带驱动装置的制作方法

专利名称：带驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带驱动装置。这样的带驱动装置可以形成打印设备的 一部分。具体而言，这样的带驱动装置可以用于转印打印机，即，使用由 载体承载的墨的打印机。
背景技术：
在转印打印机中，通常称作打印机带并且在其一侧承载墨的带设置在
打印机内，使得打印头可以接触带的另一侧，以使得墨可以从带上转印到 例如纸张或柔性膜的目标衬底上。这样的打印机用于许多应用场合。工业 打印应用包括热转印标签打印机和热转印编码器，其直接打印在诸如由柔 性膜或卡片制成的封装材料之类的衬底上。墨带通常以缠绕到芯上的辊的形式被传递到终端用户。终端用户将芯 推到巻轴上，并且拉动辊的自由端以释放一定长度的带，然后将带的端部 与另一个巻轴结合。巻轴可以安装在盒子上，该盒子可以容易地安装在打 印机器上。打印机器包括用于驱动巻轴的传输装置，以将带从一个巻轴上 松开并将其巻取到另一个巻轴上。打印设备在两个巻轴之间沿经过打印头 的预定路径而传输带。上述类型的公知打印机使用许多不同方法来解决如何驱动巻轴的问 题。有些方法使用步进电机，其操作于位置控制模式，以松开或巻取预定 量的带。其他公知打印机使用DC电机，其在扭矩模式下操作，以在带中 提供张力并且直接或间接驱动巻轴。 一些公知装置只对巻取带的带巻轴进 行驱动(巻取巻轴)，并依靠带从其上抽出的巻轴(供给巻轴)上的某种 形式的"滑动离合器"装置提供抵抗性的拖力，以便确保在打印和带缠绕 过程中带保持张紧，且在带将要静止时防止带过度绕巻。应当意识到，保 持适当的带张力是打印机正确起作用的必要要求。[5]已知打印机带驱动装置的可选形式既驱动巻取巻轴也驱动供给巻轴。 供给巻轴电机可以配置成通过沿与带传输的方向相反的方向驱动而对带施 加预定拖力。在这样的装置中(这里称为"拖拉")，与连接到供给巻轴 的由机相卜k.连法至ll巻助^铀的由知ffi 罟成您审十的"fr施加到带，从而向
供给巻轴电机供给更小的功率，并且供给巻轴由此沿带传输的方向旋转。 供给巻轴拖力电机在正常操作中保持带的张紧。在另外的可选装置中，供给巻轴电机可以沿带传输的方向驱动，使得 其将带从供给巻轴驱动到巻取巻轴。这样的装置在这里称为"推拉"。巻 取电机在带被供给巻轴电机松开时将带拉到巻取巻轴上，从而保持带张 力。这样的推拉装置在我们的在先英国专利GB 2369602中描述，该专利 公开使用一对步进电机来驱动供给巻轴和巻取巻轴。在GB 2369602中， 控制器配置成控制电机的通电，使得带可以在带的巻轴之间沿两个方向传 输。监控在巻轴之间传输的带中的张力，并且控制电机以对两个电机进行 通电，以沿带传输的方向驱动带的巻轴。在打印机逐渐使用带辊时，供给巻轴的外径减小，而巻取巻轴的外径 增大。在提供基本恒定的抵抗扭矩的滑动离合器装置中，带张力与巻轴直 径成正比地变化。假定希望使用较大的供给巻轴以便将必须补充的带辊的 次数降低到最小，尤其是在需要快速带传输的高速机器中，这是个严重问 题。对于使用巻取电机和供给电机两者的带驱动装置而言，巻轴直径的改 变可能使得难以确定供给到每个电机以保持带张力和/或以正确速率松开或 再缠绕带的正确驱动信号。假设有这些限制，已知的打印机设计通过限定带传输系统的加速度、 减速度和最大速度能力的方法获得折中的性能。结果，打印机的整体性能 在某些情况下折中。在连续打印中，在打印阶段期间，固定的打印头与打印机带进行接
6触，并且带的另一侧与图像打印在其上的衬底相接触。术语"固定"在连 续打印领域中用于表示虽然打印头会移动到与带接触和移开不与带接 触，但是打印头不会相对于带路径沿带在所述带路径上前进的方向上移 动。在打印期间中，衬底和带一般而言以相同速度(但不是必需的)被传 输经过打印头。一般而言，衬底中传输经过打印头的长度中仅一小部分被打印，因 此，为了避免带的浪费，必需在打印操作之间反转带的行进方向。因此， 在衬底以恒定速度行进的一般打印处理中，打印头仅在打印头邻近于衬底 中待打印的区域时伸展成与带接触。恰好在打印头伸展之前，带例如必须 加速到衬底行进的速度。在打印期间，带速度然后必须保持在衬底的恒定 速度上，在完成打印阶段之后，带必须减速并然后沿反转方向驱动使得带 中已使用区域位于打印头的上游侧。