王宏慶

摘 要：對比傳統(tǒng)的針式打印機，熱敏打印機具有打印速度快、打印清晰、使用方面以及運行噪聲低的優(yōu)點，因此在諸多領(lǐng)域如銀行系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。本文從熱敏打印機的運行原理出發(fā)，結(jié)合其機芯的基本構(gòu)造，對熱敏打印機的機芯設(shè)計要點進行了分析和探討，希望能夠進一步對熱敏打印機的機芯進行優(yōu)化，提升設(shè)備性能的同時，更好的滿足生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：熱敏打印機;運行原理;機芯設(shè)計

中圖分類號：TP334 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0060-02

0 引言

打印機在現(xiàn)實生活中十分常見，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，打印機的類型也在不斷更新，包括了針式打印機、噴墨打印機以及熱敏打印機等。相比較其他兩種打印機，熱敏打印機有著較為顯著的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，熱敏打印機同樣存在一些缺陷，需要技術(shù)人員做好熱敏打印機的機芯設(shè)計，提升其實用性，確保熱敏打印機能夠更好的適應(yīng)用戶的個性化需求。

1 熱敏打印機運行原理

熱敏打印機是一種比較新穎的打印機，主要是借助流過印字頭點電阻的脈沖電流所產(chǎn)生的熱量，引發(fā)熱敏紙受熱變色，從而得到相應(yīng)的字跡和圖像。熱敏打印機的基本原理，是在專用熱敏紙上，覆蓋一層透明薄膜，薄膜在一定溫度下加熱一段時間后，會因為相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)而變色，如果溫度小于60℃，變色所需的時間可能需要數(shù)年;如果溫度超過200℃，變色所需的時間只需要幾微妙即可完成。通過有選擇的于熱敏紙相應(yīng)位置加熱的方式，熱敏打印機可以得到需要打印的字符和圖形[1]。

2 熱敏打印機機芯構(gòu)造

在打印機機芯中，熱敏紙的走動主要依靠膠輥，主體支架可以對各個部件的空間位置進行固定，齒輪能夠?qū)D(zhuǎn)動進行傳遞，熱敏打印頭是核心組件，能夠通過發(fā)熱的方式，將需要打印的字符或者圖形印在熱敏紙上，光耦偵測板可以提供缺紙偵測或者黑標(biāo)偵測，在紙張用完時會發(fā)出提示，步進電機則能夠提供精確的傳動功能，經(jīng)過齒輪和膠輥帶動熱敏紙運動[2]。

3 熱敏打印機機芯設(shè)計

3.1 選擇熱敏打印頭

熱敏打印頭作為熱敏打印機機芯的核心部件，其選型工作會對打印機的性能產(chǎn)生直接影響。技術(shù)人員在對熱敏打印頭進行選擇的過程中，應(yīng)該充分考慮其實際應(yīng)用需求，做好打印寬度、打印電壓、分辨率等參數(shù)的明確，例如，熱敏打印機的打印寬度可以分為1英寸、1.5英寸、2英寸等，最大可以達到8英寸，打印電壓可以分為3.7V、8V、12V和24V等，不同打印電壓對應(yīng)不同的打印速度，例如，3.7V電壓電壓下，打印機的打印速度一般不會超過60mm/s，24V的打印電壓適用于高速打印，打印速度可以超過200mm/s。不同打印紙對應(yīng)熱敏打印頭的要求也不相同，以標(biāo)簽打印為例，考慮其下層屬于離型紙，上層為標(biāo)簽紙，兩張標(biāo)簽之間存在一定距離和凸起，會對熱敏打印頭上的加熱線產(chǎn)生劇烈沖擊，需要于加熱線上設(shè)置特殊保護涂層來延長其使用壽命。另外，在選擇熱敏打印頭時，還必須考慮紙張厚度，例如，機票的紙張較厚，紙質(zhì)硬不容易出現(xiàn)彎曲，為了保證打印紙與加熱線的可靠接觸，提升打印質(zhì)量，應(yīng)該選擇邊沿式或者斜角式熱敏打印頭[3]。

