专利名称：打印机和进纸控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用打印头的打印机和一个进纸控制器，该进纸控制器用来控制用于进给诸如打印纸之类的打印介质的进纸装置。
背景技术：
在最近几年，在喷墨打印机的图像质量方面已经取得了很大进步。然而，在是图像质量因素之一的分辨率方面，持续需要进一步的改进。在连续型喷墨打印机中，包括打印头的滑动架跨过打印介质(下文，也称作打印纸或简单地称作纸张)扫描，同时以良好控制的计时喷墨，由此形成图像。每当滑动架跨过纸张扫描一次，纸张就进给一个预定距离。
打印图像的分辨率取决于滑动架扫描分辨率(在主扫描方向上的分辨率)和进纸分辨率(在次扫描方向上的分辨率)。
为了实现低操作噪声和墨水喷射计时的高精度，滑动架的扫描一般借助于使用DC电机和编码器的反馈控制进行。当低成本比高性能重要时，滑动架的扫描借助于使用脉冲电机的前馈控制进行。在反馈控制中，根据编码器脉冲精确地控制墨水喷射计时。另一方面，在前馈控制中，在假定滑动架以恒定速度运动的情况下，根据施加的脉冲信号或时钟脉冲信号确定墨水喷射计时。
纸张的进给也借助于使用DC电机和编码器的反馈控制进行，以实现低操作噪声和高进给速度。
在纸张的进给中，当进行打印时要求使纸张停止。在传统技术中，为了精确地把纸张进给一段小而精确单位的距离(具有高分辨率)到下个停止位置，增加编码器的分辨率，或者减小打印头的喷嘴节距。当既不能增加编码器的分辨率又不能减小喷嘴节距时，确定停止位置，使得到下个停止位置的距离变成等于最小进纸单位和打印头喷嘴节距的公倍数。
关于编码器分辨率的增加，在工业应用中使用的高分辨率编码器系统昂贵，并因而不适于用在需要低成本打印机的一般应用中。因而，一般地说，使用具有150至360Lpi分辨率的编码器传感器，并且将编码器轮的直径与进纸辊的直径之比设置成足够大以实现高分辨率。
还已知提高停止位置的精度，使得当位置到达下个停止位置之前的预定距离的一点时，进行计算以确定切断供给电机的电力的时刻。当计算的时刻已经过去时，切断到电机的电力。
然而，为了提高传统打印机的进纸分辨率，必须解决多个问题。关于打印头喷嘴节距的减小，该减小受到打印头设计和生产技术、及成本上限的限制，并因而分辨率的提高不太容易(特别是，提高需要非常大的成本增加)。
在确定停止位置使得到下个停止位置的距离变成等于最小进纸单位和打印头喷嘴节距的公倍数的技术中，进纸距离不会具有一个简单的值(从2的n次幂偏离)，并因而在图像处理中需要复杂的计算。此外，所有喷嘴不被等同地使用，而是特定喷嘴比其它喷嘴用得更频繁。这能引起打印头性能的下降。这种技术的另外一个问题在于，对进纸辊的直径和编码器轮的直径的设计施加限制。
为了提高停止位置的精度，需要在停止进纸辊之前不久获得大量信息。如果这样控制停止位置，使得它位于与缝隙信号(相位A或B的上升或下降沿)准确对应的位置，则能实现停止位置的高精度。然而，在这种技术中，分辨率被限于2的n次幂，如1200dpi、2400dpi、4800dpi等。
另一方面，为了增加在停止位置之前不久得到的信息量，需要增大连接到进纸辊的编码器轮的尺寸，这导致打印机整体尺寸的增大。此外，如果增加信息量，则变得必需处理大量信息，这能导致处理时间的增加和吞吐量的减小。
如果在打印机设计中给整个尺寸的减小或操作速度的增加以较高优选权，则信息量变得比在设计中给信息量以较高优选权时能得到的信息量少(例如，少1/2的因数，由于分辨率限制为2的n次幂)。这使得不可能在停止进纸辊之前不久得到在低速区域内必需的信息。缺少足够量信息使得不可能精确地确定紧在停止位置之前的速度，并因而停止位置精度变低。
例如，当打印头具有1200dpi的喷嘴节距时，通过根据单边沿/单相位控制方案控制进纸辊，能实现1200dpi的分辨率，使用两边沿/单相位控制方案能实现2400dpi的分辨率，及使用两边沿/两相位控制方案能实现4800dpi的分辨率，并因而在进纸方向上能实现1200dpi、2400dpi、及4800dpi的所有分辨率。
然而，紧在停止纸张之前非常短的时段内只能以4800dpi的间隔获得信息。因为紧在停止纸张之前非常短的时段内纸张进给速度非常低，能得到信息非常少的次数。例如，当反馈控制的伺服控制时段是1ms时，当伺服中断发生时仅获得信息一次，甚至在两边沿/两相位控制方案中也是如此。在这样一种情形下，所计算速度的精度变低。因而，控制非常低速度范围内的纸张进给是困难的。这使得难以精确地控制停止位置。
如果使用具有2400dpi的分辨率的单边沿/单相位控制方案能控制进纸辊，则使用两边沿/单相位控制方案能实现4800dpi的分辨率。然而，尽管实现了是前例中得到的精度两倍的高精度，但编码器轮的直径成为前例中的两倍大，并因此实现小的整体尺寸变得困难。除此之外，编码器轮不能在高速度下转动，除非传感器具有相应高的响应速度。
