DE19801071C1 - Drucker mit einer Abstandseinstelleinrichtung für einen Druckkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucker mit einer Abstandseinstelleinrichtung für einen Druckkopf und den weiteren Merkmalen des Gattungsbegriffes im Patentanspruch 1.

Eine solche Abstandseinstelleinrichtung ist bekannt (DE 42 21 265 C2). Diese Bau­ art setzt einen in Anstellrichtung frei beweglichen Druckkopf und Dickenabtastrollen voraus. Von den Dickenabtastrollen geht ein mittelbar erzeugtes elektronisches Si­ gnal (Analogsignal) aus, das einer Steuerung für die Abstandseinstellung zugeführt wird. Zur Entstehung des Signals befindet sich auf der Dickenabtastrolle ein erstes Magnetelement zur Erzeugung eines ersten Magnetflusses. Am Druckkopf-Schlitten befindet sich ein zweites, einen gegenläufigen, zweiten Magnetfluß erzeugendes Magnetelement. Auf dem Druckkopf-Schlitten wird ein Hall-Element im Bereich des zweiten Magnetflusses angeordnet und bei vorhandenem Aufzeichnungsträger und einer bestimmten seitlichen Position des Druckkopf-Schlittens wird der Antriebsmotor der Abstandseinstelleinrichtung angesteuert bis die einem Grundluftspalt entspre­ chende Spannung am Hall-Element ansteht. Diese Einrichtung wirkt relativ genau, soll und kann aber in ihrer Genauigkeit noch gesteigert werden. Sie befindet sich teilweise außerdem relativ zugänglich auf dem Druckkopf-Schlitten und ist nicht vollständig vor äußeren Einwirkungen, wie z. B. Verschmutzung gesichert.

Eine andere Abstandseinstelleinrichtung (DE 196 11 772 A1) beruht auf federnd auf die Papierdicke einstellbaren Transportwalzen, die in Paaren auf einer angetriebe­ nen, starr gelagerten Welle und auf einer anstellbaren Achse angeordnet sind. Auf der anstellbaren Achse ist ein Meßsignalgeber angeordnet, der mit einem auf dem Druckkopf-Schlitten befindlichen Meßsignalempfänger zusammenwirkt. Außerdem ist ein Positionsmelder für den Druckkopf-Schlitten vorgesehen. Am Meßsignalemp­ fänger auftretende Meßsignale werden mit Taktimpulsen des Positionsmelders ver­ glichen und zwar bei fehlendem Papier und bei eingelegtem Papier. Aufgrund des Differenzsignals wird innerhalb einer Steuerung die Druckkopfabstands-Antriebsein­ richtung beeinflußt. Diese Bauart ist zwar kostengünstig, weil nur der Meßsignalge­ ber und ein üblicher Meßsignalempfänger erforderlich sind. Jedoch sind sehr ge­ naue und stabile Schaltpunkte der gebildeten Lichtschranke erforderlich, die dann nicht eingehalten werden können, wenn sich die Umgebungs- und/oder Betriebs­ temperaturen für den Drucker ändern.