随着衬底中待打印的下一个区域逼近，带然后必须向后加速到正常打 印速度，并且当打印头前进到打印位置时，带必须定位成使得接近于带先 前使用区域的带未使用部分位于打印头和衬底之间。因此，带在两个方向 需要非常快的加速度和减速度，并且带驱动系统必须能够精确地定位带以 避免在带先前使用部分插入到打印头和衬底之间时进行打印操作。在间歇打印中，衬底以逐步的方式前进经过打印头，使得在每个循环 的打印阶段中，衬底和带一般而言(但不是必需的)是固定的。衬底、带 和打印头之间的相对移动通过相对于衬底和带移动打印头而获得。在连续 循环的打印阶段之间，衬底前进以将待打印的下一个区域呈现在打印头的 下方，并且带前进以使得带的未使用部分位于打印头和衬底之间。带的再 次快速和精确传输对于确保未使用带在使打印头前进以进行打印操作时始 终位于衬底和打印头之间是必需的。高速转印打印机对于带的减速度、加速度、速度以及定位的精确度的 要求使得许多已知的驱动机构在高可靠度的情况下难以获得可接受的性 能。在高速打印机之外的应用(例如，适于使用从标签页分离的标签的标 签打印机中使用的驱动装置)中也施加相似的限制。根据本发明实施例的 带驱动装置适于在标签打印机中使用，在标签打印机中，标签与在供给巻轴和巻取巻轴之间传输的连续标签页分离。

发明内容
本发明实施例的目的在于避免或减少与现有技术中相关的一个或多个 问题(这里或其他地方提及的)。本发明实施例的另一目标在于提供一种 带驱动装置，其可以用于以这样的方式传递打印机带，该方式能够满足高 速生产线的要求，但是本发明的带驱动装置也可以用于其他需要类似高性 能要求的应用中。根据本发明，提供一种带驱动装置，所述带驱动装置包括两个位置控 制电机、两个带巻轴支撑装置以及控制器，其中，至少一个所述电机是闭 环位置控制电机，带的巻轴可以安装在所述带巻轴支撑装置上，每个巻轴 可以由所述电机中的对应一个驱动，所述控制器用于控制所述电机的通 电，使得所述带可以在安装于所述巻轴支撑装置上的所述巻轴之间沿至少 一个方向传输，其中，所述控制器被操作对两个所述电机进行通电以沿 带传输的方向驱动带的所述巻轴、监控在安装于所述巻轴支撑装置上的所 述巻轴之间传输的带中的张力；以及控制所述电机，以将监控的张力保持
在预定极限之间。所述控制器可以配置成控制所述电机，以在所述巻轴之间沿两个方向
传输带。所述电机中一个可以是设置有位置检测装置的步进电机。可以设 置装置来监控供给到至少一个所述电机的功率以及基于所监控的功率监控 带张力。所述电机中一个可以是设置有位置检测装置的扭矩控制电机。可以设 置装置来监控供给到至少一个所述电机的电流并基于所监控的电流监控带 张力。监控带张力还可以基于至少一个所述电机的测得加速度。监控带张 力还可以基于带的至少一个所述巻轴的惯性力矩。优选地，每个巻轴支撑装置由提供至少一个固定传输比的驱动耦合装 置耦合到对应的电机。优选地，每个电机和其对应的巻轴支撑装置的角速
度比是固定的。这样的配置需要在考虑巻轴的周长的情况下，控制电机
从而从相应的巻轴或对相应的巻轴产生期望的线性带移动。[20]所述驱动耦合装置可包括驱动带。可选地，由于每个巻轴支撑装置具 有对应的第一旋转轴线且每个电机包括具有对应的第二旋转轴线的轴，对 应的第一旋转轴线和第二旋转轴线可以共轴。对应的驱动耦合装置可以将 对应的巻轴的轴与对应的电机轴互连。带驱动装置还可包括用于如果监控的张力低于预定下极限时产生表示
错误输出的装置。所述带驱动装置还可包括用于确定安装在所述巻轴支撑 装置上的带巻轴的直径的装置。根据本发明一些实施例的带驱动装置取决于驱动两个带巻轴以在带传 输期间驱动带的两个电机。因此，两个电机可以在推拉模式下操作。这使 得可以实现非常大的加速度和减速度。正在传输的带中的张力可以通过对 电机的驱动进行控制来确定，并且由此不需要依赖于必须接触巻取巻轴和 供给巻轴之间的带的任何部分。由此，可以获得非常简单的整体机械组 件。因为两个电机都是用于带传输的，所以可以使用相当小以及因此便宜 和紧凑的电机。每个巻轴的实际旋转方向取决于带在每个巻轴上缠绕的方向。如果两 个巻轴沿相同方向缠绕，则两个巻轴沿相同旋转方向旋转，以传输带。如 果巻轴彼此沿相反方向缠绕，则巻轴沿相反旋转方向旋转，以传输带。在 任何构造中，两个巻轴沿带传输的方向旋转。但是，根据供给巻轴电机的 操作模式，其驱动的方向也可以沿与供给巻轴相同方向延伸(当电机通过