已知通过当到达在目标停止位置之前的一个预定距离时进行停止操作，而增大停止位置精度，对于当进行停止操作时的时刻进行计算，及当所计算时间已经过去时切断到电机的电力。然而，在这种技术中，不保证最大停止位置误差，并因而当要求高停止位置精度和必须保证最大停止位置误差时，不能使用这种技术。
总之，因为根据小数量的编码器脉冲计算在低速度范围内的速度，所以难以实现在所计算速度下的高精度。除此之外，由于诸如机械摩擦、纸的反张力、驱动力传输负载的波动、或电机的齿槽效应之类的干扰，速度可能波动。
在实际中，如上所述，在根据目标停止位置之前的预定距离的位置处计算的速度而计算的时刻切断到电机的电力的上述技术中，难以精确地计算切断到电机的电力的计时。除此之外，由于在进纸辊停止之前的干扰，如纸的反张力、驱动力传输负载的波动、或电机的齿槽效应，在切断到电机的电力之后，发生停止位置从目标停止位置的变化偏差。
发明内容
鉴于以上，本发明的一个目的在于，提供一种进纸控制器和一种使用进纸控制器的能够以高进给分辨率精确地进给纸张的打印机。
在一个方面，本发明提供一种进纸控制器，该进纸控制器包括进纸装置、用来驱动进纸装置的电机、及用来响应进纸装置的运动而输出第一探测信号和第二探测信号的编码器装置，该进纸控制器还包括获得装置，用来获得进纸装置的停止位置；输出装置，用来输出一个用来停止进纸装置的停止信号；速度计算装置，用来计算在与停止位置相对应的时刻之前进纸装置的速度；时间计算装置，用来计算从在与停止位置相对应的时刻之前输出的第一探测信号的特定边沿出现的时刻到与停止位置相对应的时刻所需要的时间；计数装置，用来计数时间计算装置计算的时间；及控制装置，用来控制输出装置，以便当完成由计数装置进行的时间计数时输出停止信号，其中当在第一探测信号的特定边沿的探测之后探测到第二探测信号的边沿时，控制装置控制输出装置，以便即使没有完成由计数装置进行的计数也输出停止信号。
在另一个方面，本发明提供一种使用打印头来打印的打印机，该打印机包括进纸装置、用来驱动进纸装置的电机、及用来响应进纸装置的运动而输出第一探测信号和第二探测信号的编码器装置，该打印机还包括获得装置，用来获得进纸装置的停止位置；输出装置，用来输出一个用来停止进纸装置的停止信号；速度计算装置，用来计算在与停止位置相对应的时刻之前进纸装置的速度；时间计算装置，用来计算从在与停止位置相对应的时刻之前输出的第一探测信号的特定边沿出现的时刻到与停止位置相对应的时刻所需要的时间；计数装置，用来计数时间计算装置计算的时间；及控制装置，用来控制输出装置，以便当完成由计数装置进行的时间计数时输出停止信号，其中当在第一探测信号的特定边沿的探测之后探测到第二探测信号的边沿时，控制装置控制输出装置，以便即使没有完成由计数装置进行的计数也输出停止信号。
参考附图由优选实施例的如下描述，本发明的其他目的、特征及优点将变得显而易见。
图1是根据本发明第一实施例的一种打印机的机械部分的立体图。
图2是根据本发明第一实施例的一种进纸机构的侧视图。
图3是表示根据本发明第一实施例的一种打印机控制器的方块图。
图4是表示根据本发明第一实施例的一种打印机控制器的方块图。
图5是表示根据本发明第一实施例的一种DC电机位置控制系统的方块图。
图6是表示根据本发明第一实施例的一种DC电机速度控制系统的方块图。
图7是概念地表明干扰对根据本发明第一实施例的控制的影响的示意图。
图8是概念地表明干扰对根据本发明第一实施例的控制的影响的示意图。
图9是概念地表明干扰对根据本发明第一实施例的控制的影响的示意图。
图10是概念地表明在根据本发明第一实施例的编码器信号与停止位置之间关系的示意图。
图11是表示按照本发明第一实施例把纸张进给到不与任何编码器信号边沿相对应的停止位置的过程的流程图。
图12是概念地表明在根据本发明第三实施例的编码器信号与停止位置之间的关系的示意图。
图13A至13C是概念地表明在根据本发明第一和第二实施例的编码器信号与停止位置之间关系的示意图。
具体实施例方式
第一实施例图1是一种打印机的整体立体图，而图2是一种进纸系统的侧视图。
该打印机包括一个自动文档进给器、一个输纸机构、一个纸张排出单元、一个滑动架单元、及一个清理单元。下面描述这些部分的每一个部分的梗概。
(A)自动文档进给器自动文档进给器包括一个其上放置一叠纸张P的台板1和一个带有用来进给纸张P的进纸辊(未表示)的基座2。一个可动侧导向件3可动地布置在台板1上，从而可动侧导向件3限定放置纸垛P的位置。台板1可绕一个连接到基座2的轴转动，并且被台板弹簧(未表示)推动而贴着进纸辊。
一些纸张P由一个进纸电机32的驱动力进给到由进纸辊与一个分离辊(未表示)形成的辊隙部分。纸张P由辊隙部分分离，并且只有在顶部的一张纸被进一步进给。