Bei Nadel- und Tintentropfen-Druckern ist es wichtig, daß der Abstand von der Druckkopfstirnfläche bis zu dem zu bedruckenden Aufzeichnungsträger (z. B. Papier) einen in engen Grenzen liegenden Wert bildet. Für den Fall, daß sich die Papierdicke, z. B. durch unterschiedlich dickes einlagiges Papier oder durch mehrlagiges Pa­ pier ändert, muß für eine optimale Druckqualität und für eine hohe Druckkopflebens­ dauer (bei Nadeldruckern) die Position des Druckkopfes relativ zum Druckwiderlager neu eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch die Gesamtbewegung des Schlit­ tens mit Druckkopf und durch (Schritt-) Motoren entstehende Schwingungen sowie zwischen Meßstelle und Druckkopfstirnfläche gegebene Toleranzen auszuklammern und durch anderweitige Kriterien zu ersetzen, um ein noch genaueres Meßergebnis zu erzielen.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der eingangs bezeichneten Abstandseinstellein­ richtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckkopf auf dem Schlitten durch eine kurzzeitige Berührung mit dem Aufzeichnungsträger auf dem Druckwider­ lager in einem geringen Umfang verlagerbar (verformbar) ist, daß der Verlage­ rungsweg und/oder ein Verlagerungswinkel mittels eines Reflexsensors, der in ei­ nem Abstand zwischen Schlitten und einer gegenüberliegenden Druckkopffläche angeordnet ist, meßbar ist und daß das Meßergebnis in Form eines modifizierten Ausgangssignals einer Auswerteschaltung zur Steuerung des Antriebs für die auto­ matische Abstandseinstellung des Druckkopfes zum Aufzeichnungsträger bzw. zum Druckwiderlager dient. Bei der kurzzeitigen Berührung entsteht eine geringfügige "Verformung" des Druckkopfs auf dem Schlitten, die wenige µm beträgt, jedoch durch den Reflexsensor als Signaländerung registriert wird, ohne einen anderweiti­ gen störenden Einfluß. Der Meßvorgang kann automatisiert ausgelöst werden und ist von der Schlittenposition unabhängig.

Eine sicher bestimmte Position des Druckkopfes auf dem Schlitten ergibt sich trotz­ dem dadurch, daß der Druckkopf mit einem dem Schlitten zugewandten vorderen Teil unter Einschaltung einer elastischen Zwischenlage auf dem Schlitten mittels ei­ ner bügelartigen Feder befestigt ist.

Das Prinzip des Reflexsensors kann in einer vielfältigen Ausführungsform eingesetzt werden. Dem entsprechend ist nach weiteren Merkmalen vorgesehen, daß der Re­ flexsensor aus einer am Schlitten angeordneten Paarung, bestehend aus einer Leuchtdiode und einem daneben liegenden Fototransistor und aus einer am Druck­ kopfgehäuse der Paarung gegenüberliegend angeordneten Reflexfläche gebildet ist.

Mit gleicher Wirkung kann nach einer anderen Ausführungsform vorgesehen wer­ den, daß der Reflexsensor aus einem am Schlitten angeordneten Hall-Sensor und einem gegenüberliegenden, am Druckkopfgehäuse befestigten Magneten gebildet ist.

Die angestrebte Rückspiegelung von Wellen oder Strahlen kann ferner dadurch er­ zielt werden, daß der Reflexsensor aus einem am Schlitten angeordneten magnet­ feldempfindlichen Widerstand und einem am Druckkopfgehäuse befestigten, gegen­ überliegenden Magneten gebildet ist.

Für die Rückspiegelung von optischen Strahlen ist es vorteilhaft, daß die Reflexflä­ che des Reflexsensors aus einem Spiegel besteht. Als Spiegel eignen sich einfache, polierte Metallplättchen, wobei es ohne Bedeutung ist, ob die Rückstrahlung diffus oder spiegelnd ist.

Für alle mit Wellen oder Strahlen arbeitenden elektronischen oder optischen Ele­ mente ist eine Einwirkungsmöglichkeit von außen schädlich. Aus diesem Grund ist vorgesehen, daß die Paarungen, bestehend aus Leuchtdiode/Fototransistor mit Re­ flexfläche bzw. aus Hall-Sensor und Magnet bzw. aus magnetfeldempfindlichem Wi­ derstand und Magnet in einem geschützten Raum zwischen einem größeren Teil des Druckkopfgehäuses und einer zum Druckwiderlager abgewandten Fläche des Schlittens angeordnet sind.

Beim Anfahren des Druckkopfes gegen den Aufzeichnungsträger und/oder gegen das Druckwiderlager entsteht nur ein sehr kleines elektrisches Signal, das nur sehr schwer oder überhaupt nicht verarbeitet werden könnte. Es ist deshalb sinnvoll, daß eine Signaländerung am Fototransistor registrierbar ist.

Eine Modifizierung des Signals erfolgt nach weiteren Merkmalen dadurch, daß die Signaländerung in Form eines Differenzsignals einer Auswerteschaltung zugeführt, verstärkt und gefiltert wird.