将带推离巻轴而辅助驱动带时)或供给巻轴电机可以沿与供给巻轴相反方 向驱动(当电机为带提供拖力以张紧带时)。带驱动装置可以包括在热转印打印机中，所述打印机被构造成将墨从 打印机带上转印到衬底上，所述衬底沿邻近于所述打印机的预定路径传 输。所述带驱动装置可以用作在第一和第二带巻轴之间传输墨带的打印机 带驱动机构，并且所述打印机还包括打印头，所述打印头配置成接触所述 带一侧以将所述带的另一侧压迫接触所述预定路径上的衬底。还可以设置 打印头驱动机构，所述打印头驱动机构用于沿基本平行于所述预定衬底传 输路径延伸的轨迹传输所述打印头(当打印机操作于间歇打印操作模式 时)，并且用于移动所述打印头使其接触所述带和不接触所述带。控制器
9可以控制所述打印机墨带和所述打印头驱动机构，所述控制器可以选择性 编程，以使得在打印期间所述墨带在所述打印头静止的情况下相对于所述 预定衬底传输路径传输并且移动接触所述打印头，或者使得在打印期间所 述打印头相对于所述墨带和所述预定衬底传输路径传输并且移动接触所述
黑諧所述驱动机构可以是双向的，使得带可以从第一巻轴传输到第二巻轴 和从第二巻轴传输到第一巻轴。通常，未使用的带设置在安装于所述供给 巻轴上的带辊。使用的带巻取在安装于巻取巻轴上的辊。但是，如上所 述，为了防止总的带浪费，在打印操作后，带可以反转，使得带的未使用 部分可以在缠绕到巻取巻轴之前使用。


现在参照附图描述本发明的实施例，在附图中 [27]图l是根据本发明实施例的打印机带驱动系统的示意性视图；以及 [28]图2是适合在图1中的带驱动装置中使用的电机控制电路的示意性视 图。
具体实施例方式参照图1，其示意性图示根据本发明的适于在热转印打印机中使用的 带驱动装置。第一轴1和第二轴2分别支撑供给巻轴3和巻取巻轴4。供 给巻轴3最初缠绕有一辊未使用的带，而巻取巻轴4最初没有承载任何 带。随着带的使用，带的使用部分从供给巻轴3传输到巻取巻轴4。提供 一个可移动打印头5，其可以至少沿由箭头7所示的第一方向相对于带6 移动。带6从供给巻轴3绕辊8、 9延伸到巻取巻轴4。带6在辊8和9之 间所遵循的路径经过打印头5的前方。在其上沉积打印图案的衬底10开 始与辊8和9之间的带6进行接触，并且带6插在打印头5和衬底10之 间。在压板辊ll的压靠下，衬底10可以与带6进行接触。供给轴1由供给电机12驱动，巻取轴2由巻取电机13驱动。供给电 机12和巻取电机13由表示它们定位于供给巻轴3和巻取巻轴4后面的虚线所图示。但是应当意识到，在本发明的可选实施例中，巻轴不是由电机 直接驱动的。相反，电机轴可以由带驱动装置或其他相似驱动机构可操作 地连接到对应巻轴。在另外情况下，可以看出，在电机和其对应巻轴支撑 装置之间存在固定传输比。控制器14控制电机12、 13的操作，如下面的更详细描述。供给电机 12和巻取电机13能够沿两个方向驱动带6。如果带从供给巻轴3移动到巻 取巻轴4，如箭头15所示，带的移动可以被定义在打印方向。当带从巻取 巻轴4移动到供给巻轴3时，带可以被认为沿带反转方向移动，如箭头16 所示。当打印机操作于连续模式中时，当带6沿打印方向15移动时，打印 头5将移动成与带6接触。墨由于打印头5的动作而从带6转印到衬底 10。带移动可以反转，使得带6的未使用部分在开始后继打印操作之前定 位成邻近打印头5。在图1所示的构造中，巻轴3、 4彼此以相同方式缠绕，并且由此沿 相同的旋转方向旋转以传输带。可选地，巻轴3、 4可以彼此以相反方式 缠绕，并且由此必须沿相反方向旋转以传输带。如上所述，图1中所示意性图示的打印机可以用于连续打印和间歇打 印应用中。控制器14可以选择性地编程，以选择连续操作或间歇操作。 在连续应用中，衬底10连续移动。在打印循环期间，打印头5静止，而 带移动，以随着循环的进行而将新的带呈现给打印头5。相反，在间歇应 用中，衬底IO在每个打印循环中是静止的，在打印循环期间衬底10和打 印头5之间的所必需的相对移动通过沿箭头17的方向平行于带6和衬底 IO移动打印头5而获得。