWM-Steuerung. Während dieses Steuermodus werden Lastwiderstandsbänke 106 und 108 von dem System- Mikroregler 100 über die Adreßentschlüsselungs-Eingangs-Ausgangs-Verriegelungsschaltung 110 in einem Tri-state-Modus gehalten. Dies trennt wirksam die Widerstandsbänke 106 und 108 von dem Ausgangskreis der Voll-H-Brücken 102 und 104 oder alternativ variable Widerstandsverstärker als Ersatz für die Widerstandsbänke.
Der Grund, warum die Widerstände 106 und 108 abgeschaltet werden, ist, jede an den Antriebsmotor Verstärker angelegte Last zu verhindern. Die Last, wenn angelegt, dient zur Erzeugung eines Widerstandes, wie bei der Widerstandsbeziehung des Motors 88 in seinem Regenerativmodus gesehen werden wird. Die andere Widerstandsbank ist in der Wirkungsweise symmetrisch zu den Widerständen 106 und 108.
Die Logik des Mikroreglers 100 bestimmt den Arbeitszyklus der PWM-Generatoren 96 und 104 in einer Weise, daß eine 90º-Phasenverschiebung der Stromwellenform zwischen den zwei Phasen des Motors 86 vorgesehen wird. Diese Wellenform- Beziehung ist in bezug auf die Phasenverschiebung des Stromes ersichtlich, wie sie in dem Ausschnitt der in dem Block bzw. Diagramm 114 dargestellten Wellenform gezeigt ist. Es wird in der Tat dem Motor 86 über die betreffenden zwei Voll-H- Brückensteuerungen 102 und 94 Strom im 90º-Phasenverschiebungsmodus zugeführt.
Nebenbei gesagt sind H-Brücken grundsätzlich als Einrichtungen bekannt, die an jedem der vier Anschlußpunkte an den Enden des H eine Schaltfunktion bzw. ein Schaltmittel vorsehen und eine Last bzw. einen Widerstand über den Querteil des H aufweisen. Demgemäß kann Strom von einer Seite der H-Brücke zur anderen durch die Last fließen, durch die H-Brücke zurückgeschleift werden oder auf irgendeine andere Art geliefert werden, wobei die vier Schalter in ihrer offenen oder geschlossenen Phase zusammenwirken können.
Der Mikroregler 100 aktualisiert den Arbeitszyklus der PWM-Generatoren 96 und 104 so, daß die Vektorsumme der durch die resultierenden Stromprofile erzeugten Drehmomente der beiden Phasen eine Konstante ist. Dies ergibt einen Antrieb mit konstantem Antriebsdrehmoment. In dem Maß wie das Band 22 auf der Aufwickelspule 28 anwächst, reduziert die Logik des Mikroreglers 100 die Winkelgeschwindigkeit des Motors 86, um eine konstante Lineargeschwindigkeit des Bandes 22 aufrechtzuerhalten. Dies geschieht über die von den Pulsbreitenmodulations- Generatoren 120 und 122 oder Linearverstärker vorgesehene Aktualisierung zu den geeigneten Zeitpunkten in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise durch die Nulldurchgangs- und randgetriggerte Schaltung, die an den als Widerstandsmotor dienenden Motor 88 im Regenerativmodus angeschlossen ist. Hier können wiederum die Pulsbreitenmodulations-Generatoren 120 und 122 durch jede geeignete Art von Linearverstärkern ersetzt sein.
So wie die Winkelgeschwindigkeit des Aufnahme- oder Aufwickelmotors 86 abnimmt, aktualisiert die Logik des Mikroreglers 100 die PWM-Generatoren 96 und 104 in einer Weise, die einen konstanten Spitzenstrom aufrechterhält, der über die H-Brücken 94 und 102 in der im Block 114 gezeigten 90º-Phasenverschiebung geliefert wird.
Wie im einleitenden Teil der Beschreibung im Hinblick auf die Widerstandsfunktion erwähnt, wird in dem gezeigten vorgegebenen Betriebsmodus vom Motor 88 ein Verzögerungsdrehmoment vorgesehen, wenn das Band 22 abgewickelt wird. Wenn der Motor 86 ein Aufnahme- oder Aufwickeldrehmoment vorsieht und dabei das Band 22 zieht, sieht der Motor 88 ein Verzögerungsdrehmoment oder einen Verzögerungswiderstand vor. Dies hält das Band 22 zwischen der Zuführrolle oder -spule 30 und der Bandführung 38 in Spannung. Die Spannung wird innerhalb eines für ei nen passenden Zug des im Regenerativmodus betriebenen Motors 88 zulässigen Bereiches eingerichtet.