Ein modifiziertes Steuersignal wird dann am Ende der Auswerteschaltung dadurch erhalten, daß die gefilterte Signaländerung in einem Verstärkerbaustein durch eine Spannungs-Schwelle von Rest-Störungen befreit und als Ausgangssignal der Aus­ werteschaltung definiert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Druckkopfes auf einem senkrecht zur Zei­ chenebene verfahrbaren Schlitten,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Schlittens mit aufgesetztem Druckkopf,

Fig. 3 einen Verlauf der I-d-Kennlinie des Reflexsensors und

Fig. 4 die Auswerteschaltung im Blockschaltbild.

Ein Drucker mit einer Abstandseinstelleinrichtung für einen Druckkopf 1 weist ein sich parallel zu einem Druckwiderlager 2 in Verfahrrichtung 3 erstreckende Schlitten­ führung 4 auf. Der Druckkopf 1 ist zusammen mit einem Schlitten 5 senkrecht zur Verfahrrichtung 3, d. h. in Anstellrichtung 6 zum Druckwiderlager 2 anstellbar, um den günstigsten Abstand zwischen der Druckkopfstirnfläche 1a, an der sich Druck­ elemente (Nadeln oder Tintendüsen) befinden, und dem Druckwiderlager 2 je nach Dicke des zu bedruckenden Aufzeichnungsträgers 7 (z. B. Papier), ob verschiedene Papierdicken oder unterschiedliche Anzahlen von Papierlagen, einzustellen. Dieser Abstand zwischen Druckkopfstirnseite 1a und Aufzeichnungsträger 7/Druckwiderla­ ger 2, ist mittels eines Sensors meßbar und der Schlitten 5 wird mittels eines (nicht näher dargestellten Antriebs) aufgrund des Meßergebnisses gesteuert und automa­ tisch eingestellt.

Gemäß Fig. 1 ist der Druckkopf 1 mit einem vorderen, niedrigen Teil 1b und mit ei­ nem hinteren größeren Teil 1c ausgestattet (bei Nadeldruckern zur Unterbringung der Elektromagnetspulen und Anker). Durch ein kurzzeitiges Anstoßen der Druck­ kopfstirnfläche 1a an den Aufzeichnungsträger 7 und/oder das Druckwiderlager 2 wird die Einheit des Druckkopfgehäuses 1f gegenüber dem Schlitten 5 verformt (verlagert), wobei der Verlagerungsweg und/oder ein sich einstellender Verlage­ rungswinkel mittels eines Reflexsensors 8 gemessen wird. Der Reflexsensor 8 ist in einem noch zu beschreibenden Freiraum, der durch einen Abstand 9 zwischen dem Schlitten 5 und einer gegenüberliegenden Druckkopffläche 1d gebildet wird, im unte­ ren Teil 1e angeordnet. Das Meßergebnis dient in Form eines Eingangssignals 10 (Fig. 4) einer Auswerteschaltung 11 zur Steuerung des nicht näher dargestellten An­ triebs in Anstellrichtung 6 für die automatische Abstandseinstellung des Druckkopfes 1 zum Aufzeichnungsträger 7 bzw. zum Druckwiderlager 2. Das Eingangssignal 10 bildet daher die Grundlage für den davon abgeleiteten Weg für die Druckelemente (Nadeln oder Tintentropfen) bzw. für die sich ergebende neue Nullstellung bei unter­ schiedlich dickem Papier oder veränderter Anzahl von Papierlagen.

Der Druckkopf 1 ist bei diesem Vorgang stabil gelagert, indem mit einem dem Schlitten 5 zugewandten vorderen Teil 1b, der sich bei Nadeldruckköpfen 1b am größeren Teil 1c befindet, der Druckkopf 1 unter Einschaltung einer elastischen Zwi­ schenlage 12 auf dem Schlitten 5 mittels einer bügelartigen Feder 13 befestigt ist (Fig. 2). Der Druckkopf 1 durchdringt die Zwischenlage 12 mit zwei Zapfen 1g und rastet in Zapfenlöcher 5a des Schlittens 5 ein.

