Знакосинтезирующие электромеханические печатающие устройства

В знакосинтезирующих электромеханичесих печатающих устройствах ЭПУ последовательного и параллельного действия изображение знака на носителе информации формируется из отдельных точечных или линейных элементов (отрезков дуг). Любое изображение на носителе информации можно рассматривать , как отпечаток состоящий из множества числа элементарных составляющих точек и линий, не ухудшая изображение знака на носители информации. Применение различных способов знакосинтезирования позволяют формировать практически большое количество различных символов. Качество и неограниченная номенклатура формируемых символов на носителе в большей степени зависит от количества составляющих элементарных точек, отрезков прямых и кривых линий (элементов размножения).

Для формирования ограниченного набора письменных цифр и специальных символов окажется достаточным набор из 12 элементарных отрезков и кривых линий, располагаемых по контуру различных символов 1,2,3 .. 8 и т.д.

При необходимости увеличение набора формируемых символов предпочтение оказывается точечному символу (т.е формирование изображение из отдельных точек).

Количество точек, необходимо для формирования знака в значительной степени зависит от конфигурации и качества выводимых символов и типа механизма печати.

В большинстве случаев в знакосинтезирующих устройствах печати знак формируется в виде точек в матрице заданных размером (5х7, - 7х9 и др.). Для печати одного элемента знака (точки) используется ударник (штифт, игла) диаметром 0,2 мм. Управление ударника как правило осуществляется быстродействующим электромагнитом.

В настоящее время существует три типа печатающих механизмов знакосинтезирующих устройств.

1. Матричные, обеспечивающие одновременную печать всех элементов в знаке.

2. Однорядные механизмы, обеспечивающие одновременную печать одного ряда элементов матрицы и позволяющие сформировать весь знак в несколько циклов с одновременным перемещением механизма относительно документа.

3. Одноточеные механизмы, которые могут обеспечить печать знака последовательно, элемент за элементом.

Рассмотрим выше перечисленные типы знакосинтезирующих механизмов печати, в принимаемых условиях.

Целесообразность применения того или иного типа существующих матриц для вывода информации являются следующие критерии: требования к документу (качество, скорость, достоверность и др.).

Если необходимо формировать только цифровой информации и в ограниченном наборе то может быть использована матрица 3х5 т.е., в узлах такого типа матрицы располагается 15 точек. Такой тип матриц не получил распространение с низкой достоверностью представляемой информации, в связи с потерей одного или нескольких точек по различным причинам может привести к полной потере информации. Значительно более перспективной оказалась матрица 5х7, состоящая из семи горизонтальных и пяти вертикальных рядов точек, рис (8).

В этом случае модно получить практически всю номенклатуру знаков алфавитно-цифровой информации, включая буквы латинского и русского алфавита. Увеличение числа точек, которые могут участвовать в оформлении знака, до 35 ведет к повышению достоверности печатаемой информации, поскольку пропадание даже нескольких точек не может привести к разночтению. Дальнейшее улучшение конфигурации знаков может быть достигнуто за счет увеличения числа точек, которые могут участвовать в оформлении знаков. Для этих целей нашли широкое распространение знаки, формируемые из семи вертикальных и семи горизонтальных рядов точек (матрица 7х7), а также из семи горизонтальных и девяти вертикальных рядов точек (матрица 7х9). Опыт формирования знаков с помощью матриц показал, что без значительного ухудшения конфигураций знаков точки в горизонтальных рядах матрицы могут следовать с пропуском одного вертикального ряда. Так, точки при использовании матрицы 7х7 могут быть опечатаны либо в первом, третьем, пятом и седьмом ряду, либо во втором, четвертом и шестом, а при использовании матрицы 7х9 – в первом, третьем, пятом, седьмом, девятом, либо во втором, четвертом, шестом и восьмом. Матрицы 7х7 и 7х9 находя в настоящее время применение в однорядных механизмах печати. Некоторая стилизация знаков при улучшении их начертания по сравнению с матрицей 7х5 позволяет не увеличивать скорость срабатывания механизма печати, а при матрице 7х7 даже повысить ее при одном и том же ударном механизме. Для оформления маленьких букв, а так же печати знаков усложненной конфигурации в настоящее время используют матрицу 9х9.