Im Regenerativ-Betriebsmodus werden die an die Wicklungen des Motors 88 angeschlossenen Voll-H-Brücken 124 und 126 von der Logik des Mikroreglers 100 in einem Tri-state-Zustand gehalten. Dies geschieht über den Adreßdekodierer des Eingabe/Ausgabe-Verriegelungsschalters 110. Das Resultat ist, daß die Brücken 124 und 126 wirksam von dem Motor 88 getrennt sind. Während dieses Betriebsmodus sind die Lastbänke oder Widerstände 130 und 132 mit den Wicklungen des Motors 88 verbunden.
Die Gegen-EMK-Spannung über die zwei Phasen des Motors 88 ist aus der Zeitdifferenz der in dem Block 133 gezeigten 90º-phasenverschobenen Spannungen ersichtlich. Diese Gegen-EMK-Spannungen sind an die betreffenden, von den Widerständen 130 und 132 gebildeten Lastbänke angelegt.
Als Alternative zu den variablen Widerstandsbänken 130 und 132 kann jeder variable Widerstand oder, wie es der Fall sein mag, jede Lastbank durch einen variablen Impedanzverstärker ersetzt sein.
In dem Maße, in dem die Zuführrolle bzw. -spule 30 leer wird, nimmt ihre Winkelgeschwindigkeit zu. Der wirksame Hebelarm für die Entfernung vom Zentrum der Welle des Motors 88 zu dem Rand des Bandmaterials 22 auf der Spule 30 wird kleiner. Darauf basierend verringert der Regler 100 die Last auf die Widerstandsbank, die aus mit den zwei Phasen des Motors 88 verbundenen Widerstandes 130 und 132 besteht. Dies hält die Spannung des Druckbandes 22 in vorher festgesetzten Grenzen.
Der oben erwähnte Betriebsmodus macht den Motor 88 zu einem Generator, der das Verzögerungsdrehmoment durch Umwandeln der durch das Abwickeln der Spule 30 erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie liefert. Diese elektrische Energie wird über die Lastbank der Widerstände 130 und 132 abgeführt.
Eine Nullfeststellungsschaltung 136 ist quer über eine Wicklung des Motors 88 geschaltet. Diese erzeugt eine Pulsbreite, die der positiven Halbperiode der gegen elektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) des im Regenerativmodus arbeitenden Motors 88 entspricht. Dieses Signal wird in die flankengetriggerte monostabile Kippschaltung 138 eingespeist, die einen Impuls für jede Flanke des Halbperiodenimpulses erzeugt. Aus dem Kästchen 150 ist das Signal ersichtlich, wie es von dem Nulldurchgangsdetektor erzeugt und in die flankengetriggerte monostabile Kippschaltung 138 eingespeist wird, die ein im Kästchen 152 gezeigtes Kippschaltungsausgangssignal liefert. Das Ausgangssignal der flankengetriggerten monostabilen Kippschaltung 138, wie es durch die Wellenform im Kästchen 152 gezeigt ist, wird dann von einem Zähler 140 gezählt.
Da der Motor 86 ein Antriebs- bzw. Aufwickeldrehmoment liefert, werden die Signale von seinem betreffenden Nulldurchgangsdetektor 142 und einer monostabilen Kippschaltung 144 vom Zähler 140 nicht berücksichtigt. Der Nulldurchgangsdektektor 142 und die monostabile Kippschaltung 144 entsprechen dem Nulldurchgangsdetektor 136 bzw. der monostabilen Kippschaltung 138. Sie bleiben jedoch während des Betriebes des Motors 86 in der Aufnahmefunktion bzw. Band(22)- Aufwickelfunktion unbeachtet.
Die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors 86 wird von dem Regler 100 bestimmt, der mit den Zählungen der äquivalenten Nulldurchgänge des Motors 88 versorgt wird.
