ПЕЧАТАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к устройству документирования и может быть использовано в печатающих устройствах последовательного действия для вывода буквенно-цифровой псевдографической и графической информации, в частности от ПЭВМ типа IBM PC.

В настоящее время актуальной является задача создания печатающего устройства, обеспечивающего возможность качественной печати в различных режимах (таких, как режим черновой печати, режим печати качественного шрифта, графические режимы печати) и при этом способного работать в жестких механико-климатических условиях эксплуатации.

Известен ряд технических решений, позволяющих реализовать в печатающих устройствах требуемый режим печати.

Так, например, известно печатающее устройство последовательного действия (а. з. Японии N 5-387145, В 41 J 19/18, публ. 1993 г.), в котором требуемый режим печати обеспечивается заданием соответствующей скорости перемещения каретки с установленной на ней печатающей головкой. Для этого устройство снабжено двумя приводами, первый из которых обеспечивает высокоскоростное перемещение каретки, а второй - низкоскоростное. Устройство также снабжено механизмом переключения приводов в соответствии с информацией относительно печатаемых знаков.

Однако наличие двух приводов, предназначенных для перемещения каретки, усложняет конструкцию устройства.

Известно печатающее устройство последовательного действия (а.с. СССР N 1798208, В 41 J 2/22, публ. 1993 г.).

В данном устройстве использован один привод для перемещения каретки с печатающей головкой, в качестве которого применен шаговый двигатель.

Управление перемещением каретки в устройствах с шаговым приводом традиционно осуществляют путем коммутации частоты вращения шагового двигателя, при этом каретка производит построчное продвижение с заданной скоростью и строго определенным шагом, а параметры ее продвижения задаются программным путем (см., например, Ларионов А.М., Горнец Н.Н. Периферийные устройства в вычислительных системах, Москва, 1991 г., стр. 166-169).

Рассматриваемое устройство имеет широкие функциональные возможности. В частности, за счет дополнительных кинематических звеньев, которыми снабжены каретка и печатающая головка, устройство обеспечивает наряду с построчной печатью вертикальную печать.

Однако для обеспечения работы печатающего устройства с шаговым приводом в жестких условиях эксплуатации (механическая вибрация и удары, а также повышение трения в узлах из-за климатических факторов) необходимо либо использовать шаговый двигатель в стартстопном режиме, что не обеспечивает требуемую скорость перемещения каретки, либо использовать шаговый двигатель с большим запасом мощности, что ухудшает весогабаритные характеристики и снижает к.п.д. устройства, а также повышает его стоимость.

Известно печатающее устройство (патент США N 4185930, кл. B 41 J 19/30, публ. 1980 г.), которое выбрано авторами за прототип.

В указанном устройстве содержится привод механизма перемещения каретки, в качестве которого использован двигатель постоянного тока, снабженный цифровой системой регулирования частоты вращения двигателя, включающей генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, импульсный датчик частоты вращения двигателя, механически связанный с валом двигателя, схему совпадения и электронный ключ.

Данное устройство лучше приспособлено для работы в жестких условиях эксплуатации, однако используемая в нем цифровая система регулирования не предусматривает обеспечения различных режимов печати.

Задачей предлагаемого изобретения является создание печатающего устройства, обеспечивающего высокое качество печати в различных режимах и способного работать в жестких условиях эксплуатации.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в печатающем устройстве, содержащем привод механизма перемещения каретки, в качестве которого использован двигатель постоянного тока, снабженный цифровой системой регулирования частоты вращения двигателя, включающей генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, импульсный датчик частоты вращения двигателя, механически связанный с валом двигателя, схему совпадения и электронный ключ, согласно изобретению цифровая система регулирования частоты вращения двигателя дополнительно содержит задатчик кода частоты вращения двигателя, электронный ключ включен последовательно в цепь подачи напряжения питания на двигатель, при этом выход импульсного датчика частоты вращения соединен со вторым входом счетчика импульсов, выход счетчика импульсов соединен с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен со входом задатчика кода частоты вращения двигателя, выход схемы совпадения соединен с входом электронного ключа.