Der Reflexsensor 8 bildet am Schlitten 5 eine Paarung 14, bestehend aus einer Leuchtdiode 15 und einem in derselben Ebene mit seitlichem Abstand liegenden Fototransistor 16 und aus einer am Druckkopfgehäuse 1f der Paarung 14 gegen­ überliegend angeordneten Reflexfläche 17, die aus einem Spiegel 17a hergestellt ist.

Ebenso kann der Reflexsensor 8 aus einem am Schlitten 5 angeordneten Hall- Sensor und einem gegenüberliegenden, am Druckkopfgehäuse 1f befestigten Ma­ gneten die Paarung 14 bilden.

Eine weitere Möglichkeit, die Paarung 14 zu schaffen, besteht aus einem am Schlit­ ten 5 angeordneten, magnetfeldempfindlichen Widerstand und einem am Druck­ kopfgehäuse 1f gegenüberliegenden Permanentmagneten.

Für jede der erwähnten Paarungen 14 ist durch entsprechende Ausbildung des Druckkopfgehäuses 1f ein geschützter Raum 18 zwischen dem größeren Teil 1c des Druckkopfgehäuses 1f und einer zum Druckwiderlager 2 abgewandten Fläche 19 des Schlittens 5 vorgesehen (Fig. 1).

Das angewandte Meßverfahren beruht auf dem Prinzip des (optischen) Reflexsen­ sors 8 und einer Signaländerung 23. Sobald der Schlitten 5 mit dem Druckkopf 1 in Anstellrichtung 6 gegen den auf dem Druckwiderlager 2 anliegenden Aufzeichnungs­ träger 7 fährt, tritt die erwähnte Verformung von Druckkopf 1 und Schlitten 5 ein, wo­ bei sich ein physikalischer Abstand 20 zwischen der Paarung 14 und der Reflexflä­ che 17 verändert ( größer wird).

Man wählt nunmehr einen Arbeitspunkt 21 (Fig. 3) in der I-d-Kurve im abfallenden Bereich des Reflexsensors 8, wonach sich hierdurch ein kleiner Signalabfall 22 der typischen Größe von wenigen mV ergibt.

In der Auswerteschaltung 11 (Fig. 4) wird wegen der geringen Größe des Effekts nur die Signaländerung 23 des Fototransistors 16 am Eingangsbaustein 24 registriert. In einem weiteren Baustein 25 erfolgt ein Filtern der durch den Eingangsbaustein 24 verstärkten Signaländerung 23, um das Signal von Störungen und Offsets zu befrei­ en. In einem weiteren Verstärkerbaustein 26 erfolgt die endgültige Verstärkung des gefilterten Signals. Hier wird durch eine kleine Spannungs-Schwelle die Signalände­ rung 23 von Rest-Störungen getrennt. Durch das beschriebene Meßverfahren erhält man beim Auftreffen des Druckkopfes 1 auf dem Aufzeichnungsträger 7 ein deutli­ ches Ausgangssignal 27 am Ende der Auswerteschaltung 11.

Das Ausgangssignal 27 ist in seinem Ursprung nicht sehr abhängig von der Dynamik der Druckkopfbewegung. Dadurch läßt sich die Auswerteschaltung 11 und dort ins­ besondere der Filterbaustein 25 frei optimieren. Es erfolgt zur Eliminierung der auf­ grund der mechanischen Schwingungen im Drucker entstehenden Störsignale eine softwaremäßige Weiterverarbeitung des Ausgangssignals 27.