(B)输纸机构输纸机构包括一个用来进给纸张P的进纸辊4和一个纸端探测器(未表示)。布置一个夹送辊5，使得它与进纸辊4相接触，并且跟随进纸辊4的转动而转动。夹送辊5由一个夹送辊导向件6支撑，并且由夹送辊弹簧(未表示)推动成与进纸辊4相接触，由此产生进给纸张P的驱动力。在进纸路径中的上游位置处，靠近进纸辊4，布置一个用来按照图像信息形成图像的头盒装置7。
一个LF编码器传感器28被固定到一个LF编码器传感器支架29上，LF编码器传感器支架29被固定到一个底盘12上。由一个LF电机25产生的驱动力经LF计时传动带30传递到与进纸辊4压配合的进纸辊齿轮27。插入在进纸辊4中并且固定到进纸辊齿轮27上的一个LF编码器刻度尺26的线的数量由LF编码器传感器28读出，并因而得到指示进纸辊4的转动量(角速度)的信息。根据转动量(角速度)，一个诸如CPU之类的控制电路进行反馈控制，从而用作LF电机25的DC电机按希望的速度转动。纸张P由被LF电机25驱动的进纸辊4进给。
这里，LF编码器传感器28假定是一个数字输出编码器。当纸张P被进给到输纸机构时，纸张P在夹送辊导向件6和一个纸张导向件(未表示)的引导下被输送到进纸辊4和夹送辊5的一对辊。纸端探测器探测被输送的记录纸张P的前端，并且根据前端的探测确定记录纸张P上的打印位置。在打印操作中，纸张P通过辊对4和5的转动被进给到台板8上方。
(C)滑动架单元运载单元包括一个其上安装头盒装置7的滑动架9。滑动架9由一个导向轴10保持，从而滑动架9能沿导向轴10在与其中进给纸张P的方向相垂直的方向上前后运动，并且滑动架9的上部后端由一个导轨11保持，从而打印头7从纸张P隔开一个固定间隙。导向轴10和导轨11被固定到底盘12上。
滑动架9由用作固定到底盘12上的滑动架电机13的DC电机经计时传动带14驱动。计时传动带14由惰轮15以伸展的形式保持。柔性电缆17被连接到滑动架9，从而头信号经柔性电缆17从电路板16被传送到头盒7。一个用来探测滑动架位置的线性编码器(未表示)布置在滑动架9上。线性编码器读出附着到底盘12上的直线刻度尺18的线数，由此探测滑动架9的位置。从线性编码器18输出的信号经柔性电缆17被传送到电路板16，并且由电路板16处理。
在以上述方式建造的打印机中，当在纸张P上形成图像时，纸张P由辊对4和5进给到在其处应该形成图像的行位置(一个在其方向上进给纸张P的位置)，并且滑动架9借助于使用滑动架电机13和线性编码器的反馈控制被运动到一个列位置(一个在与进纸方向垂直的方向上的位置)，从而头盒装置7被布置在应该形成图像的位置处。此后，按照从电路板16供给的信号从头盒装置7喷射墨水，由此形成图像。
(D)纸张排出单元纸张排出单元包括一个纸张排出辊19和保持与纸张排出辊19相接触的轮子(未表示)，从而这些轮子跟随纸张排出辊19的转动而转动。进纸辊齿轮27的驱动力经纸张排出传动齿轮31和纸张排出辊齿轮20被传送到纸张排出辊19。在进给的同时由滑动架单元在纸张P上形成完整图像之后，纸张P通过由纸张排出辊19和轮子形成的辊隙输送到输出纸盘或其它类似部分(未表示)。
(E)清理单元清理单元包括一个用来清理头盒7的泵24、一个用来防止头盒7干燥的盖21、一个用来清理头盒7的表面的擦拭器22、及一个用作驱动力源的PG电机23。
图3是表示在电路板16上形成的一种打印机控制电路的方块图。在图3中，打印机CPU401按照打印机控制程序、打印机模拟程序、及在ROM402中存储的字形数据控制打印操作。
一个RAM403用来存储提供的打印数据。RAM403也用来存储从主机装置接收的数据。打印机控制电路还包括一个打印头404(与早先描述的头盒装置7相对应)；一个用来驱动电机408的电机驱动器405；一个用来控制对RAM403的访问、向主机装置传送数据或从其接收数据、及向电机驱动器传送控制信号的打印机控制器406(例如，以ASIC的形式)。控制信号包括一个用来停止以后描述的进纸装置的操作的停止命令信号。一个由热敏电阻或其它类似部件形成的温度传感器407探测打印机的温度。
CPU401根据在ROM402中存储的控制程序控制打印机的机械元件和电气元件，并且同时经在打印机控制器406中的I/O数据寄存器，读取诸如从主机装置传输到打印机的模拟命令之类的信息，并按照该命令进行控制操作。
图4是表示图3中所示的打印机控制器406的细节的方块图，其中与图3中那些类似的部分由相同标号指示。
在图4中，I/O寄存器501向主机装置传输命令级数据或从其接收命令级数据。一个接收缓冲器控制器502把来自寄存器的接收数据传送到RAM403。
