激光打印机--机电一体化产品激光打印机系统分析(编辑修改稿)

激光打印机--机电一体化产品激光打印机系统分析(编辑修改稿)内容摘要：

响打印质量。 ③ 光电导性好。 光电导性是感光鼓的重要指标，它直接影响到打印质量的好坏。 因为感光鼓连续工作在充电、放电的循环过程中，要求充电时电位上升快，表面饱和电位比应用电位要高；否则 ，初始电位上不去，也将影响打印质量。 充电后的感光鼓暗衰减要小，否则保持不往表面电位，不能形成必要的电位差潜像。 感光鼓曝光后放电要快，即光衰迅速。 放电越彻底越好。 因为剩余电位的多少，既影响潜像的反差，又会带来打 印品的 底灰。 ④ 耐疲劳。 感光鼓在使用的过程中，打印机要对其进行反复充电，因而要具有良好的耐疲 劳性能，在规定的寿命时间内，打印质量不能因连续使用而下降。 感光鼓的光导特性稳定性 要好，应满足连续使用的要求。 激光打印机使用的感光鼓，一般为三层结构。 第一层是铝合金圆筒（导电层），第二层是 在圆筒表面上采用真空蒸镀的方法，镀上一层 光导体材料（光导层），第三层是在光导材料的外面再镀一层绝缘材料（绝缘层）。 有的感光鼓为了更好地释放电荷，在光导层与铝合金导电层中间，加镀一层超导材料， 以使电荷更迅速地释放。 感光 鼓表面的绝缘层，一是为提高耐磨性能，增加使用寿命；二是为光导层提供保护， 防止光导体的磨损，保持光导体的光电导特性。 导电层铝合金筒与激光打印机的地线相连，使曝光后的电位迅速释放。 它是一个精度非常高的圆筒，在运转的过程中，能保持匀速运转及保持均匀电荷。 5 数据转译与传递 数据转译：要打印完整的文字、图像，除激光打印机本身的功能外，还必须机电一体化产品激光打印机系统分析 7 通过计 算机把要打印 内容，即文字或图像用文字处理软件或图形处理软件，编辑成具有一定格式的计算机语言。 其描述的内容都是由计算机编辑软件决定，与激光打印机没有 任何关系。 当我们选定了打印 机命令，并按下确定打印按钮后，计算机把编辑好的数据通过打印机接口传送给打印机，由打印机驱动程序把打印的内容进行解释，并转换成打印机可以识别的语言（也叫打印机语 言），由打印机按照自己的语言打印出已经编辑好的文字或图像。 不同型号的激光打印机，打印语言不同，所使用的驱动程序也不同。 当然也有可兼容 的打印机驱动程序。 现在生产的激光打印机，普遍采用标准打印语言 PCL5 或PCL6 语言。 数据传送：打印机与计算机之间的通讯传送端口有很多种，比较常见的是 串口 或 并口。 EP P/ECP（ Enhanced ParalleI Port／ Extended Capabilities Port）称为增强型 /扩展型并口。 串口 由于速度较慢，一般很少采用。 其他如 SCSI 接口，因速度快，大都用在较 高档的打印机上。 还有的打印机采用视频接口（ VDO）方式与计算机通讯，通讯方式与其他 接口不同，它传送的不是数据，而是激光束流，速度更快。 它的数据是由另外一块 视频转 换卡 来完成，但因它与计算机共亨内存，要求计算机有足够的缓存空间。 一般印刷排版行 业采用此种接口的打印机较多。 有的高档打印机带有多种接 口，可同时接多台计算机。 现在 生产的很多打印机配备速度更快的 USB 接口。 当打印控制器从计算机接收数据之后，打印机一般采取两种工作方式：一种是把数据直接送给解释器执行打印，称为 段工作方式 ，这种方式工作的打印机不需要很多的缓存 和内存，普通型的打印机多采用此种工作方式。 另一种是把传输的数据存储在打印机内部的 硬盘中，待使用时可随时打印出来，也称为 池工作方式 ，很多高档打印机使用这种工作 方式。 它的优点是当许多用户共享一台打印机时，可同时发出打印命令而不必等待，并可节 省数据通讯传输的等待时间，但其价格也 较贵。 6 光栅或点阵潜像的生成 激光打印机打印出的文字或图像，如果在放大镜下观察，就会发现文字或图像是由很多的 白点和黑点组成（也叫点阵图形），与普通的点阵式打印效果相似。 前者是通过控制激光 束的开与关实现点阵排列，而后者则是通过打印针击打来实现点阵排列。 机电一体化产品激光打印机系统分析 8 光栅图像是一种视频数字图像，需要打印机中的光栅转换器把视频数据进行光栅化处 理，转换成打印机使用的点阵图像打印，所谓光栅图像是由独立的点所组成的图像。 如报纸 上印的或电视屏幕上显示的图像就是光栅图像。 