在此情况下，辊11由扁平打印压板(未示出) 替代，打印头5将带6和衬底IO压靠在扁平打印压板上。在两种应用中， 必须能够在打印循环之间前进和后退带6，以将新的带呈现给打印头并且 最小化带的浪费。假设打印机器操作的速度并且在每个打印循环期间带6 将呈现在打印头5和衬底IO之间，必须能够使带6沿两个方向以较大加速 度加速并且相对于打印头精确地定位。在图l所示的装置中，假设衬底10 仅仅如箭头18所示向右侧移动。但是，该设备可以容易地适用于在向图1中的左侧行进(即，相反方向)的衬底上打印。现在更详细地描述带在供给巻轴3和巻取巻轴4之间的驱动。在本发 明的实施例中，供给电机12和巻取电机13都是位置控制电机。位置控制电机是由需要输出位置所控制的电机。即，输出位置可以根 据需要而改变，或者输出旋转速度可以通过需要输出旋转位置变化的速度 控制而改变。位置控制电机的示例是步进电机。步进电机是开环位置控制电机的示 例。即，步进电机供给有与需要旋转位置或旋转速度相关的输入信号，步 进电机被驱动以获得需要的位置或速度。步进电机还可以设置有编码器， 该编码器提供表示实际输出位置或速度的反馈信号。反馈信号可以用于通 过与需要输出旋转位置的比较而产生误差信号，误差信号用于驱动电机， 以最小化误差。以这种方式设置有编码器的步进电机包括闭环形式的位置 控制电机。闭环位置控制电机的可选形式包括设置有编码器的扭矩控制电机(例 如，DC电机)。扭矩控制电机是由需要输出扭矩所控制的电机。来自编 码器的输出提供反馈信号，当反馈信号与需要输出旋转位置比较时，误差 信号可以从反馈信号中产生，误差信号用于驱动电机，以最小化误差。在本发明的上下文中，术语"DC电机"广义解释为包括可以驱动以 提供输出扭矩的任何形式电机，诸如无刷DC电机、有刷DC电机、感应 电机或AC电机。无刷DC电机包括具有集成换向传感器的任何形式的电 子换向电机。类似地，术语步进电机广义解释为包括可以由表示旋转位置 的需要变化的信号驱动的任何形式的电机。编码器是任何形式的角位置检测装置，诸如光编码器、磁编码器、解 析器、电容编码器或任何其他形式的位置检测装置。编码器可以连接到电 机的输出轴并且用于提供表示电机输出轴的角位置或运动的反馈信号。通过控制电机以保持带张力而使得带在供给巻轴3和巻取巻轴4之间 驱动。 一般而言，监控在供给巻轴3和巻取巻轴4之间行进的带中的张 力，并且通过控制器14控制供给电机12和巻取电机13，以将带张力保持 在预定极限之间。可以如下描述的多种方式监控带张力。监控的张力用作控制算法的输入，以控制电机将带张力保持在预定极限之间，如所述。如果监控的张力过高(高于预定极限)，则可以对一个或两个位置控 制电机进行调节，以将较短部分带增加到巻轴之间的带长度。如果监控的 张力过低(低于与上不同的预定极限)，则可以从巻轴之间的带长度移除 较短部分的带。用于确定增加到巻轴之间的带长度或从巻轴之间的带长度 移除的带修正量的控制算法可以是传统形式，例如，公知为比例积分微分 控制算法(PID控制)的算法。该算法使得可以监控的张力与预定上极限 和下极限(所谓的死区)进行比较，并且，如果监控的张力位于这些极限 外部，则可以计算监控的张力和"标称需要"张力(设置在上极限和下极 限之间的水平)之间的差，计算的结果被视为误差"信号"。此误差"信
号"然后通过PID算法(包括比例增益常数以及积分和微分因子)进行数
学处理。数学处理产生在下一带进给期间需要增加到巻轴之间的带路径或 从巻轴之间的带路径中移除的"修正"带量。带的这种增加或移除将带张 力保持在可接受的极限内。更具体地，可以通过计算误差(标称张力和监控的张力之间的差)并 将误差除以增益因子(取决于带宽)来计算修正值。增益因子越大，则系 统随着标称张力的增大而变得越紧。增益因子也取决于带宽度，因为考虑 不同带宽度而改变增益常数。这是因为可能在窄带中引起较大张紧的张力 在宽带中引起较小张紧，并且因此，将带增加到巻轴之间的带长度或从巻 轴之间的移除带的影响主要由带的刚度影响。连续循环可以从100的标称 值(紧)到80的标称值(松)调节增益因子。在第一次读取后的后续每 次紧或松读取而言，可以增加额外的O.lmm修正。也可以保持误差累加 器，并且如果累加的修正(紧的为负，而松的为正)超过正负2mm，则将 另外的O.lmm增加到修正。