Bei gegebenem Bereich der Radii des Bandes 22 auf den entsprechenden Rollen 28 und 30 ist das Verhältnis der Zählungen der Nulldurchgänge eine einzigartige Zahl, aus der die Radii des Band(22)-Materials auf jeder Rolle berechnet werden können. Der Regler 100 überprüft den Zähler 140 periodisch und setzt ihn zurück. Die resultierende Verhältnisinformation wird dazu verwendet, die Ansteuerfrequenz des Motors 86 zu ändern, um eine konstante Druckband-Lineargeschwindigkeit durch die Druckstation bzw. Druckposition 18 aufrechtzuerhalten, sowie auch die Last auf den Motor 88 zu ändern, um die richtige Bandspannung aufrechtzuerhalten. Der Motor 88 sorgt durch seine Widerstandsfunktion für das Spannen entgegen dem vom Motor 86 gelieferten, das Band 22 ziehenden Drehmoment.
Am Ende des Weges des Bandes 22, wenn die Zuführrolle 30 nahezu leer ist, läuft ein an dem Band 22 angebrachter leitender Streifen 160 über die Bandführung 38.
Dies kann deutlicher anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden, in denen der leitende Streifen 160 mit der Bandführung 38 dargestellt ist. An diesem Punkt wird eine Umkehr signalisiert. Dies wird durch den leitenden Streifen 160 bewirkt, der zwei Stäbe 161 und 162 kurzschließt. Der leitende Streifen erstreckt sich quer über die beiden Stäbe 161 und 162, die an eine als Schaltung 164 gezeigte Detektorschaltung angeschlossen sind.
Das Signal wird in die Bandlaufende-/-richtungs-Verriegelungsschaltung 164 geführt und darin verriegelt. Dies veranlaßt den Regler 100, die Funktion der Motoren 86 und 88 umzukehren.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Voll-H-Brücken 102 und 94 sowie auch die Lastbänke 130 und 132 inaktiviert. Die Signale aus der betreffenden flankengetriggerten monostabilen Kippschaltung und dem Nulldurchgangsdetektor werden ignoriert. Die Signale aus dem Nulldurchgangsdetektor 142 und der flankengesteuerten monostabilen Kippschaltung 144 werden sodann verarbeitet. Die Lastbänke 106 und 108 sowie auch die Voll-H-Brückensteuerungen 124 und 126 werden nach einer passenden Zeitverzögerung in ihrem alternativen Betriebsmodus aktiviert.
Die Zeitverzögerung wird innerhalb der Logik des Mikroreglers 100 festgelegt, um einen Alarm und eine Beruhigung der Elektronik zu erlauben. Zu einem solchen Zeitpunkt erlegen die betreffenden Aufwickel- und Zuführmotoren 86 und 88 dem Druckband 22 einen Grad an Spannung auf, um es über die Druckstation 18 ausreichend gespannt zu halten.
Die Spule bzw. Rolle 28 wird dann zur Zuführspule, wobei der Motor 86 im Regenerativmodus arbeitet. Die Spule bzw. Rolle 30 wird dann zur Aufwickelspule bzw. -rolle, wobei der Motor 88 im Antriebs- bzw. Aufwickelmodus arbeitet, bis der entgegengesetzte Umkehr-Streifen 160 von der Bandführung in Verbindung mit der linken Seite des Druckers abgefühlt wird. Dieser Umkehr-Streifen ist nicht dargestellt worden, ist jedoch zweiseitig symmetrisch zu dem in Fig. 4 auf der linken Seite der fragmentarischen Explosionsdarstellung des Druckers der Fig. 3 gezeigten Umkehrstreifen.
Zu jedem einzelnen Zeitpunkt kennt der Regler 100 den entsprechenden Bereich der Zählwerte indem Zähler 140. Es kann daher ein Zustand einer niedrigen Zäh lung, der ein zum Stillstand gekommenes System anzeigen würde, und ein Zustand einer extrem hohen Zählung, der eine ein ungewöhnliches Abspulen der Zuführrolle verursachende mechanische Störung anzeigt, erfaßt werden. Der Fehler kann dann über eine Duplex-Serienverbindung dem Haupt-Systemprozessor gemeldet werden. Diese Voll-System-Serienverbindung ist als Serienübertragung zu einem zentralen Steuerpult (CCB) gezeigt.
Ein Fehlerzustand, in dem das Band gefaltet durch die Druckstation 18 gezogen wird, führt typisch zu einem schneller als erwartet anwachsendem Radius des Materials auf der Aufwickelspule. Wenn das Band entlang seiner Länge gefaltet ist, erhöht es nämlich die Gesamtpackung auf der Spule. Damit ruft dies eine Beschleunigung der Bandgeschwindigkeit hervor. Das Resultat ist eine im Vergleich zum Normalzustand höhere Zählung aus der Nulldurchgangsdetektorschaltung 136 oder der Nulldurchgangsdetektorschaltung 142, je nachdem in welchem Betriebsmodus das System in seiner Verbindung mit dem Motor eine Zuführrolle bzw. -spule arbeitet. Dieser Zustand wird ebenso dem Haupt-Systemprozessor als Fehlerzustand signalisiert.