激光打印机的点阵排列是由二进制数据组成的方 阵控制，每个点对应一个二进制数位， 由运算控制器控制激光器向感光鼓表面射出一束激光，称为 曝光 ，被曝光的 点 称为 像素点。 要打印一个文字或一幅图像，需要很多的 像素点 组成。 因此，单位面 积内像素点的数目越多，打印的分辨率就越高。 如果一个激光扫描装置，沿感光鼓轴向水平 表面，射出每英寸 300 个点，并且感光鼓由主电机带动按照 1／ 300分匀速旋转，那么，激光 打印机就能以每平方英寸 300 300DPI 的分辨率打印出文字或图像。 现在，高档的激光打 印机的输出精度可以达到 2400DPI。 由像素点形成点阵图像 ，还要经过声光调制器、高频驱 动器、扫描器同步器和光学系统共同完成。 声光调制器 大家知道，电视机接收到的图像和声音是由电视台将声光信号调制为电信号发射出来的。 电视机接收到电信号再经过解调，还原成图像和声音。 激光打印机激光器射出的光束 也载有数据信息，这些信息的转换过程也类似于电视机信息传递过程。 只是此过程是由声光 调制器转换的。 声光调制器的调制频率可达 30MHz 左右，特性稳定，因此大多数的激光打 印机都采用这种调制器。 声光调制器的工作原理是利用声光效应所产生的布雷格衍射的特 点，实现对激光束 传播方向的控制。 激光束欲完成图文信息的映像任务，必须用图文信息进 行调制，恰如电视台将图像及声音信号调制到无线电波上去，方能在电视机中解调出图像与声音信号一样。 声光调制器的工作原理，是利用声光效应产生布雷格衍射，若在玻璃及晶体 等超声媒质中产生超声波，便将引起周期性的折射率变化，而成为相位型衍射栅，光栅常数 等于超声波波长，当激光束射到超声媒质中时，激光束即产生衍射，衍射光的强度及方向会 随超声波的频率及强度而变化，即为声光效应。 当向玻璃或晶体发射超声波而产生反射，由入射角折射的光线传播而形成相位变化的衍 射光 栅，光栅常数等于超声波的波长 λ。 如果激光束射入超声媒体中，激光束就会产生衍射，衍 射光的强度和方向随超声波的频率和强度的变化而变化，这就是声光效应。 根据波干涉的加 强条件，入射光和衍射光的方向满足布雷格方程： θi=θd=θB sinθB=λ/2A=λf/2v (v=fA) 机电一体化产品激光打印机系统分析 9 式中： θi：入射光与超声波面的夹角； λ：光在介质中的波长； θd： 衍射光与超声波面的夹角； A：超声波波长； θB：布雷格角； f：超声波频率。 θB很小时， sinθB≈θd，则方程可简化为： θi=θd=θB=λf/2v，当衍射光和 入射光的夹角为 α时，则：α=θi+θd=2θB=λf/v。 式中 α为偏转角，它与超声波的频率成正比。 改变超声波频率 f,就可以改变偏转角 α，从而达到控制激光束方向的目的。 按布雷格衍射理论，当超声波维持一种频率的高频信号时，入射的激光束除产生一条 0 级光外，还产生一条 1 级衍射光。 0 级光控制同步器和高频信号的起停， 1 级衍射光对感光 鼓曝光形成像素点。 布雷格衍射在超声波只有一种高频信号时入射的激光束除产生未偏转的 0 级光外，尚产生 一条 1 级衍射光，声光调制器在改变光束的传播时，还使 0 级及 1 级光的强度随调制信号而变 化，若有若干个不同的高频正统波被加到换能器上，则能产生若干条衍射光，称这种现象为 多频衍射。 在激光打印机中，高频驱动电路的作用，即是产生多个高频正弦波信号，供声光调制器使用。 典型的高频信号源，可产生 9个高频信号，经声光器件产生 9 条衍射 光。 这 9 条高频信号频率应稳定，波形失真小，在相加电路中相加到一起送往换能器时，需各个频率的信号相互影响小，不产生畸变，以便保证经衍射后的衍射光有较好的线性。 扫描器 要使经过声光调制器后的激光束在感光鼓上产生文字或图像，激光束需要完成横向 和纵向两个方向的运动 ，不能依 *激光器运动来实现，因为由光电器件运动而带来的振动会 影响激光束的精度。 所以激光打印机的激光器采用固定式结构，而由一个多面旋转的反射镜 来完成激光束横向扫描，依 *感光鼓的旋转实现纵向扫描。 欲使经调制后的激光束在感光硒鼓上产生文字与图像，尚应完成横向（沿打印纸行的方向）及纵向两个方向运动。 纵向运动是依 *硒鼓的旋转来完成，而光束的横向运动则由扫描 器来完成。 按工作方式扫描器分声光式、电光式、检流计式及转镜式等。 鉴于转镜式扫描 器有扫描角度大、分辨率高、光能损耗小及结构简单等优点，而被广泛用于激光打印机 中。 