这是两个积分量，其使得系统能够在稳定模式 下操作并且将带张力保持在或接近于标称张力。电机进给系统在两个电机之间平均分配修正，以避免打印之间的较大 间隙或在带上进行过度打印。通过计算具有最大巻绕直径的电机的修正量 一半的旋转移动量，系统完成此操作。参考驱动最大直径的巻轴的电机的 转数，计算此移动量。然后，将旋转移动量再计算为距离(取决于已知的巻轴直径)并且从初始的修正量减去旋转移动量。得到的值然后用于计算 驱动较小直径巻轴的电机的修正。因为驱动较小直径巻轴的电机在巻轴的 边缘处的修正方面具有较精细的分辨率，所以可以更加精确地进给剩余的 距离。因此，此机构将张力调节为尽可能接近于初始修正所需要的量。上面已经描述机构需要知道带的巻轴的直径。可以采用不同机构。例 如， 一种监控巻轴的直径的公知方法基于包括至少一个发射器和检测器对 的光学检测。发射器和检测器对配置为使得，随着巻轴的直径变化，巻轴
阻挡从发射器到检测器的可被检测到的信号。在我们的在先UK专利GB 2369602中公开了这样的光学巻轴直径监控技术。在GB 2298821中公开一种用于确定带巻轴直径的可选方法。这里， 带经过己知直径的惰性辊。惰性辊设置有防滑涂层，以防止在带移动时带 和惰性辊之间发生的滑动。惰性辊的外径是已知的。监控惰性辊的旋转。 这通过提供具有磁性盘的惰性辊来实现，磁性盘具有南极和北极。然后通 过适当的磁性传感器检测惰性辊的旋转。通过检测已知直径的惰性辊的旋 转以及知道步进电机已经转动的步幅数，可以确定与步进电机相关的带巻 轴的直径。现在描述用于监控供给巻轴3和巻取巻轴4之间的带中的张力的方 法。这些方法包括通过使用接触带的部件而进行的直接张力监控和间接张 力监控。例如，直接张力监控包括与带接触的弹性偏压辊或舞臂(dancing arm)，其配置成由于带张力的变化而促使辊或舞臂移动位置，位置的变 化例如可以使用线性位移传感器来检测。可选地，带可以经过承载负载单 元的辊。带张力影响施加到负载单元的力，使得负载单元的输出为带张力 提供指示。在这些情况下，监控的张力由控制器14处理，以对供给电机 12和巻取电机13提供适当的控制。如果供给电机12和巻取电机13都是设置有编码器的扭矩控制电机， 则可以如下监控张力。对于供给电机12和巻取电机13中的一个而言，使 用所设置的编码器测量电机的角速度。当电机恒速移动时，测量角速度。通过测量电机电流，可以计算电机扭矩。例如，在DC有刷电机的情 况下，电机扭矩常数是已知的并且电机的扭矩由此可以按照等式(1)计算
T=KtI (1 )
其中
T为扭矩；
Kt为电机扭矩常数；以及 I为测量的电流。 [50]已知
P=Tw (2)
其中
P为功率；以及
co为角速度。供给电机12和巻取电机13两者的功率值可以使用等式(2)计算。 带张力然后与推导出的功率值的比率成正比。应当注意，电机的扭矩常数通常随温度而改变。但是，假设取得推导 出的功率值的比率，则温度的改变基本可以相互抵消，因为两个电机都几 乎处于相同温度。这是因为电机很接近并且安装到共同的基板上。作为替代方案，功率的测量可以通过读取经过与电源串联的电阻以驱 动与每个电机相关的电子器件的电流或与该电阻的电压获得。供给到电机 的功率比率可以用于测量带张力。现在更详细描述此处理以及适当的校准 处理。最初，巻取电机12通电，以从两个巻轴之间延伸的带长去掉松弛部 分。然后获得巻轴直径的初始估计。此初始估计可以使用任何方便的方法 获得。例如，可以使用我们的在先英国专利GB 2369602中描述的光学系 统。供给电机12然后供电，以张紧绕供给巻轴3延伸的带。然后驱动巻 取电机13，以从供给巻轴3拖拉带，而供给巻轴电机12断电。对电机驱 动的巻取巻轴4的旋转运动进行监控。另一个电机不停止，而产生反电动 势，这导致被计算在内的脉冲的产生。在巻轴转动些许后，计算巻取电机 13的旋转运动和供给电机12产生的脉冲数，并且计算的脉冲数用于确定两个直径之间的比率。带然后开始受控停止。两个电机以受控方式减速， 以避免超出限度。因此，巻轴电机12由脉冲驱动，以产生减速。与电机
旋转同步地将减速脉冲施加到供给巻轴电机12通过监控该电机中产生的
反电动势实现，并且然后在适当时间对电机通电以施加减速扭矩。需要巻