Wenn der Systemprozessor dem Bandregler 100 über die Serienverbindung zu dem CCB befiehlt, zu stoppen, wird die Kommutation des Antriebsmotors beendet. Die Last (d. h. die Widerstandsbänke) auf den regenerativ arbeitenden Widerstandsmotor wird ebenso abgetrennt. Nach einer angemessenen Zeitverzögerung werden beide Motoren 86 und 88 eine elektrische Periode in ihren entgegengesetzten Richtungen angetrieben. Dies dient dazu, das durch die Druckstation 18 hindurchgehende Band 22 zu spannen.
Der Regler 100 aktualisiert dann die PWM-Generatoren 96, 104, 120 und 122, Dies dient dazu, einen reduzierten Gleichstrom durch die beiden Motoren 86 und 88 zu zwingen, um eine konstante Spannung des Bandes 22 bei Stillstand aufrechtzuerhalten.
Wenn der Systemprozessor dem Bandregler 100 über die mit dem CCB verbundene Serienverbindung befiehlt, in einen Verzögerungszustand zu gehen, wird die Kommutation des Antriebsmotors, welcher Motor dies auch ist, beendet. Alle Lastbänke oder Widerstandsbänke 106, 108, 130 und 132 werden dann abgetrennt. Die Tri-state-Leitungen zu allen H-Brücken 102, 94, 124 und 126 werden dazu veran laßt, die Verstärker von den Motoren zu trennen in diesem Zustand, in dem beide Schrittmotoren 86 und 88 elektrisch isoliert sind, verhindert das vom Permanentmagnetismus der Schrittmotoren erzeugte minimale Rest- oder Rückhaltedrehmoment ein Abspulen des Bandmaterials an beiden Spulen 28 und 30.
Zum Zwecke des Verständnisses sollte erkannt werden, daß die Schaltung mit einem Taktgeber 200 versehen ist. Der Taktgeber 200 geht in eine Taktgeberausgangsleitung (CKO) 202 über.
Es ist eine Alarmschaltung 204 vorgesehen, die den gesamten Drucker abschaltet, wenn durch die Logik des Mikroreglers 100 ein Fehlverhalten festgestellt wird. Diese Alarmschaltung 204 hat eine signifikante Interferenznatur, um durch ihre Abschaltwirkung jeden Schaden an dem gesamten System zu verhindern.
Die vorstehend erläuterten Funktionen, ausgenommen die Funktionen gewisser Merkmale wie der Voll-H-Brückensteuerungen und der quer über die Leitung geschalteten Lastbänke, können von einem kundenspezifischen integrierten Sonderschaltkreis ausgeführt werden. Auf diese Weise wird ein begrenzter Platzbedarf erreicht und gleichzeitig eine PROM-Firmware-Programmierung ermöglicht.
Die anderen Merkmale der Erfindung sind im größeren Detail solche, wo die Zweiphasen-Schrittmotoren 86 und 88 durch die pulsbreitenmodulierten Sinuswellen gesteuert werden, die von einem Mikroregler, nämlich dem Mikroregler 100, in Verbindung mit dem mechanischen Sonderantrieb oder ASIC erzeugt werden.
Jeder Motor 86 und 88 hat einen elektrischen Arbeitszyklus, der in eine Vielzahl von Abschnitten, wie z. B. 32 Abschnitte, unterteilt ist, die eine Pseudosinus- Stromwelienform beschreiben. Diese Wellenform in der komplementären Cosinuswelle, die die andere Motorwicklung ansteuert, dreht den Motor.
Wie voranstehend ausgeführt, verwendet der Mikroregler 100 eine Nachschlagetabelle von Arbeitszykluswerten, die er in die Register eingibt.
Als Alternative zu der Nachschlagetabelle kann eine "fliegende" Berechnung vorgenommen werden, um die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors 86 bzw. der Aufwickelspule 28 in bezug auf den Zuführmotor 88 bzw. die Zuführspule 30 zu bestimmen. Die Lösung für den Regler ist die folgende, welche anhand der Fig. 6 demonstriert wird.