3.2 構(gòu)筑走紙通道

熱敏打印機可以使用的打印紙類型有很多，不同打印紙需要對應(yīng)不同的走紙通道，這樣才能保證走紙的流暢性。對于普通POS機，使用的熱敏紙厚度一般在0.05-0.08mm之間，紙張相對柔軟，可以選擇90°走紙通道，也可以選擇180°走紙通道;對于機票等厚度超過0.2mm的打印紙，考慮其較大的彎曲張力，需要選擇180°走紙通道來保證打印紙與加熱線的緊密貼合;對于標(biāo)簽打印紙，由于其貼在離型紙上，存在一定的彎曲角度，想要避免標(biāo)簽紙的剝離，需要采用180°走紙通道來保證打印的效果;對于無底紙標(biāo)簽，因為打印紙的底面附帶一層膠體，容易粘貼在走紙通道內(nèi)，在進行機芯走紙通道構(gòu)筑的過程中，應(yīng)該盡量減小通道與標(biāo)簽紙的接觸面積，將其設(shè)置為表面凸起的排條，采用尖三角形筋條結(jié)構(gòu)，相鄰筋條之間需要保持一定距離，以此來將無底紙標(biāo)簽與走紙通道的接觸面積降到最小，保證走紙的正常進行[4]。

3.3 選擇光電耦合器

光電耦合器也稱光耦，是一種能夠通過光線實現(xiàn)耦合的轉(zhuǎn)換器件，包括發(fā)光器件和光敏器件。在實際應(yīng)用中，光電耦合器的類型有很多，以常見的三極管型光電耦合器為例，在電信號由輸入端送入后，發(fā)光二極體會因為通電而發(fā)光，在照射到光敏元件后，光敏元件又會產(chǎn)生電流。如果輸入端沒有信號輸入，發(fā)光二極體不亮，光敏元件截止。對于數(shù)位量，在輸入低電平的情況下，光敏元件截止，輸出為高電平，而在輸入高電平的情況下，光敏元件飽和導(dǎo)通，輸出為低電平。這樣的光電耦合器不僅性能優(yōu)越，而且價格相對低廉，因此在很多設(shè)備中被廣泛使用，對于熱敏打印機而言，光耦的作用體現(xiàn)在兩個方面：

一是缺紙偵測。當(dāng)打印機使用的熱敏紙經(jīng)過光耦表面時，由發(fā)光源發(fā)出的光會被打印紙發(fā)射到受光器上，由受光器接收信號，產(chǎn)生電流，經(jīng)放大后輸出，偵測到有紙。為了盡可能消除其它零件對于光耦的干擾，設(shè)計人員需要做好光耦參數(shù)的合理選擇，必須明確，不同光耦有著不同的參數(shù)和靈敏度，同樣以三級管型光耦為例，其最靈敏距離為0.7mm，在低于0.7mm的情況下，光耦的輸出值會下降到0，不能選擇其作為偵測距離，而如果偵測距離超過2mm，則輸光電流的數(shù)值會下降到40%左右[5]，因此，光耦的最佳偵測距離在0.7-2mm之間。一般情況下，走紙通道內(nèi)部的空間在0.5-1.5mm左右，可以將光耦用于缺紙偵測工作。如果光耦靈敏度不足，則打印機運行過程中，打印紙會在走紙通道內(nèi)上下波動，在有紙的情況下，輸出電流下降速度過快，一旦低于無紙的判定電流值，就會引發(fā)誤判的情況。

二是黑標(biāo)偵測。黑標(biāo)偵測的基本原理，是打印紙上存在有黑塊，光耦發(fā)出的光在面對白色打印紙和黑塊時，會產(chǎn)生不同的反射率，輸出不同電流值，電流值較低時，就說明檢測到了黑標(biāo)。在進行黑標(biāo)偵測的過程中，需要注意兩個方面的問題，一方面，必須切實保證偵測距離的穩(wěn)定性，不能出現(xiàn)距離變化過大的情況，因為一旦偵測距離過遠，有紙電流值的下降可能引發(fā)熱敏打印機誤判的情況;另一方面，必須保證光耦靈敏度的穩(wěn)定性，如果在使用中靈敏度出現(xiàn)波動，則會引發(fā)輸出電流值差異過大的問題，當(dāng)電流值較低時，同樣會引發(fā)黑標(biāo)誤判。在利用熱敏打印機進行標(biāo)簽打印的過程中，需要做好標(biāo)簽定位工作，避免將內(nèi)容打印到標(biāo)簽外的情況，從實際操作的角度，應(yīng)該將紅外發(fā)光二極管設(shè)置在標(biāo)簽紙上方，紅外接收二極管設(shè)置在標(biāo)簽紙下方，以此來實現(xiàn)對于標(biāo)簽的準(zhǔn)確定位[6]。