取巻轴4的转数，以最小化从巻轴延伸的任何带尾妨碍用于确定初始巻轴 直径的扫描设备的光路的可能性，在上面提到的我们的在先UK专利中描 述了这样的扫描设备。然后沿两个方向进行进一步的光学扫描，以在巻轴静止时确定巻取巻 轴4的半径。然后，在通过将电机转动适当的旋转运动而巻轴以30°的增 量绕电机轴旋转时重复光学扫描，适当的运动为常量。这建立了巻轴(可 以不是非常圆的)的尺寸的映射，并且此映射用于计算每个巻轴沿每个带 进给路径旋转的弧形的平均半径并且还使用这些半径计算绕巻轴的直径的 改变。这使得可以精确确定每个巻轴的周长以及驱动该巻轴的电机的预定 旋转运动。例如，不同计算的半径可以用于计算每个电机以适当方式驱动 巻轴以将带进给预定距离所需的旋转运动。这些半径和旋转运动然后可以 用于如下所述的张力监控计算。然后沿两个方向进行相同的光学扫描程序以测量供给巻轴3的半径。 此信息然后与在先计算的巻轴直径比率结合，以给出与巻轴直径和形状相 关的一套精确数据。从供给巻轴3进给到巻取巻轴4的带然后往回再缠绕 到供给巻轴3，以避免带浪费。步进电机一般包括两个正交缠绕线圈并且电流以脉冲序列的方式供给 到一个或两个线圈并且为两个属性(正和负)，以获得电机轴的步进。为 了不管这些线圈的自身的电时间常数如何而实现合理性能，公知通过施加 比电机的标称额定值更大的电压而过驱动步进电机以及脉冲宽度调制当达 到期望电机电流时的电压。例如，在能够取2安培的3.6伏特电机的情况 下，可以施加36伏特的电压。这导致通过电机的电流的非常快速地上 升。假定这样的供给电压过驱动，相对短阶段的供给电压施加被相对长阶 段隔开。结果，从电源到电机的电流完全不平稳。另外，即使当电机在与 其进行的功能相关的零负载(等同于打印机带的零张力)的情况下运行时，供给到电机的电流是各种因子(诸如电机转速、电机的特定特征(效 率等))以及电机驱动电路的特定特征(增益和偏移量方差)的函数。因 此，必须校准电机，以考虑与除了电机负载之外的这些因子相关的电流改 变。在使用DC电机的情况下，己知随时过驱动所述电机，例如，在能够 取6安培的3.6VDC电机的情况下，可以施加36V的电压。通过零负载条件下在一系列不同速度中每一个上驱动每个电机，来校 准电机。这一般会覆盖带前进所需的带传输速度的范围，该范围一般从 100mm/s到1000mm/s的带传输速度。此过程重复多次，例如，二十次， 并且平均结果用于为每个电机对每个速度计算电机校准因子x。使用下面 关系
<formula>formula see original document page 17</formula>
其中
x是在给定速度时的电机的校准因子；
V是在给定速度时平均测量电机操作值；以及
N是常量归一化或縮放因子。 [61]综上所述，对于每个电机，对于每个预定速度计算一系列值x。当使 用设备时，对于给定速度，选择值x中的一个用于带张力的校准，或者通 过内插法从用于最接近于给定速度的预定速度的两个x值中计算给定速度 的x值。图2图示在电机校准以及后续的带张力控制期间V值的校准。参照图 2，已调节的电源20为第一电机驱动电路21和第二电机驱动电路22供 电。从电源20到电机驱动电路21的电流经过低阻值电阻器23，电阻器 23上产生的电势施加到电位转换器24。类似地，到电机驱动电路22的电 流经过低阻值电阻器25，电阻器上产生的电压施加到电位转换器26。电 位转换器24和26的输出施加到A/D转换器27和28， A/D转换器27和 28的输出施加到微控制器29。微控制器将输出30传递到第一电机驱动装 置21并且将输出31传递到第二电机驱动装置22。这些电机驱动装置为驱 动供给巻轴3的供给电机12和驱动巻取巻轴4的巻取电机13通电。[63]在电机校准期间，没有巻轴安装在电机12、 13的输出轴上。对于每 个电机的给定速度，记录ADC 27和28的输出，使得每个电机在每个预选 速度时的x和V是己知的。如下所述使用这些值，以使得能够直接监控巻 轴3和4之间的带中的张力，这些巻轴已经安装在步进电机12和13的输 出轴上。用于张力校准的公式如下所示，假设电机13为拉而电机12为推。 <formula>formula see original document page 18</formula>其中-