当进行打印时，打印缓冲器控制器503从RAM的一个打印数据缓冲器读取打印数据，并且把读取的打印数据传送到打印头404。存储器控制器504控制从三个方向对RAM403的访问。打印顺序控制器505控制打印顺序。一个主机接口231进行与主机装置的通信。
图5是基于位置伺服控制的一种一般DC电机位置控制系统的方块图。在本实施例中，在加速控制模式(段)、恒定速度控制模式(段)、及减速控制模式(段)中使用位置伺服控制。如下面描述的那样，借助于也称作传统控制技术的PIC控制技术控制DC电机。
纸张应该运动到的目标位置以理想位置分布6001的形式给出。在本实施例中，理想位置分布6001指示在由直线进给电机进给的纸张在特定时刻应该到达的绝对位置。目标位置随时间变化。在本实施例中，控制纸张的进给，以便跟踪理想位置分布。
位置控制系统包括一个用来探测电机的物理转动的编码器传感器6005。一个编码器位置信息转换器6009计算由编码器传感器探测的缝隙的数量累计和，由此得到绝对位置信息。一个编码器速度信息转换器6006由从编码器传感器供给的信号和由布置在打印机中的内部时钟产生的时钟信号，计算直线供给电机的当前驱动速度。
从理想位置分布6001上减去由位置信息转换器6009输出的实际物理位置的值，并且把指示当前物理位置比理想位置分布小的值的结果作为位置误差传输到由块6002进行的位置反馈过程，块6002是位置伺服控制系统中的主要环路，并且一般包括与一个比例项P有关的计算。
作为由主要环路6002的计算结果，一个目标速度值被输出并供给到一个速度伺服反馈控制环路6003，速度伺服反馈控制环路6003是伺服控制系统中的一个次要环路，并且一般包括与比例项P、一个积分项、及一个微分项D有关的PID计算。为了改进在目标速度值中出现非线性变化的状态下的跟踪性能，并也为了除去在跟踪控制中的微分计算中的有害成分，本实施例使用这样一种技术，其中在由块6002计算与目标速度值的差之前，经编码器速度信息转换器6006得到的编码器速度信息首先经受由块6007的微分运算。然而，这种技术对于本发明不是本质性的。依据要控制的系统的性能，微分运算可以由块6003代替块6007进行。
在速度伺服反馈控制的次要环路中，从目标速度值减去编码器速度值，并且把指示编码器速度值比目标速度值小的值的结果作为速度误差供给到一个PI计算器6003。PI计算器6003借助于称作PI计算的一种技术计算要施加给DC电机的能量。响应指示要施加给DC电机6004的能量的接收数据，电机驱动器电路通过控制施加给DC电机6004的能量而控制DC电机6004的速度，这种能量控制通过在保持施加的电压脉冲的高度的同时通过改变施加的电压脉冲的工作时间即通过改变脉冲宽度而实现(下文这种技术将称作PWM(脉冲宽度调制)技术)。
施加到DC电机上的电流使DC电机6008带有扰动地物理地转动。DC电机的物理转动的输出由编码器传感器6005探测。
图6是借助于速度伺服控制而控制DC电机速度的一种一般速度控制系统的方块图。在本实施例中，定位控制段中使用速度伺服控制。如下面描述的那样，通过熟知的PID控制的传统技术控制DC电机。
在应该控制的实际速度下的目标速度以理想速度分布7001的形式给出。在本实施例中，理想速度分布7001指示在由直线进给电机进给的纸张应该被控制到的理想速度。即，理想速度分布7001指示作为时间函数的目标速度值。在本实施例中，控制纸张的进给，以便跟踪理想速度分布。
一般地说，速度伺服控制借助于与比例项P、一个积分项、及一个微分项D有关的PID计算进行。为了改进在目标速度值中出现非线性变化的状态下的跟踪性能，并也为了除去在跟踪控制中的微分计算中的有害成分，本实施例使用这样一种技术，其中在由块7001计算与目标速度值的差之前，经编码器速度信息转换器6006得到的编码器速度信息首先经受由块7003的微分运算。然而，这种技术对于本发明不是本质性的。依据要控制的系统的性能，微分运算可以由块7002代替块7003进行。
在速度伺服控制中，从目标速度值减去编码器速度值，并且把指示编码器速度值比目标速度值小的值的结果作为速度误差供给到一个PI计算器7002。PI计算器7002借助于称作PI计算的技术计算要施加给DC电机的能量。响应指示要施加给DC电机6004的能量的接收数据，电机驱动器电路通过控制施加给DC电机6004的能量而控制DC电机6004的速度，这种能量控制借助于PWM技术通过改变施加的电压脉冲的工作时间而实现。
施加到DC电机上的电流使DC电机以扰动6008物理地转动。DC电机的物理转动的输出由编码器传感器6005探测。
参照图7、8、和9，下面更详细地描述在本实施例中的LF控制过程和扰动的影响。在这些图中，每个水平轴线指示时间。在左手侧的每个垂直轴线2001指示速度，而在右手侧的每个垂直轴线2002指示位置。