Кроме того, согласно изобретению механизм перемещения каретки включает кинематически связанный с валом двигателя двухзаходный винтовой стержень, взаимодействующий с кареткой посредством механически с ней связанного поводка, размещенного внутри винтовой канавки стержня, при этом поводок в нижней части имеет дугообразный вырез, радиус которого согласован с внутренним радиусом винтовой канавки стержня, а поверхность поводка, обращенная к каретке, имеет овальную форму.

Принципиальным для обеспечения работы устройства в жестких условиях эксплуатации является использование в нем двигателя постоянного тока в качестве привода для перемещения каретки с печатающей головкой, так как двигатель постоянного тока преодолевает действие резко возрастающей нагрузки на его валу (при возникновении ударов, механической вибрации, возрастании трения в узлах) за счет способности указанного двигателя увеличивать крутящий момент на валу при увеличении нагрузки, при этом сохраняется требуемый скоростной режим привода.

Для реализации различных режимов печати и обеспечения точного позиционирования каретки в момент печати авторами разработана цифровая система регулирования частоты вращения двигателя, которой снабжен привод, используемый в предлагаемом печатном устройстве. Данная схема обеспечивает адаптацию скорости движения каретки с печатающей головкой к требуемому режиму печати, информация о котором поступает с задатчика, которым может являться ПЭВМ. Указанная информация задается в виде числового кода частоты вращения двигателя, содержащегося в драйвере сопряжения печатающего устройства с ПЭВМ. Поддержание необходимой скорости вращения двигателя (обеспечивающей требуемую скорость перемещения каретки в заданном режиме печати) осуществляется путем коммутации напряжения питания двигателя, производимой с помощью электромеханической обратной связи, элементом которой является импульсный датчик частоты вращения, механически связанный с валом двигателя. При этом высокое качество печати обеспечивается точным позиционированием каретки с печатающей головкой, которое достигается за счет высокой динамической точности поддержания заданной частоты вращения привода, снабженного предложенной системой регулирования.

Достоинством разработанной схемы системы регулирования является ее простота, а также возможность с ее помощью осуществлять перемещение каретки программным путем.

Для обеспечения надежной работы печатающего устройства в жестких условиях эксплуатации авторами также предложены усовершенствования, касающиеся кинематических звеньев механизма перемещения каретки.

Наличие двухзаходного винтового стержня, взаимодействующего с кареткой посредством механически с ней связанного поводка, обеспечивает построчную печать знаков при продвижении каретки в прямом и обратном направлениях. Выбранная форма поводка обеспечивает его плавное движение по винтовой канавке без заклинивания и исключает возможность случайного перехода на встречную канавку в момент трогания, а также при возникновении вибрации и ударов.

На фиг. 1 представлена схема общего вида печатающего устройства, на фиг. 2 представлен чертеж поводка, на фиг. 3 показано размещение поводка в винтовой канавке.

Печатающее устройство (фиг. 1) содержит двигатель 1 постоянного тока, снабженный цифровой системой 2 регулирования частоты вращения двигателя 1. Выходной вал двигателя 1 кинематически связан посредством редуктора 3 с винтовым стержнем 4, взаимодействующим с кареткой 5 посредством механически с ней связанного поводка 6. На каретке 5 установлена печатающая головка 7.

Цифровая система 2 регулирования включает задатчик 8 кода частоты вращения двигателя 1, генератор 9 импульсов, счетчик 10 импульсов, импульсный датчик 11 частоты вращения двигателя 1, механически связанный с его валом, схему 12 совпадения, электронный ключ 13, включенный последовательно в цепь 14 питания двигателя. Выход генератора 9 соединен с первым входом счетчика 10. Выход датчика 11 соединен со вторым входом счетчика 10. Выход счетчика 10 соединен с первым входом схемы 12 совпадения. Второй вход схемы 12 совпадения соединен с выходом задатчика 8. Выход схемы 12 совпадения соединен со входом электронного ключа 13.

Устройство работает следующим образом.