V,是假设选定的恒定的带进给步幅速率时ADC 28的输出； V2是ADC 27在带进给期间的输出； r,是巻轴34的半径；
I"2是巻轴35的半径；
x,是电机32对选定的恒定速度的校准因子；
&是电机33对电机33的速度的校准因子；
N是在电机校准期间使用的縮放因子；
t是带张力；以及
f(Temp)是温度相关函数。 [65]影响测量值V,和V2的温度变量一般对两个电机影响相似的程度。因 此，通过将等式(3)餘以等式(4)，函数f(Temp)可以被消掉。等式由 此可以分解成获得如下的张力t测量<formula>formula see original document page 18</formula> [66]因此，对于电机的任何给定速度，可以查找适当校准因子x,、 X2并且 将其用于获得带张力t的测量。在本发明的可选实施例中，可以修改等式(3) 、 (4)和(5)以考 虑电机速度(或者在使用步进电机时，考虑步幅速率)。在本发明的可选实施例中，使用可选方法监控张力。空闲时或当带以 恒定速度行驶时，巻轴可以由在已知的电流保持。假设上述类型的扭矩控 制电机的电流与扭矩成电机扭矩常数的比例，则可以确定每个电机提供的扭矩。然后可以通过将扭矩值除以每个巻轴的半径计算张力。假设每个值应 当理想地相等，则获得的值可以平均，以提高精确度。可选地，每个巻轴的加速度或减速度可以使用编码器测量。已知
A=Kt/J (6)
其中
A是每单位电流的加速度； Kt是电机扭矩常数；以及
J是带的巻轴的惯性力矩。因此
A'=A/Ij (7) 其中-
A'是测得的加速度；以及
Ij是产生该加速度的电流。可以看出
Im=L+IT (8)
其中
Im是提供到电机的电流；以及 lT是提供带张力的电流。从等式(6) 、 (7)和(8)，可以计算
Im-AV(Kt/J) = IT (9) [75]假设可以测得Im和A'并且假设Kt和J是已知的，则可以计算带张 力。具体而言，可以使用等式(10)计算带张力。
t = (ITKT)/R (10)
其中
t是带张力；以及 R是巻轴半径。应当意识到，如果通过任何上述方法计算出特别低的张力读数，控制系统可能会认为这表示故障环境，例如，带破损，或者带变得松弛使得系 统不一定能够实施正确控制。在这样的情况下，控制系统可以输出破损带 预定下极限，使得当测量的张力低于此极限，控制系统可以停止打印处理 并且断定适当的故障输出和警告消息。因此，系统可以在不需要额外的检 测装置的情况卜提供有用的破损带检测。在上面说明书中，已经解释控制供给电机12和巻取电机13以将带张
力保持在预定极限之间。还已经解释，当带长度增加到巻轴之间延伸的带 或从巻轴之间延伸的带减去带长度时，这通过控制两个电机实现。应当意
识到，在本发明的可选实施例中，仅使用供给电机12和巻取电机13中一 个可以获得必要修正。对于本领域的一般技术人员而言，基于这里的教导，在不偏离权利要 求的范围内，本发明的进一步修改和申请明显的。
权利要求
1.一种带驱动装置，包括两个位置控制电机、两个带卷轴支撑装置以及控制器，其中，至少一个所述电机是闭环位置控制电机，带的卷轴可以安装在所述带卷轴支撑装置上，每个卷轴可以由所述电机中的对应一个驱动，所述控制器用于控制所述电机的通电，使得所述带可以在安装于所述卷轴支撑装置上的所述卷轴之间沿至少一个方向传输；其中，所述控制器被操作对两个所述电机通电，以沿带传输的方向驱动带的所述卷轴；监控在安装于所述卷轴支撑装置上的所述卷轴之间传输的带中的张力；以及控制所述电机，以将监控的张力保持在预定极限之间。
2. 根据权利要求1所述的带驱动装置，其中，所述控制器配置成控制 所述电机，以在所述巻轴之间沿两个方向传输带。
3. 根据权利要求1或2所述的带驱动装置，其中，其中一个所述电机 是设置有位置检测装置的步进电机。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，其中，设置装置来 监控供给到至少一个所述电机的功率并基于所监控的功率监控带张力。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，其中，其中一个所 述电机是设置有编码器的扭矩控制电机。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，其中，设置装置来 监控供给到至少一个所述电机的电流并基于所监控的电流监控带张力。