图7指示其中紧在停止前的速度v_stop(immediately-before-stop velocity v_stop)具有等于理想值V_APPROACH的平均值(在t_approach＝T_APPROACH)的情形。图8指示其中t_approach<T_APPROACH的情形，即过程完成的时刻比预定时刻早。图9指示其中t_approach>T_APPROACH的情形，即过程完成的时刻比预定时刻晚。
8001指示理想位置分布，而2004指示理想速度分布。理想位置分布8001包括四个控制段，一个加速控制段2011、一个恒定速度控制段2012、一个减速控制段2013、及一个定位控制段2014。
在理想速度分布2004中，V_START指示初始速度，而V_FLAT指示在恒定速度控制段2012中的速度。V_APPROACH指示在定位控制段中的速度。V_PROMISE指示紧在停止前速度的最大允许值。为了达到需要的定位精度这种要求必须满足。v_stop指示紧在停止前速度的实际值，该实际值可能由于在实际驱动操作中可能出现的扰动而变化。V_APPROACH被设置得足够小，使得即使在实际驱动操作期间速度出现任何变化时v_stop也绝不会变得大于V_PROMISE。
在本实施例中，在各段2011、2012、和2013中进行位置伺服控制，并且在段2014中进行速度伺服控制。在图7、8、和9中，每条曲线8001指示在位置伺服控制过程中的理想位置分布。每条曲线2004指示在速度伺服控制过程中的理想速度分布、和在位置伺服控制过程中跟踪理想位置分布应该实现的目标速度分布。
对于其中进行位置伺服控制的段2011、2012、和2013的每一个设置理想位置分布8001。然而，理想位置分布8001仅被计算到S_APPROACH，因为伺服控制模式在S_APPROACH处被切换成速度伺服，并因而在到达S_APPROACH之后不再需要理想位置分布。在理想位置分布8001中，减速所需要的减速时间T_DEC是恒定的，而与实际驱动无关，并且与减速时间T_DEC相对应的控制段被指示为理想减速控制段9001。
在图7、8、和9中，各自曲线8003、9003、及10003指示在具有扰动的情形下的实际位置分布。在位置伺服控制中，延迟不可避免地发生。因而，曲线8003、9003、及10003关于曲线8001被延迟。这意味着，一般地说，当理想位置分布8001到达其末端时，实际位置还没有到达S_APPROACH。在本实施例中，在从理想位置分布8001的末端到实际位置到达S_APPROACH的时刻的时间段期间，使用一个虚拟理想位置分布8006来代替在位置伺服控制中的目标位置值。虚拟理想位置分布8006由具有与理想位置分布8001在其端点处的斜率相同的斜率且从理想位置分布8001的端点延伸的直线给出。曲线8005、9005、及10005指示电机的实际物理驱动速度分布。当理想位置分布8001作为到反馈控制系统的输入被给定时，控制速度以便以稍微延迟跟踪理想速度分布，使得在位置控制段2014中，紧在停止前速度变得足够接近于理想速度V_APPROACH，以实现高定位精度。从减速控制段2013到定位控制段2014的过渡正好发生在S_APPROACH处而与实际驱动速度无关。
S_DEC指示在其处恒定速度控制段2012结束而减速控制段2013开始的位置。注意S_DEC被定义在理想位置分布8001中，并因而S_DEC不依赖于在实际驱动操作中可能出现的扰动。
在图7、8、和9中，S_APPROACH指示在其处减速控制段2013结束而定位控制段2014开始的位置，并且S_STOP指示一个停止位置。T_ADD是完成加速控制段2011所花的时间，而T_DEC是完成减速控制段2013所花的时间。T_FLAT是完成恒定速度控制段2012所花的时间。T_FLAT具有当对于从0的驱动开始位置到停止位置S_STOP的总驱动距离设置理想位置分布8001时确定的固定值。T_APPROACH是完成定位控制段2014所花的时间。T_APPROACH是把纸张运动过从在其处开始定位控制段2014的位置S_APPROACH到停止位置S_STOP的距离S_APR_STOP所需要的时间。注意图7表示对于其中纸张在位置控制段中以基本上理想的方式运动的情形的位置分布和速度分布。然而，在实际中，以理想方式物理地运动纸张是非常困难的。
为了以高精度完成在高速度下的定位，需要依据实际系统调谐理想位置分布8001。更具体地说，希望设置理想位置分布8001，使得在恒定速度控制段2012中的速度被设置成与系统性能所允许的一样大，以便使定位所需要的时间最小，在定位控制段2014中的速度被设置成与系统性能所允许的一样小，以便使定位精度最高，及在加速控制区2011、减速控制区2013、及定位控制区2014中运动的距离被设置成与系统性能允许的一样短，以便使定位时间最小。然而，调谐技术的细节与本发明的主题无关，并因而，在如下的讨论中，假定理想位置分布8001已经被优化。