Die optimale Geschwindigkeit v des Bandes 22 wird vorher im Hinblick auf die Druckdichte und die Beziehung der Druckfunktion an der Druckstation 18 festgesetzt. Die optimale Druckband(22)-Geschwindigkeit wird hinsichtlich der Druckarten des Papiers und der Gesamtheit der physikalischen Parameter des gewünschten Endergebnisses variieren. Um dies zu erreichen, kann die Software in dem Regler die Druckdichte und die anderen Parameter der wünschenswerten Geschwindigkeit v gleichsetzen, wofür dann eine Konstante k für diese betreffende Druckart festgesetzt wird. Diese Konstante k für eine bestimmte optimale Druckart wird für jedes betreffende Druckband und jede betreffende Art von Druckjob in den Regler eingegeben. Es gibt daher eine Anzahl von Konstanten oder k-Werten, die in dem Regler verfügbar sind, um optimale Druckfunktionen des Druckers nach der vorliegenden Erfindung zu bewirken.
Um die Lösung für die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsspule 28 bzw. des Motors 86 zu bekommen, werden als Alternative zu der Nachschlagetabellenmethode durch den. Regler 100 die folgenden mathematischen Schritte ausgeführt.
ω&sub1; = befohlene Winkelgeschwindigkeit der Aufnahmerolle 28 bzw. des Antriebsmoors 86
ω&sub2; = gemessene Winkelgeschwindigkeit der Zuführrolle 30 bzw. des Widerstandsmotors 88
v = Lineargeschwindigkeit des Bandes 22 durch die Druckstation 18
r&sub1; = Radius des Band(22)-Materials auf der Aufwickelrolle 28
r&sub2; = Radius des Band(22)-Materials auf der Zuführrolle 30
r&sub0; = innerer Radius einer leeren Rolle (28 oder 30)
L = Gesamtlänge des Bandes 22
t = Dicke des Bandes 22
π = 3,1416
Wenn es keine Störungen zwischen den betreffenden Rollen 28 und 30 gibt, ist die Geschwindigkeit, v des Bandes 22 zwischen den beiden Rollen 28 und 30 dieselbe.
In der Tat ist:
[1] r&sub1;ω&sub1; = v = r&sub2;ω&sub2;
[2] daher r&sub1; = v / ω&sub1; und r&sub2; = v / ω&sub2;
Das Gesamtvolumen des Band(22)-Materials ändert sich nicht. Daher ändert sich die Kantenfläche des Bandes 22 nicht. Diese ist durch Lt gegeben. Die Summe der Bandkantenflächen auf den zwei Rollen 28 und 30 ist demnach eine Konstante dargestellt durch:
[3] Lt = π{r&sub1;² - r&sub0;²) + π(r&sub2;² - r&sub0;²)
Durch
Einsetzen von (1) und [2] in [3] und Umordnen erhält man:
worin:
Der ASIC verwendet dann die Lösung für die Winkelgeschwindigkeitswerte der Antriebsspule 28 bzw. des Motors 86 zur Erzeugung von Spannungs-Rechteckwellen mit fester Frequenz. Diese Werte werden durch Lösen der voranstehenden Gleichung oder durch die Nachschlagetabellenmethode gewonnen.
Die Zeit zwischen Arbeitszyklus-Aktualisierungen bestimmt die Winkelgeschwindigkeit der Motoren 86 und 88. Dieses Zeitintervall wird von dem Mikroregler 100 ständig aktualisiert, um, wie voranstehend beschrieben, eine konstante Lineargeschwindigkeit des Bandes aufrechtzuerhalten. Dies wird, wie gezeigt, durch die Gegen- EMK des betreffenden Widerstandsmotors erzeugt.
Die Zeit zwischen Arbeitszyklus Aktualisierungen bestimmt die Winkelgeschwindigkeit des den Antrieb realisierenden Motors. Dieses Zeitintervall wird von dem Mikroregler 100 ständig aktualisiert, um eine konstante Lineargeschwindigkeit des Bandes 22 aufrechtzuerhalten. Dies erfolgt durch Überwachen der erzeugten Gegen- EMK durch den regenerativ betriebenen Widerstandsmotor. Der Regler 100 sammelt eine Zählung von elektrischen Nulldurchgängen der erzeugten Gegen-EMK.
Durch Vergleich dieser Zählung mit der bekannten Anzahl von elektrischen Nulldurchgängen des Antriebsmotors ist die Firmware imstande, deren Winkelgeschwindigkeiten und damit der relative Radii zu bestimmen. Nach Berechnen eines neuen Bandradius kann die Firmware sich durch die obige Berechnungsmethode, die Nachschlagetabellenmethode oder ähnliche Methoden für eine neue Winkelgeschwindigkeit entscheiden, um eine gegebene Band(22)-Lineargeschwindigkeit durch die Druckstation 18 aufrechtzuerhalten.