Особенность структуры знакосинтезирующих механизмов печати ударного действия заключается в отсутствии литероносителя. Он заменен одним или несколькими ударными элементами (в зависимости от механизма печати: матричный однор-дный или одноточечный), которые позволяют отпечатать одну или нескольку точек одновременно. Механизм выбора знаков заменен механизмом, позволяющим одновременно с выбором знака (а в однорядном и одноточечном – одновременно с печатью знака) формировать изображение знака. Механизм удара обеспечивает в знакосистезирующем механизме перемещение печатающего элемента в направлении печати и может быть выполнен аналогично механизмам удара знакопечатающих устройств. Однако, так как для печати одной точки требуется значительно меньше энергии, чем для печати целого знака, масса и ход ударного элемента могут быть значительно уменьшены.

Например, для печати знака с конфигурацией средней сложности требуется энергия в среднем около 5 м Дж. Если считать, что символ формируется из 20 точек, то энергия удара, которую должна обеспечить систем игла – электромагнит составляют примерно 0,25 мДж.

В знакосинтезирующих механизмах печати в связи с уменьшением их массы скорость срабатывания соответственно увеличивается, в некоторых устройствах такого типа частого срабатывания механизма печати достигает 1000мг.

На рис. 2 показана кинематическая схема ударного механизма матричного знакосинтезирующего механизма печати. В этом механизме печать осуществляют с помощью 35 игл, обеспечивающих одним своим концом оформление отпечатка. Другой конец каждой иглы связан с электроприводом ее перемещения. Иглы перемещаются в ряде направляющих. Все эти элементы, установленные в едином корпусе, образуют механизм удара знакосинтезирующего механизма печати. В качестве электропривода игл наиболее широко используют электромагниты с вытяжными или повторными якорями, а так же магнитоэлектрические системы. Предпринимаются попытки применить в качестве электропривода игл и другие преобразователи электрической энергии в механическую.

Для изготовления матрицы применяются антифрикционные материалы. Расстояние между отверстиями для игл называется шагом и ровняется около 0,5 мм. В корпусе в виде усеченно пирамиды закрепляется 35 электромагнитов, имеющие размерность длины – 25 мм и диаметр – 10 мм. Так как при такой компановке печатающего механизма неизбежный изгиб игл, то применяются направляющие.

Рассмотрим блок-схему знакосинтезирующего механизма печати для определения параметров, рис. 3. С поступлением импульса тока на катушку электромагнита якорб преодолевая усилие пружины будет перемещать иглы направляющей до ударной поверхности. После удара игла вместе с якорем под действием реакции ударной поверхности и противодействующей пружины возращяется в исходное положение до контакта с упором.

В нашем случае увеличение тока ограничивается в первую очередь параметрами элементов управления работой знакосинтезирующего устройства. Увеличение скорости печати возможно за счёт уменьшения времени движения подвижного элемента и его массу. Всё сказанное, в свою очередь определяет повышенные требования к качеству изготовления деталей механизма удара.

Для уменьшения времени контакта ударного механизма с бумагой нецелесообразно увеличение жесткости опорной поверхности, а также уменьшение толщины бумаги и красящей ленты для обеспечения наибольшей скорости отскока ударного элемента. Если увеличить жесткость такого элемента как возвратной пружины, то окажет существенное влияние на время полёта иглы. В целях уменьшения времени успокоения ударного элемента при его возврате к исходному положению оказывается целесообразным применение различных методов демпфирования.