让t_approach指示完成定位控制段2014所花的时间的实际可变值。t_approach的值可以由于扰动而变化。注意在本实施例中，常数以大写指示而变量以小写指示。当有拼写相同且一个为大写而另一个为小写的两种表示时，大写的表示指示理想恒定值，而小写的表示指示与理想恒定值相对应的实际可变值。
图10是表明在停止位置的控制中编码器信号与停止位置之间关系的示意图。在图7至9中所示的定位控制段2014中完成停止位置的控制。在图10中，计时P0与位于编码器信号的边沿E0与边沿E1之间的目标停止位置相对应。
P(-1)指示与先前进给操作中的停止位置相对应的计时。纸张P从与P(-1)相对应的位置进给L的距离。例如，根据距离L和计时P(-1)，获得指示停止位置的信息。P0指示在从与P(1-)相对应的位置进给纸张P的操作中与停止位置(目标停止位置)相对应的计时。严格地说，当在P0处完成停止过程(以后描述)时，纸张P在停止过程之后的特定时间停止在停止位置处。然而，为了简单起见，这里假定当在P0处完成停止过程时，纸张P立即停止在P0处。
在图10中，从左向右进给纸张P，并且当纸张P运动时，多个编码器信号边沿以T的间隔出现。注意，当编码器信号边沿出现时的计时与纸张P的位置相对应。
目标停止位置P0位于没有编码器信号边沿出现的地方(换句话说，停止位置P0不会与任何编码器信号边沿相对应)。编码器信号的紧在停止之前的边沿E0出现在目标停止位置P0之前(在图10中，在其左边)的进给距离ΔP0处，而编码器信号的紧在停止之后的边沿E1出现在目标停止位置P0之后(在图10中，在其右边)的进给距离ΔP1处。
当边沿EV出现在边沿E0之前(在图10中，在其左边)的两个边沿时，计算速度。计算速度的计时不限于在边沿E0之前的两个边沿，而是计时可以以其它方法确定，只要能适当地计算速度。
现在，下面参考在图11中所示的流程图描述停止过程。根据编码器信号的边沿信号借助于反馈控制，向目标停止位置控制进纸辊的转动。
计算速度的计时在其中以特定值(目标速度值)控制速度的时段(与定位控制段204相对应)中。目标速度被设置成在一个范围内足够小，该范围允许进纸辊以可靠方式转动。
当进纸辊转动到与边沿EV相对应的位置时(步骤1101)，计算在EV处(或靠近EV)的速度。
这里假定纸张以计算速度V行进距离ΔP1。该速度由V0指示。为了使由从编码器输出的速度信息计算的速度V0的误差最小，由信号分例如4个时间段计算速度V0。即，速度V0由速度V(-1)至V(-4)的平均给出。如图10中所示，在其期间计算速度V(-1)至V(-4)的每一个的抽样时段以一个间隔从一个速度移动到另一个速度。然后由速度V0和与编码器缝隙间隔相对应的距离ΔP0计算需要的时间T0(步骤1102)。
当到达边沿E0时(步骤1103)，开始从该时刻点的时间Tc的计数(步骤1104)。
也开始关于是否到达边沿E1的借助于硬件中断的监视(步骤1105)。如果计数时间Tc达到规定时间T0(步骤1106)，则输出一个停止信号并且进行停止操作(停止过程)(步骤1107)。
进行在步骤1105中的上述过程，以便防止在时间Tc达到规定时间T0之前越过边沿E1。在低速控制段中，如早先参考图7至9描述的那样，在其下获得速度信息的时间间隔长，并因而速度不稳定且速度信息的精度低。如果实际速度大于速度V0，则越过目标停止位置，并且在达到规定时间T0之前，到达边沿E1。
为了检查上述情形是否发生，关于下个边沿是否出现进行检查。如果步骤1105的结果是YES，则当到达边沿E1时进行停止操作(停止处理)。即，当探测到边沿E1时，即使计数时间T还没到达时间T0也进行停止操作(步骤1107)。边沿E1称作保证边沿。如上所述，当计算速度大大地不同于实际速度时(即，当计算速度不等于实际速度时)，在停止操作(停止处理)中给编码器信号(边沿E1)较高优选权。这保证在两边沿/两相位控制方案中，在最坏情况下停止位置误差小于边沿到边沿的距离ΔP(例如，在相位A的上升沿与相位B的上升沿之间)。
通过把施加到电机上的电功率变成比在低速度控制段中施加的值小的一个值(可能等于0)，进行在步骤1107中的停止操作(停止处理)。
在本实施例中，功率被切换到一个不允许电机转动的小值。注意施加的电压的极性保持为正。
通过以上述方式进行停止操作，变得有可能抑制由诸如弹性变形填充力、机械游隙或间隙、及/或电机的齿槽效应之类的驱动系统缺陷引起的停止位置误差。在目标停止位置处切换电功率之后(即，停止操作之后)，由这样的缺陷引起的停止位置误差发生，并且通过在停止电机之后向电机施加小电功率，能使停止位置误差最小。因而，使在实际停止位置与目标停止位置之间的差最小。