Um eine konstante Spannung des Bandes 22 über seinen gesamten Weg bei gegebenem konstanten Drehmoment aufrechtzuerhalten, muß auch das konstante Widerstandsdrehmoment aufrechterhalten werden. Zur Erhöhung oder Verminderung des augenblicklichen Widerstandsdrehmoments ist eine Vielfalt der in den Widerstandsbänken 106, 108, 130 und 132 gezeigten Widerstandskombinationen vorgesehen. In dieser Ausführungsform sind zwei Widerstände für jede Wicklung in den Motoren 86 und 88 verfügbar. Es können Mehrfachwiderstände in jeder Form verwendet werden. Die Widerstände können einzeln oder parallel oder gar nicht angeschaltet werden, was in vier möglichen Widerstands-Lastgrößen resultiert. Die Firmware des Reglers 100 entscheidet sich für die Größe der vorzusehenden oder anzulegenden Widerstandslast bei gegebener Bandgeschwindigkeit des Widerstandsmotors. Alternativ kann ein vom Mikroreglerprozessor 100 gesteuerter variabler Impedanzverstärker quer über den Widerstandsmotor angelegt werden.
Um das Band in die andere Richtung umzusteuern bzw. zu bewirken, daß das Band sich in die andere Richtung bewegt, liest die Firmware nur ein Flip-Flop aus, das seinen Zustand ändert, wenn die metallische Oberfläche 160 mit den Stäben 161 und 162 in Kontakt kommt. Das Verhältnis von 50 elektrischen Arbeitszyklen pro vollem mechanischen Zyklus stellt sicher, daß das Flip-Flop oft genug abgerufen wird. Wenn die Firmware herausfindet, daß das Flip-Flop seinen Zustand geändert hat, beginnt sie die Bandumkehr- oder Wendesequenz.
Die Sequenz beginnt damit, daß der Regler einen Supervisor-Prozessor informiert, daß die Bandantriebsrichtung im Begriffe ist, umgekehrt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt, wird kein Drucken durch die Druckstation vorgenommen.
Die Widerstandslast (d. h. die Widerstände 106, 108; 130 und 132) ist für beide Mo toren in offenen Stromkreis, um sicherzustellen, daß der kürzlich erregte Motor keinerlei Last über seine Wicklungen geschaltet hat. Danach wird die Winkelgeschwindigkeit auf einen Nennwert eingestellt oder alternativ durch ihren früheren Wert bestimmt.
Der neue Antriebsmotor, der nun der Aufwickelfunktion dient, wird aus seiner früheren nicht erregten Widerstandsmotorfunktion heraus erregt. Sodann wird eine Widerstandslast über den neuen Widerstandsmotor geschaltet und der Strom durch den Antriebsmotor initialisiert.
Es wird eine kleine Pause, wie z. B. eine 200 ms-Pause gemacht, um sicherzustellen, daß jedes Nachschwingen und jede elektrische Vibration in Verbindung mit der Abschaltung der Motoren Zeit hat, abzuklingen. Dem neuen Antriebsmotor wird dann erlaubt, sich zu drehen zu beginnen und die Wellenform wird mit einem Supervisor- Prozeß begonnen.
Ein wesentlicher Vorteil des Systems nach der vorliegenden Erfindung liegt in der durch die direkte Software-Steuerung ermöglichte Vielseitigkeit. Linear- Bandgeschwindigkeiten, Widerstands-Spannungswerte, Ausfall-Nachweisgrenzen, Anhalte- und Wendealgorithmen oder sogar Antriebswellenformen können alle mit geringer oder keiner Schwierigkeit geändert werden, um sie an Änderungen von Druckbeschreibungen oder Hardware anzupassen. So können verschiedene Breiten und Längen des Bandes, Druckdichten, Bewegungscharakteristika und gewünschte Druckparameter allesamt durch die vorliegende Erfindung angepaßt werden. Diese stellt daher einen wesentlichen Schritt gegenüber dem Stand der Technik und damit in der Tat einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Drucker dar und sollte nur durch die in den nachstehenden Ansprüchen festgelegten Grenzen eingeengt sein.

