In che modo una stampante laser controlla il laser per produrre risoluzioni così elevate?


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Ieri ho aperto una stampante laser rotta per trovare una delle sezioni importanti (questa è una foto di esempio di Google Immagini), cercando di imparare dal design del motore laser + specchio poligonale all'interno di:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Sono stato in grado di trovare la piedinatura del chip del driver e ho fatto funzionare con successo il motore a un RPM molto elevato, così come il laser per riflettere dallo specchio rotante, formando un semplice motivo lineare sulla superficie terminale.

Ora, ecco la parte che è misteriosa per me:

  • Il mirror è solo un BLDC standard (non uno stepper né un servo basato su encoder).

  • L'esagono degli specchi ruota a velocità sconosciuta / inesatta.

  • C'è una velocità di rotazione così elevata e una lunghezza dello specchio così corta (ho misurato ogni lato degli specchi dell'esagono per essere lungo circa 2 cm).

Quindi, come controllano il laser per riflettere l'esatto momento / angolo di rotazione di ogni specchio in modo da (colpire il tamburo del fotoricettore in posizioni altamente accurate e) produrre una qualità di stampa in migliaia di DPI, ovvero migliore della risoluzione di 0,03 mm?

In altre parole, come sono coordinati i tempi dell'impulso laser on / off rispetto all'angolo dello specchio nella figura sotto?

inserisci qui la descrizione dell'immagine


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Domanda interessante. Non sono un esperto. Osserverei che per un BLDC, allora la velocità è nota, anche se è leggermente inesatta. Se ci fosse un feedback dal motore, ad esempio un riflesso sul laser o un sensore sul motore stesso, la velocità potrebbe essere conosciuta con precisione dall'hardware e dal software della stampante. Ad esempio, una posizione precisa "impulso" per specchio "piatto" potrebbe andare bene se la velocità dello specchio non cambia molto durante la sua scansione. Solo un WAG, però.
bagliore

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Confido che indossi una protezione per gli occhi (in questi esperimenti) ... Il resto è una buona domanda.
Fizz,

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La rotazione degli specchi è molto precisa. È un motore sincrono con un angolo di carico piccolo e costante dopo tutto.
venny,

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@RespawnedFluff: buona idea sul suggerimento di leggere un brevetto. Ora ho trovato questo rilevante . E per quanto riguarda la tua proposta di sensore, sono sicuro che ci sia - sono al lavoro e controllerò quando torno a casa. Tuttavia, ho imparato che esiste un "rilevatore di sincronizzazione" per la post-riflessione , come descritto brevemente in questo documento .
sasha,

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Se la velocità di rotazione è ridotta di un piccolo margine, i circuiti devono semplicemente adattarsi. Regolare la velocità di un motore con uno specchio è difficile. È più facile compensarlo regolando l'elettronica che controlla il laser. Tutto quello che devi fare è rilevare l'errore nella velocità di rotazione, non necessariamente correggerlo.
Cort Ammon,

Risposte:


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È difficile sapere esattamente come funziona la tua specifica unità, ma in generale c'è un sensore di temporizzazione che viene utilizzato per rileggere la posizione dello specchio, come nello schema seguente. Non legge continuamente ogni posizione, ma solo una volta per cambio di faccia. L'errore misurato viene utilizzato per compensare l'accensione del circuito laser.

Diagramma che mostra la posizione del sensore di temporizzazione

Esistono brevetti più dettagliati sul tipo di circuito di compensazione (digitale) che consente di utilizzare questo metodo di rilevamento non continuo, ad esempio US5754215A che consente l'uso di motori economici.

Questi dati Da, Db, Dc, Dd e De sono determinati misurando gli intervalli di tempo tra i momenti in cui i rispettivi raggi di riflessione dai rispettivi lati A, B, C, D ed E dello specchio poligonale 4 irradiano il sensore di origine 6 e i momenti quando il raggio di riflessione del lato seguente successivamente irradia il sensore di origine 6 in una condizione di rotazione (la condizione di rotazione standard appropriata) in modo tale che la velocità di scansione sulla superficie del tamburo fotosensibile 5 attraverso i rispettivi lati A, B, C, D e E raggiunge un valore costante predeterminato. Gli intervalli di tempo possono essere misurati tramite un dispositivo di misurazione durante la rotazione del motore dello specchio poligonale 13 e la simulazione delle condizioni di scansione, oppure in alternativa possono essere misurati dopo l'assemblaggio di interi elementi e quando la condizione di rotazione del motore dello specchio poligonale raggiunge la condizione standard.

L'intero punto di quell'essere

quindi anche il motore poligonale con una scarsa precisione di elaborazione può essere controllato alla rotazione standard in modo tale che la velocità di scansione mediante la rotazione sia portata a un valore target come un motore poligonale con una elevata precisione di elaborazione

La combinazione di autori giapponesi e brevetti è un assassino :)

Quel particolare brevetto continua a parlare del controllo di un motore PWM con i dati risultanti.