靠近EV的速度V因为如下两个原因由平均速度V0给出。
首先，在紧在停止位置之前的低速度控制段中，在其下更新速度信息的低频率使计算速度的精度降低。为了使这种精度的降低最小，由多条速度信息计算速度。注意平均速度的计算不限于平均值的简单计算，而是可以考虑到速度的变化(即，加速度)而计算平均值。
第二，因为伺服时间段长(例如，约1毫秒)，所以有可能在完成根据编码器信号E0计算到达停止位置所需要的时间T0并根据计算的时间T0进行停止操作之前，到达目标停止位置。
如果伺服时间段足够短并且在停止操作之前有足够长的时间，则可以直接使用在边沿E0处获得的速度信息。
参照图13A，对于其中停止位置不与任何编码器信号边沿相对应的情形，描述提高停止位置精度的一种技术。这种停止处理技术称作非边沿停止操作。
这里，假定相位A的上升沿被用作边沿E0，边沿E0被用作一个根据其确定停止操作的计时的基准点。进行停止操作的计时由P0指示，并且相位B的上升沿由用作保证边沿的E1指示。
图13B表明与其中由编码器分辨率确定停止位置分辨率的停止操作有关的计时。即，在与编码器信号的边沿相对应的位置(计时)处进行停止操作(下文，这种停止操作称作边沿上停止操作)。在这种技术中，在相位A的上升沿处进行停止操作。
以边沿上停止操作模式还是以非边沿停止操作模式进行停止操作取决于停止位置。即，如果目标停止位置与编码器信号的边沿相对应，则选择边沿上停止操作模式。然而，如果目标停止位置不与编码器信号的任何边沿相对应，则选择非边沿停止操作模式。
在边沿上停止操作模式中，在相位A的上升边沿处进行停止操作，并因而边沿E0＝P0。
通过对于非边沿停止操作和边沿上停止操作，把编码器信号的相同边沿用作基准计时信号，能避免编码器特有的周期误差的不利影响。即，相同边沿(相位A的上升沿)的使用允许最高精度的实现。
注意，在非边沿停止操作中目标停止位置越靠近边沿E0，在其期间以不必准确的代表性计算速度V1纸张运动的时间T1越短，并因而相对于目标停止位置的停止位置误差越小。
如能由以上描述理解的那样，本实施例允许对于编码器传感器和编码器轮的更宽选择，并因而本实施例能提供一种分辨率高、成本低、及尺寸小的进纸控制器(打印机)。
第二实施例下面参照图13C描述第二实施例。
这里，仅描述与第一实施例的那些不同的点。
在这个第二实施例中，如图13C中所示，不像第一实施例，在不与编码器信号的任何边沿相对应的而是通过把相位B的下降沿用作基准点而确定的位置(计时)处进行停止操作，并且相位A的上升沿被用作E1(保证边沿)。
当计算速度具有大的误差并且停止操作常常在保证边沿E1处进行时，这种操作模式特别有用。在这种操作模式中，在与图13B中所示的编码器信号的边沿相对应的位置(计时)处，在边沿(相位A的上升沿)处准确地输出用于停止操作的停止信号。这使得有可能使在边沿上停止操作模式与非边沿停止操作模式之间的停止位置精度差最小。
具体地说，当使用具有低边沿分辨率的低成本编码器时，紧在停止之前的速度被设置得相当高(因为如果紧在停止之前的速度被设置得低，则纸张在到达目标停止位置之前停止)，并因而有较高可能性到达保证边沿。即使在这样一种情形下，根据本实施例的停止操作也提供高停止位置精度。
在本实施例中，如上所述，即使当目标停止位置不与编码器信号的任何边沿相对应时，计算速度，并且由计算的速度，参照紧在目标停止位置前出现的边沿信号确定停止操作的计时。因而，有可能在与编码器信号的非边沿相对应的位置处进行停止操作。
即使在速度的计算中出现不允许的误差，或者即使在速度中出现不允许的波动，也保证在保证边沿处进行停止操作，并因而确保停止位置精度。
如能由以上描述理解的那样，本实施例允许对于编码器传感器和编码器轮进行更宽的选择，并因而本实施例能提供一种分辨率高、成本低、及尺寸小的进纸控制器(打印机)。
第三实施例下面描述本发明的第三实施例。根据第三实施例的打印机具有与第一实施例的结构相类似的结构，并因而这里不给出结构的重复描述。本实施例与第一实施例在如下几点上不同。
在图12中，1200表示其中实际速度等于速度V0的情形下的操作，而1201表示其中实际速度高于速度V0的情形下的操作。在1201的情况下，在根据速度V0计算的时间已经过去前，纸张到达紧在目标停止位置后出现的边沿E1(步骤1105的结果成为YES)。
当纸张在越过目标停止位置之后，到达与边沿E1相对应的位置时，通过把供给到电机的电功率变到一个极性相反且小得足以不会使电机在相反方向转动的值，进行停止操作(步骤1107)。
在这种技术中，停止位置成为在该技术中出现的停止位置之前非常短的距离ΔPE1(约几微米)，其中把具有相同极性的低电功率施加到在停止状态下的电机上，以便抑制由诸如弹性变形填充力、机械游隙或间隙、及/或电机的齿槽效应之类的驱动系统缺陷引起的停止位置误差。