7. 根据权利要求6所述的带驱动装置，其中，监控带张力还基于至少 一个所述电机的测得加速度。
8. 根据权利要求6或7所述的带驱动装置，其中，监控带张力还基于 带的至少一个所述巻轴的惯性力矩。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，还包括用于如果监 控的张力低于预定下极限时产生表示错误输出的装置。
10. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，其中，每个所述 巻轴支撑装置由提供至少一个固定传输比的驱动耦合装置耦合到对应的电 机。
11. 根据权利要求IO所述的带驱动装置，其中，所述驱动耦合装置包 括驱动带。
12. 根据权利要求1到10中任一项所述的带驱动装置，其中，每个所 述巻轴支撑装置具有对应的第一旋转轴线，每个所述电机包括具有对应的 第二旋转轴线的轴，并且对应的第一旋转轴线和第二旋转轴线共轴。
13. 根据权利要求1到10中任一项所述的带驱动装置，其中，每个所 述巻轴支撑装置具有对应的巻轴的轴，每个所述电机具有对应的电机轴以 及将对应的巻轴的轴与对应的电机轴互连的对应的驱动耦合装置。
14. 根据上述权利要求中任一项所述的带驱动装置，包括在热转印打 印机中。
15. 根据权利要求14所述的带驱动装置，其中，所述打印机被构造成 将墨从打印机带上转印到衬底上，所述衬底沿邻近于所述打印机的预定路 径传输，所述带驱动装置用作在第一和第二带巻轴之间传输带的打印机带 驱动机构，并且所述打印机还包括打印头，所述打印头配置成接触所述带 一侧以将所述带的另一侧压迫接触所述预定路径上的衬底。
16. 根据权利要求15所述的带驱动装置，其中，所述打印机还包括打 印头驱动机构以及打印机控制器，所述打印头驱动机构用于沿基本平行于 所述预定衬底传输路径延伸的轨迹传输所述打印头，并用于移动所述打印 头使其接触所述带和不接触所述带，并且所述打印机控制器控制所述打印 机带和所述打印头驱动机构。
17. 根据权利要求16所述的带驱动装置，其中，所述打印机控制器可 以选择性编程，以使得在打印期间所述带在所述打印头静止的情况下相对 于所述预定衬底传输路径传输并且移动接触所述打印头，或者使得在打印 期间所述打印头相对于所述带和所述预定衬底传输路径传输并且移动接触 所述带。
18. 根据权利要求14到17中任一项所述的带驱动装置，其中，所述 打印机是热转印打印机。
19. 一种用于控制带驱动装置的方法，所述带驱动装置包括两个电 机、两个带巻轴支撑装置以及控制器，其中，至少一个所述电机是闭环位置控制电机，带的巻轴可以安装在所述带巻轴支撑装置上，每个巻轴可以 由所述电机中的对应一个驱动，所述控制器用于控制所述电机的通电，使 得所述带可以在安装于所述巻轴支撑装置上的所述巻轴之间沿至少一个方 向传输，其中，所述控制器对两个所述电机进行通电以沿带传输的方向驱 动带的所述巻轴、监控在安装于所述巻轴支撑装置上的所述巻轴之间传输 的带中的张力以及控制所述电机以将监控的张力保持在预定极限之间。
全文摘要
一种带驱动装置包括两个位置控制电机(12、13)、两个带卷轴支撑装置以及控制器(14)，其中，至少一个所述电机是闭环位置控制电机，带的卷轴(3、4)可以安装在所述带卷轴支撑装置上，每个卷轴可以由所述电机中的对应一个驱动，所述控制器(14)用于控制所述电机的通电，使得所述带可以在安装于所述卷轴支撑装置上的所述卷轴之间沿至少一个方向传输。所述控制器被操作对两个电机通电，以沿带传输的方向驱动带的所述卷轴；监控在安装于所述卷轴支撑装置上的所述卷轴之间传输的带中的张力；以及控制所述电机，以将监控的张力保持在预定极限之间。
文档编号B41J33/34GK101678687SQ200880015418
公开日2010年3月24日 申请日期2008年2月29日 优先权日2007年3月7日
发明者乔治·鲍尔基·芸德特, 基思·布克斯顿, 马丁·莫西奈斯瑞 申请人:赛福尔有限公司