Bezugszeichenliste

1

Druckkopf

1

a Druckkopfstirnfläche

1

b vorderer Teil

1

c größerer Teil

1

d Druckkopffläche

1

e unterer Teil

1

f Druckkopfgehäuse

1

g Zapfen

2

Druckwiderlager

3

Verfahrrichtung

4

Schlittenführung

5

Schlitten

5

a Zapfenlöcher

6

Anstellrichtung

7

Aufzeichnungsträger

8

Reflexsensor

9

Abstand

10

Eingangssignal

11

Auswerteschaltung

12

Zwischenlage

13

bügelartige Feder

14

Paarung

15

Leuchtdiode

16

Fototransistor

17

Reflexfläche

17

a Spiegel

18

geschützter Raum

19

senkrechte Fläche

20

physikalischer Abstand

21

Arbeitspunkt

22

Signalabfall

23

Signaländerung

24

Eingangsbaustein

25

Filterbaustein

26

Verstärkerbaustein

27

Ausgangssignal

Claims (10)

1. Drucker mit einer Abstandseinstelleinrichtung für einen Druckkopf, der auf einem senkrecht zur Verfahrrichtung verstellbaren Schlitten parallel zu einem Druckwiderlager, auf dem ein Aufzeichnungsträger aufliegt, hin- und herver­ fahrbar ist, wobei der Abstand zwischen der Druckkopfstirnfläche, an der sich die Druckelemente befinden, und einem oder mehreren aufeinanderliegenden Aufzeichnungsträgern bzw. dem Druckwiderlager mittels eines Sensors meß­ bar und der Schlitten mittels eines Antriebs aufgrund des Meßergebnisses gesteuert zum Druckwiderlager anstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf (1) auf dem Schlitten (5) durch eine kurzzeitige Berührung mit dem Aufzeichnungsträger (7) auf dem Druckwiderlager (2) in einem gerin­ gen Umfang verlagerbar ist, daß der Verlagerungsweg und/oder ein Verlage­ rungswinkel mittels eines Reflexsensors (8), der in einem Abstand (9) zwi­ schen Schlitten (5) und einer gegenüberliegenden Druckkopffläche (1d) an­ geordnet ist, meßbar ist und daß das Meßergebnis in Form eines modifizier­ ten Ausgangssignals (27) einer Auswerteschaltung (11) zur Steuerung des Antriebs für die automatische Abstandseinstellung des Druckkopfes (1) zum Aufzeichnungsträger (7) bzw. zum Druckwiderlager (2) dient.

2. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf (1) mit einem dem Schlitten (5) zugewandten vorderen Teil (1b) unter Einschaltung einer elastischen Zwischenlage (12) auf dem Schlitten (5) mittels einer bügelartigen Feder (13) befestigt ist.

3. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Reflexsensor (8) aus einer am Schlitten (5) angeordneten Paarung (14), bestehend aus einer Leuchtdiode (15) und einem daneben liegenden Fototransistor (16) und aus einer am Druckkopfgehäuse (1f) der Paarung (14) gegenüberliegend angeordneten Reflexfläche (17) gebildet ist.

4. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexsensor (8) aus einem am Schlitten (5) angeordneten Hall- Sensor und einem gegenüberliegenden, am Druckkopfgehäuse (1f) befestig­ ten Magneten gebildet ist.

5. Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexsensor (8) aus einem am Schlitten (5) angeordneten magnet­ feldempfindlichen Widerstand und einem am Druckkopfgehäuse (1f) gegen­ überliegenden Magneten gebildet ist.

6. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet daß die Reflexfläche (17) des Reflexsensors (8) aus einem Spiegel (17a) be­ steht.

7. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Paarungen (14), bestehend aus Leuchtdiode (15)/Fototransistor (16) mit Reflexfläche (17) bzw. aus Hall-Sensor und Magnet bzw. aus magnetfel­ dempfindlichem Widerstand und Magnet in einem geschützten Raum (18) zwischen einem größeren Teil (1c) des Druckkopfgehäuses (1f) und einer zum Druckwiderlager(2) abgewandten senkrechten Fläche (19) des Schlit­ tens (5) angeordnet ist.

8. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaländerung (23) am Fototransistor (16) registrierbar ist.

9. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaländerung (23) in Form eines modifizierten Differenzsignals ei­ ner Auswerteschaltung (11) zugeführt, verstärkt und gefiltert wird.

10. Drucker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gefilterte Signaländerung (23) in einem Verstärkerbaustein (26) durch eine Spannungs-Schwelle von Rest-Störungen befreit und als Ausgangssignal (27) der Auswerteschaltung (11) definiert wird.