3.4 確定步進電機

在對步進電機進行選擇時，需要關(guān)注的參數(shù)包括了工作電壓、打印速度、馬達扭力等，而打印速度是其中最為關(guān)鍵的參數(shù)之一。若電機的一個脈沖能夠走一個點行，熱敏打印頭點間隙為0.125，打印機對于打印速度的要求為200mm/s，則步進電機的馬達工作效率經(jīng)過計算，應(yīng)該為200÷0.125=1600PPS，馬達于200-1800PPS中的扭力曲線平穩(wěn)，能夠滿足使用需求。如果是低速打印，馬達轉(zhuǎn)動頻率在400PPS以內(nèi)時，很容易出現(xiàn)共振問題，引發(fā)噪生過大以及步進電機失步的現(xiàn)象。一般情況下，低速打印多數(shù)被運用在醫(yī)療領(lǐng)域，如心電圖儀等，打印速度低至20mm/min，對于噪聲有著相當(dāng)嚴格的要求，因此在進行步進電機的選擇時，必須盡可能避開馬達共振區(qū)，可以于驅(qū)動器上引入細分技術(shù)，在電機上設(shè)置阻尼器，或者通過提升齒輪傳動比的方式，提高馬達工作頻率。

3.5 優(yōu)化傳動系統(tǒng)

在熱敏打印機中，齒輪傳動系統(tǒng)同樣處于非常關(guān)鍵的位置，做好齒輪的合理設(shè)計，關(guān)系著打印機的穩(wěn)定可靠運行，必須得到足夠的重視。齒輪的理論中心距離計算公式為a=（d1+d2）/2=（Z1+Z2）×M/2，而在實際應(yīng)用中，熱敏打印機中的齒輪一般都會選擇塑膠POM材料，受注塑工藝和加工精度的影響，可能出現(xiàn)同心度以及齒形誤差，使齒輪在轉(zhuǎn)到某個位置時出現(xiàn)卡頓，引發(fā)打印過程中的輕微壓縮問題。實踐中，一般會在理論距離的基礎(chǔ)上，加上M/3，若精度可靠，則可以再次增加0.03-0.05mm，以避免齒輪轉(zhuǎn)動不順暢的情況。若中心距設(shè)置偏大，打印機運行過程中齒輪轉(zhuǎn)動的聲音也會增大，影響產(chǎn)品的最終品質(zhì)[7]。

3.6 其他注意事項

除上述設(shè)計要點外，在對熱敏打印機機芯進行設(shè)計的過程中，還需要注意一些其他事項：首先，想要延長齒輪的使用壽命，應(yīng)該選擇大模數(shù)齒輪組，適當(dāng)增大齒輪的尺寸;其次，需要充分考慮馬達散熱問題。實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)馬達連續(xù)工作數(shù)分鐘后，其溫度可以達到120℃以上，可能引發(fā)塑膠支架的變形乃至融化，導(dǎo)致噪聲的增大，嚴重的還會引發(fā)力矩下降乃至失步問題。對此，需要將原本固定馬達用的塑膠支架更換為金屬支架，提升馬達的散熱效果;然后，考慮到熱敏打印頭的發(fā)熱量較大，在過熱的下，可能會導(dǎo)致引發(fā)熱敏打印頭燒毀。為了對其進行預(yù)防，一方面，可以在熱敏打印頭上，貼上一個熱敏電阻，這樣當(dāng)熱敏頭的溫度達到80℃以上時，設(shè)備就會發(fā)出相應(yīng)的報警信息，強制停止打印;另一方面，可以增加散熱手段，將原本固定熱敏頭片用的塑膠更換為金屬，如果發(fā)熱量較大，則需要通過增加金屬固定片大小的方式，對散熱面積進行拓展[8]。

4 結(jié)語

總而言之，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱敏打印機已經(jīng)開始被應(yīng)用到各個行業(yè)和領(lǐng)域，憑借著自身的優(yōu)勢，發(fā)揮出了不容忽視的作用。基于此，從保證熱敏打印機穩(wěn)定可靠運行的角度，設(shè)計人員應(yīng)該充分考慮熱敏打印機的特點以及用戶使用環(huán)境，從源頭上設(shè)計出更加能夠滿足客戶現(xiàn)實需求的產(chǎn)品，盡可能減少后期的設(shè)計變更行為，在保證打印清晰度的同時，提高打印效率。

參考文獻

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