Информация о заданном режиме печати поступает с выхода задатчика 8 в виде числа, записываемого в схему 12 совпадения, соответствующего требуемому периоду следования импульсов датчика 11 частоты вращения двигателя 1. Тем самым задается частота вращения привода, обеспечивающая скорость продвижения каретки 5 с печатающей головкой 7, установленную для выбранного режима печати.

При поступлении указанного сигнала с выхода задатчика 8 схема 12 совпадения вырабатывает сигнал, по которому электронный ключ 13 замыкает цепь 14 питания двигателя 1. На двигатель 1 подается напряжение, и он начинает вращаться.

При вращении двигателя 1 на выходе датчика 11 появляются импульсы, период следования которых является сигналом, несущим информацию о действительной частоте вращения двигателя 1. В качестве датчика 11 может быть использован датчик Холла, или оптоэлектронная пара, или другие известные импульсные датчики частоты вращения.

При появлении на входе счетчика 10 импульса, поступившего с выхода датчика 11 (по переднему или заднему фронту указанного импульса), счетчик 10 начинает отсчет высокочастотных импульсов, поступающих на другой его вход от задающего генератора 9.

При появлении на входе счетчика 10 следующего импульса, пришедшего с выхода датчика 11, полученный результат отсчета с выхода счетчика 10 поступает на вход схемы 12 совпадения, при этом счетчик 10 возобновляет счет следующей серии высокочастотных импульсов, поступающих от генератора 9.

Результат отсчета счетчика 10 соответствует числу высокочастотных импульсов, поступивших от генератора 9 за период следования двух очередных импульсов, поступающих с выхода датчика 11. В схеме 12 совпадения результат отсчета счетчика 10 сравнивается с числом, введенным в нее от задатчика 8.

Если результат отсчета счетчика 10 равен или превышает указанное число, это означает, что действительная частота вращения двигателя 1 не превышает заданную частоту, при этом сигнал на выходе схемы 12 совпадения не изменяется, и электронный ключ 13 остается замкнутым.

Если результат отсчета счетчика 10 меньше заданного числа, это означает, что действительная частота вращения двигателя 1 превышает заданную величину, при этом с выхода схемы 12 совпадения на вход электронного ключа 13 поступает сигнал, по которому цепь 14 питания двигателя 1 размыкается. Двигатель 1 замедляет свое вращение. Изменение частоты вращения двигателя 1 отслеживается схемой 2 регулирования.

В момент, когда результат отсчета импульсов, поступающий с выхода счетчика 10, станет равным заданному числу или превысит его, схема 12 совпадения вырабатывает сигнал, по которому электронный ключ 13 вновь замыкает цепь питания двигателя 1.

Таким образом, путем коммутации питающего напряжения происходит регулирование частоты вращения двигателя 1.

Достоинством предложенной схемы является возможность ее реализации программным путем (за исключением электронного ключа 13 и импульсного датчика 11) в составе контроллера управления печатающим устройством (однокристальной ЭВМ) без использования дополнительных аппаратурных средств.

Вращение двигателя 1 преобразуется в поступательное перемещение каретки 5 с помощью редуктора 3 и винтовой пары 4, 6. Каретка 5 взаимодействует со стержнем 4 посредством поводка 6, с которым она имеет жесткую механическую связь. Поводок 6 (фиг. 2, 3) имеет форму, обеспечивающую его размещение внутри винтовой канавки стержня 4, а также согласование сопрягаемых поверхностей указанных звеньев винтовой пары. Верхняя грань α поводка 6, обращенная к каретке 5, имеет овальную форму. В нижней части поводка 6 выполнен дугообразный вырез, радиус r которого согласован с внутренним радиусом r¹ винтовой канавки стержня 4. Ширина δ поводка 6 согласована с шириной δ¹ винтовой канавки стержня 4. Толщина h верхней части поводка 6 согласована с высотой h¹ винтовой канавки стержня 4. В верхней части поводка 6 выполнено отверстие С под крепежный элемент, с помощью которого осуществляется механическая связь поводка 6 с кареткой 5.

Указанная конструкция звеньев винтовой пары обеспечивает плавное поступательное движение каретки 5 без заклинивания в прямом и обратном направлениях.