Quando il programma di calcolo degli errori target 101b viene eseguito dalla CPU 100, i rispettivi indirizzi A1, A2, A3, A4 e A5 sono accessibili in sequenza per i corrispondenti lati A, B, C, D ed E che ricevono raggi laser in risposta alla rotazione del mirror poligonale 4. Vale a dire, attraverso l'esecuzione del programma, in risposta alla rotazione dei rispettivi lati e nella posizione dell'origine in cui è iniziata la scansione del lato successivo, i dati corrispondenti al lato immediatamente precedente tra i dati Da, Db, Dc, Dd e De si fa riferimento e qualsiasi differenza tra i dati di riferimento e il valore nel registro di acquisizione 12b viene calcolata come errore. Questo programma è semplice che esegue principalmente il semplice riferimento ai dati e il calcolo di una differenza tale da omettere ulteriori spiegazioni del contenuto. Ulteriore,

Ma ci sono circuiti integrati per il controllo di un motore brushless specificamente commercializzati per gli specchi per stampanti laser. ON Semi ne ha un sacco intero ad esempio LB11872H , LB1876 , LV8111VB. Questi utilizzano internamente circuiti di controllo della velocità PLL. Questi ultimi due chip vantano anche "direct PWM drive", il che non mi è molto chiaro cosa significhi, ma suppongo che convertano il segnale di controllo internamente (da PWM). Quindi, finché hai i dati di controllo, probabilmente funzionano altrettanto bene. Non c'è molto in termini di note applicative per l'utilizzo di questi (in una vera stampante laser). La mia ipotesi è che coloro che ne hanno bisogno sappiano come usarli. Rohm (che detiene il brevetto sopra citato) produce anche una serie di questi circuiti integrati "driver PWM diretti" per motori brushless, commercializzati anche per specchi poligonali laser, ad esempio BD67929EFV . C'è anche un documento che parla di questa tecnica di controllo [PWM] per motori brushless: http://dx.doi.org/10.1109/ICEMS.2005.202797 (non l'ho ancora letto.)

Ri: "come fa esattamente questo sensore di temporizzazione a ricevere il raggio?" Penso che sia stato in qualche modo ovvio dal diagramma: attraverso uno specchio (etichettato lì "1st Reflection Mirror") che viene colpito solo quando il laser commuta le facce dello specchio. Questo è uno specchio diverso rispetto allo specchio principale utilizzato per illuminare il tamburo OPC. Presumibilmente potrebbero esserci altri accordi. Per una stampante laser a colori, in genere ci sono (o meglio erano) più sensori, uno per raggio (canale di colore), come spiegato in un brevetto Lexmark US9052513 più recente , che come potete vedere propone un modo per ridurre il numero di sensori. (Questo è probabilmente uno dei motivi per cui è possibile acquistare una stampante laser a colori per meno di $ 100 come indicato.)

In una LSU di un dispositivo di imaging a colori elettrofotografico, è tipico per ogni canale di imaging avere un proprio sensore ottico, chiamato "sensore hsync", per rilevare il suo raggio laser deviato da uno specchio poligonale e creare un segnale di rilevamento del raggio per l'uso nell'innesco dei dati video inclusi nel raggio laser del canale per impattare sul tamburo fotoconduttore corrispondente del canale. Nelle architetture di progettazione LSU più recenti, due raggi condividono un singolo sensore hsync con uno dei canali che creano il segnale di avvio della scansione (SOS) e l'altro canale utilizzando una versione ritardata di quel segnale SOS. Poiché un canale sta riproducendo un'immagine di una sfaccettatura dello specchio poligonale rotante che non è associato al sensore ottico che genera il segnale SOS, il jitter di scansione può essere indotto in quel canale.


Sembra lo stesso tipo di PLL che consente ai monitor CRT di funzionare sincronizzandosi una volta per riga. Se il motore viene azionato a una velocità costante e c'è un'inerzia meccanica sufficiente sul poligono dello specchio, dovrebbe essere possibile ottenere un blocco PLL molto preciso.
pjc50,

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@Respawned: un po 'più di dettaglio sarebbe apprezzato; ad esempio, in che modo esattamente questo sensore di temporizzazione riceve il raggio? Vuoi dire che, prima di ogni riga che deve essere stampata, una prima accensione laser viene inviata in un momento che il microprocessore ritiene quindi corrisponda all'angolo corrispondente alla posizione del sensore di tempo? E poi, se c'è un errore di offset nella temporizzazione, e quindi il sensore di temporizzazione non registra un rilevamento, allora? In che modo il microprocessore conosce la quantità di errore da compensare?
sasha,

@sasha: queste sono buone domande, ho aggiunto un po 'più di dettagli.
Fizz,

Bella risposta ....
Kevin White,

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@ChrisH Sì. Stavo semplicemente sottolineando quanto lontano puoi essere, ma se le posizioni relative dei punti da una riga all'altra sono perfette, non noterai nemmeno che sei stato spostato in una direzione o nell'altra.
Cort Ammon,

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Fintanto che la velocità di rotazione è costante su scale temporali brevi, è possibile calcolare la posizione corrente dalla temporizzazione degli impulsi sul "rilevamento del raggio". Semplicisticamente il tempo tra gli impulsi darebbe la velocità di rotazione e quindi combinando la velocità di rotazione nota con il tempo trascorso dall'ultimo impulso darebbe la posizione corrente.

Una cosa da tenere a mente è che il posizionamento assoluto su un laser mono non deve essere super accurato, ma solo il posizionamento relativo tra le linee adiacenti. I laser a colori di solito usano una cinghia come intermedio tra i diversi motori di stampa a colori e la carta e suppongo che abbiano un qualche tipo di rilevamento in atto su quella cinghia per consentire loro di allineare i diversi colori.


Puoi parlarci di questo "rilevamento del raggio" - si tratta di una sorta di sensore nella fase di rotazione dello specchio poligonale o dopo la riflessione del raggio?
sasha,

Suppongo che ciò che l'assassino abbia etichettato come "rilevazione del raggio" sia una sorta di sensore ottico che verrà attivato dal laser una volta per passaggio del raggio (anche: vedi la risposta della lanugine rigenerata)
Peter Green,
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