为了减少多面镜旋转时产生的非线性误差，转镜的几何精度的误差及转镜驱动电动机转速不稳等，引起的纵向间距和字符的轨迹不均匀等缺点，一般在扫描器中还装有一个同步信 号传感器。 此传感器是使用布雷格衍射产生的 0 级光，不产生偏转，从而经多面转镜反射后具有照射位置固定的特点，将其作为同步信号，用来控制高频信号发生器的起停，可保证 扫描间距一致，消除上述误差。 机电一体化产品激光打印机系统分析 10 为使扫描器产生的扫描光束集成规定的大小，并在感光鼓上进行匀速直线运动，应采用较 好的光路系统。 光路系统根据透镜处于扫描器的前后位置，分物镜前／后型两种形式，由于 物镜后型在扫描较大图形时失真严重，很少采用。 物镜前型扫描线较直，但亦有失真，由于后来生产的激光打印机中，采用多个透镜组合在一起的广角聚焦镜，焦距为 300mm，多面 转镜的物距为 37mm，失真度仅为 0． 0011%，已能完全满足激光成像的要求。 激光打印机用的多棱扫描器（镜），一般有二面镜、四面镜、六面镜三种，由扫描电机 带动旋转，完成横向的扫描运动。 它是保证激光打印机打印精度的关键部件。 扫描器完成横向扫描的原理为： 我们设定 MN 为扫描器的一个镜面。 当入射激光束射到 MN 面的 A 点上时，若入射角 为 θ?i，则反射 光束以反射角 θ?d反射出来，θ?i=θ?d，当 MN 转过一个角度 φ，而入射光束方向不变，则反射光束转过 2φ，也就是反射光束以 MN 的两倍角旋转。 如果 P 为反射光 点在感光鼓的一端，而 P1 为反射光点，在感光鼓的另一端就完成了对感光鼓的横向扫描， 当然扫描器的旋转速度是极快的，所以 P～ P?1 之间也形成很多的反射激光束点。 当主电机带动感光鼓旋转，同时也完成纵向扫描的反射激光束点，就这样最终完成文字或图像的点阵排列。 同步器 扫描器在扫描电机的带动下飞速旋转，由于扫描电机旋转时产生的非线性失真及扫描 器几何精度 的误差，会引起纵向间距和字符轨迹不均匀。 在扫描系统中，装有一个同步信号 传感器，同步传感器利用布雷格衍射产生的 0 级光不发生偏转的性质，经过扫描器（镜）反 射后，照射同步传感器的吸收窗转换为同步信号，用它来控制高频信号发生器的起停，从而 保证扫描问距的一致，消除误差。 光学系统 为使扫描器反射产生的激光束，聚集形成规定大小的光点，消除光束传播过程中的漫射，需要用一组光学透镜对光束进行调制，提高扫描精度。 它包括：弧面透镜、球面透镜、 反射镜。 这组透镜只有将激光束校正失真度为 0． 1‰，才能满足激光成像的技 术要求。 7 电子显像系统 激光打印机是精密的机械系统，它利用光、电、热的物理、化学原理通过相互作用输 出文字或图像，这些复杂的过程都由一个电子控制系统来实现，称为电子显机电一体化产品激光打印机系统分析 11 像系统。 静电成像 的理论是美国人卡尔逊首先提出的，因此也称为卡尔逊法。 或称为放电成像法。 基本过程可分为充电、曝光、显影、转印、定影、清洁、消电 7个步骤，其中 5 个步骤是围绕电子显像系统进行的。 充电 感光鼓表面光导体材料在不见光的情况下为绝缘体，呈中性状态，不带有任何电荷。 要实现在光导体表面的 静电潜像 ，必须在光导体 表面进行充电，使之荷电。 只有这样， 当激光束扫描到光导体上时，光导体被曝光的点导通，形成光束点阵。 点阵电荷与基体导通 形成 电位差潜像 ，当感光鼓旋转到与显影磁辊相切位置时，把磁辊上载有与光导体表面 电荷属性相反的墨粉吸引到感光鼓表面，从而在感光鼓上显现出墨粉图像。 欲使感光鼓能按照图文信息吸附上碳粉，应先对硒鼓进行充电，充电电极是一根与感光鼓轴平行的钨丝，其上带有 5～ 7kV 的直流高压，当硒鼓表面与钨丝非常接近时，周围的空气 被电离产生电晕放电，使感光鼓带上了电荷。 电压的正负由钨丝所带的电压决定，若光导材 料为硒碲合金时，则充正电，感光鼓旋转一周后使整个表面均被充电。 激光打印机对感光鼓充电的方法，因机型不同而采用的具体充电方法也有不同，但充电原理基本一致，都是采用直流高压的电晕放电对感光鼓表面充电。 早期生产的激光打印机采用电极丝及栅网复合的结构充电的较多，现在新型激光打印 机大部分采用充电胶辊（ FCR）对感光鼓充电。 当高压发生器送到电极丝一个高压电后，电 极丝与栅网之间形成一个强电场，并释放出电 晕。 使电极丝与感光鼓之间的空气发生电离，空气离子向感光鼓表面迁 移，使光导体（感光鼓）表。