即，当越过目标停止位置时，向目标停止位置向后运动停止位置，并因而能降低相对停止位置误差。
这里在第三实施例中公开的技术可以与在第一或第二实施例中公开的技术相结合。
其它实施例在上述实施例中，由在四个时段中的编码器信号计算速度信息，但时段的数量不限于四个。而且，编码器的分辨率和打印头的分辨率不限于在上述实施例中使用的值。
尽管以上参照控制用来在使用打印头的打印机中进给诸如纸张之类的打印介质的进纸机构的技术，已经描述了本发明，但本发明也可以应用于诸如用来读文档图像的图像输入设备等之类的其它设备。
而且，要进给的物体不限于在打印机中的打印介质，而是本发明也可以应用于移动诸如在电子装置或诸如测试设备之类的电子设备中的工作台等之类的部分的控制。
根据本发明，如上所述，有可能控制进纸机构，使得纸张不仅在与编码器信号边沿相对应的位置处而且在与相邻编码器信号边沿之间无编码器信号边沿相对应的位置处，能以高精度停止。
尽管参照当前认为是优选实施例的实施例已经描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的实施例。相反，本发明可以覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围之内的各种修改和等同布置。如下权利要求书的范围要与最广义的解释相一致，以便包含所有这样的修改和等同结构与功能。
权利要求
1.一种进纸控制器，包括进纸装置、用来驱动所述进纸装置的电机、及用来响应所述进纸装置的运动而输出第一探测信号和第二探测信号的编码器装置，所述进纸控制器还包括获得装置，用来获得所述进纸装置的停止位置；输出装置，用来输出用来停止所述进纸装置的停止信号；速度计算装置，用来计算在与所述停止位置相对应的时刻之前所述进纸装置的速度；时间计算装置，用来计算从在与所述停止位置相对应的所述时刻之前输出的所述第一探测信号的特定边沿出现的时刻到与所述停止位置相对应的所述时刻所需要的时间；计数装置，用来计数所述时间计算装置计算的所述时间；及控制装置，用来控制所述输出装置，以便当完成由所述计数装置进行的所述时间计数时输出所述停止信号，其中，当在所述第一探测信号的所述特定边沿的所述探测之后探测到所述第二探测信号的边沿时，所述控制装置控制所述输出装置，以便即使没有完成由所述计数装置进行的所述计数也输出所述停止信号。
2.根据权利要求1所述的进纸控制器，其中，如果与由所述获得装置获得的所述停止位置相对应的所述时刻与输出所述第一探测信号的所述特定边沿的所述时刻相同，则所述控制装置控制所述输出装置，以便依据所述第一探测信号输出所述停止信号。
3.根据权利要求1所述的进纸控制器，其中，如果与由所述获得装置获得的所述停止位置相对应的所述时刻与输出所述第二探测信号的边沿的所述时刻相同，则所述控制装置控制所述输出装置，以便依据所述第二探测信号输出所述停止信号。
4.根据权利要求1所述的进纸控制器，还包括驱动电压变化装置，所述驱动电压变化装置响应接收的所述停止信号把所述电机驱动电压从第一电压降低到第二电压。
5.根据权利要求1所述的进纸控制器，其中，所述纸张控制装置以特定速度进行速度伺服控制。
6.一种使用打印头来打印的打印机，包括进纸装置、用来驱动所述进纸装置的电机、及用来响应所述进纸装置的运动而输出第一探测信号和第二探测信号的编码器装置，所述打印机还包括获得装置，用来获得所述进纸装置的停止位置；输出装置，用来输出用于停止所述进纸装置的停止信号；速度计算装置，用来计算在与所述停止位置相对应的时刻之前所述进纸装置的速度；时间计算装置，用来计算从在与所述停止位置相对应的所述时刻之前输出的所述第一探测信号的特定边沿出现的时刻到与所述停止位置相对应的所述时刻所需要的时间；计数装置，用来计数所述时间计算装置计算的所述时间；及控制装置，用来控制所述输出装置，以便当完成由所述计数装置进行的所述时间计数时输出所述停止信号，其中，当在所述第一探测信号的所述特定边沿的所述探测之后探测到所述第二探测信号的边沿时，所述控制装置控制所述输出装置，以便即使没有完成由所述计数装置进行的所述计数也输出所述停止信号。
全文摘要
在进纸控制中实现高精度而不增大编码器的尺寸，编码器尺寸的增大会导致成本增加。由响应进纸机构的运动由编码器产生的边沿信号计算进纸机构的速度。根据计算的速度，对于从紧在停止位置之前的编码器信号边沿的探测到停止位置所需要的时间进行计算。根据计算的时间，产生用来停止进纸机构的控制信号。
文档编号B41J2/01GK1611367SQ200410086608
公开日2005年5月4日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者斋藤弘幸, 小路通阳 申请人:佳能株式会社