Claims

1. Matrixdrucker (10) umfassend:

Mittel (24, 26) zum Zuführen einer endlosen Papierbahn (20), eine Gegendruckplatte (16), auf der das Papier (20) zugeführt werden kann,

einen langgestreckten Druckbalken (12), der eine Vielzahl von Schlageinrichtungen (42) für eine Betätigung gegen das Papier (20) aufweist,

ein Band (22), das zwischen den Schlageinrichtungen (42) und dem Papier (20) antreibbar ist und gegen das die Schlageinrichtungen (42) schlagen können, um auf das Papier (20) gegen die Gegendruckplatte (16) einen Punkt zu drucken, ein Paar Spulen (28, 30), um die das Band (22) gewickelt ist, um das Band (22) zu haften und zu erlauben, daß es von einer der Spulen (28, 30) abgewickelt und zugeführt und auf die andere der Spulen (28, 30) aufgewickelt wird, wobei eine Spule (28, 30) die Aufwickelspule sein kann, während von der anderen das Band (22) abgewickelt wird, und wobei alternativ die Spulen (28, 30) die umgekehrten Betriebsfunktionen ausführen können,

Schrittmotoren (86, 88), die mit jeder der Spulen (28, 30) verbunden sind, um den Spulen (28, 30) eine Drehbewegung zu erteilen, wobei einer der Schrittmotoren (86, 88) als ein mit einer der Spulen (28, 30) in Verbindung stehender Aufwickelmotor betrieben wird, um diese Spule mit einem Drehmoment zum Aufwickeln des Bandes (22) auf die Spule (28, 30) zu beaufschlagen, und der andere der Schrittmotoren (86, 88) ein Zuführmotor ist, der mit der anderen Spule (28, 30) verbunden ist, und indem er in einem Regenerativmodus betrieben wird, einen Widerstand vorsieht, um das Band (22) bei dessen Abgabe von der Spule (28, 30) mit der er verbunden ist, unter Spannung zu setzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (86, 88) in dem Regenerativmodus in Form eines Zuführmotors seine Spulen an eine varia ble Lastbank (130, 132) angeschlossen hat, und daß die variable Lastbank (130, 132) von einem Mikroregler (100) und einer Adreß-Schnittstelle (110) in Abhängigkeit des für das Halten des Bandes (22) unter Spannung erforderlichen Widerstandes geregelt wird.

2. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittmotoren (86, 88) Zweiphasen-Schrittmotoren sind, um jeweils die Geschwindigkeit und Spannung des Druckbandes (22) zwischen den zwei Spulen (28, 30) in einer Betriebsart zu steuern, wobei jeder die andere Funktion ausführen kann, wenn das Druckband (22) umgesteuert wird.

3. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Zuführmotors (88), der an der in Abwicklung befindlichen Zuführspule (30) angebracht ist, durch Zählen der Anzahl von Nulldurchgängen auf der Gegen-EMK-Wellenform in einer gegebenen Zeitspanne bestimmt wird, und daß der Mikroregler (100) darauf basierend die betreffenden zwei Motoren (86, 88) regelt.

4. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit des Aufwickelmotors (86) von dem Mikroregler (100) in Übereinstimmung mit der Winkelgeschwindigkeit des Zuführmotors (88) eingestellt wird.

5. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufwickelmotor (86) von einer Voll-H-Brückensteuerung (94, 102) in bezug auf jede Phase angesteuert wird.

6. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiters einen Verstärker umfaßt, um die diskrete Regelung des Stromes zum Aufwickelmotor (86), wie von dem Mikroregler (100) des Systems festgelegt, vorzusehen, sodaß von dem Aufwickelmotor (86) ein geeignetes Drehmoment aufgebracht werden kann.

7. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Nulldurchgangsdetektor (136, 142) zum Erfassen der Nulldurchgänge des in ei nem Regenerativmodus arbeitenden Motors (88) und einen Zähler (140) zum Zählen der Nulldurchgänge umfaßt, um dem Mikroregler (100) eine betreffende Anzahl von Zählungen für die Regelung der Geschwindigkeit des Druckbandes (22) durch die Geschwindigkeit der Aufwickelspule (28) zu liefern.

8. Drucker (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er weiters eine zwischen den Nulldurchgangsdetektor (136, 142) und den Zähler (140) geschaltete monostabile Kippschaltung (138, 144) zur Lieferung von Signalen aus dem Nulldurchgangsdetektor (136, 142) zu dem Zähler (140) umfaßt.

9. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er weiters eine Anzeigeeinrichtung (160) auf dem Druckband (22) zur Anzeige der Nähe des Endes des Druckbandes (22) zwecks Lieferung eines Ausgangssignals an den Mikroregler (100) umfaßt, um ein Ende des Druckbandes (22) zwecks Umkehrens der Aufwickel- und Zuführfunktionen zu signalisieren.

10. Drucker (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung einen metallisierten Abschnitt (160) des Druckbandes (22) umfaßt, und daß Detektoreinrichtungen (161, 162) zum Abfühlen des metallisierten Abschnitts (160) des Druckbandes (22) in Form zweier Kontakte (161, 162) vorgesehen sind, um ein Ausgangssignal zu liefern, wenn die zwei Kontakte durch den metallisierten Abschnitt (160) des Druckbandes (22) kurzgeschlossen sind.

11. Drucker (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldurchgänge mindestens einer Phase des mit der Zuführspule (30) verbundenen Motors (88) von einem Zähler (140) gezählt werden, wobei zwischen den Nulldurchgangsdetektor (136) und den Zähler (140) eine monostabile Kippschaltung (138) geschaltet ist, um die Drehbewegung des Zuführspulenmotors (88) für die Regelung des Aufwickelmotors (86) zu bestimmen.

12. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroregler (100) die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors (88) durch Vergleichen der Zählungen mit einer Nachschlagetabelle festlegt.

13. Drucker (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroregler (100) die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors (88) anhand einer auf einer vorher festgesetzten optimalen Geschwindigkeitskonstanten basierenden Formel festlegt.