Выше сказанное следует учитывать в зависимости от конструктивного исполнения механизма удара. Матричные механизмы последовательных знакосинтезирующих устройств обладают наибольшими возможностями достижения максимальной скорости печати. В них время цикла вывода информации на печать по существу может быть равно времени цикла работы собственного механизма удара, поскольку за цикл печати знака каждый ударный элемент срабатывает только один раз. Кроме сравнения со скоростью однорядных знакосинтезирующих устройств матричные обеспечивают получение более высокого качества отпечатка и достоверности информации.

МАТРИЧНЫЙ МЕХАНИЗМ ПЕЧАТИ

Примером матричного механизма печати может служить механизм печатающего устройства ДАРО 1156 (I ерма), в котором используется матрица 35 ( 5 х 7 ) игл. Механизм обеспечивает скорость печати 100 знаков/с.

На рис. 5 иглы жестоко связаны с якорем 1 ,электромагнита 2 прямоходового типа.

Иглы установлены в направляющих 4 и удерживаются в исходном положении пружинами 8. Все эти элементы установлены в корпусе 3.Корпус выполнен в виде усеченной пирамиды, на малом основании которой установлена выходная направляющая для игл, а на большом крепятся соленоиды. Выходная матрица 5 представляет собой параллелепипед, изготовленный из антифрикционного материала, в котором в соответствии с выбранной матрицей знаков выполнено 35 отверстий, обеспечивающих точное направление концов игл в зону печати. Эти отверстия расположены с шагом примерно 0,5мм. Поскольку электромагниты по диаметру значительно больше игл, то и шаг их размещения на большом основании корпуса 3 значительно больше шага отверстий в матрице. Такое несоответствие диаметра печатающих игл и электромагнитов приводит к необходимости изгибать иглы и направлять их в точном соответствии с взаимным расположением оси якоря электромагнита и оси отверстия выходной направляющей. Для обеспечения этого в корпусе, помимо выходной направляющей, предусмотрены криволинейные отверстия, определяющие положения игл в механизме.

Анализ траектории движения отдельных участков игл в данной конструкции показывает, что концы игл, проходящие через выходную направляющую, и концы, связанные с якорем, перемещаются в процессе печати по прямой, а остальные части игл – по криволинейной траектории определяемой изгибом игл. Такая сложная картина перемещения отдельных частей игл по различным траекториям неизбежно ведёт к непрерывному перегибу игл, что, в свою очередь, создаёт дополнительные потери на трение. В целях уменьшения этих потерь выходную направляющую обычно ставят на значительное расстояние от мест перемещения якоря, но полностью устранить их не удаётся.

Использование электромагнитов втяжного типа вызвано двумя основными причинами. Во-первых, такие электромагниты (рис 5(б) ) позволил создать наиболее компактную конструкцию матричного печатающего механизма. Во-вторых, они имеют максимальный КПД с точки зрения электрических потерь, поскольку их конструкция позволяет создать замкнутое магнитное поле.

Используемый в устройстве Даро 1156 электромагнит в отличие от обычных имеет вытянутый на всю длину сердечник 7 и укороченный 1 якорь. Такое конструктивное решение позволяет свести до минимума потери на трение и создавать в зазоре максимальную индукцию.

Пружина 8 и резиновый упор 9 удерживают якорь в исходном положении.

Вторым примером матричного знакосинтезирующего механизма может служить механизм фирмы «КРИД» (США), в котором используется матрица 5 х 5 рис. 6. Печать осуществляется с помощью игл, которые приводятся в движение гидравлическим приводом. В качестве соединительных каналов используются нейлоновые шланги. По шлангам к каждой игле поступает масло под давлением 2,5 Па. Подачей и выпуском масла управляют 52 вентиля, которые открываются и закрываются с помощью электромагнитов. При срабатывании соответствующих вентилей игла перемещается в направлении красящей ленты и бумаги, обеспечивая на ней отпечаток точки. С помощью 25 таких игл оказывается возможным сформировать весь знак в течении 3мс и обеспечить скорость печати около 100 знаков в секунду. Такие скорости в матричных механизмах печати получены прежде всего за счёт уменьшения энергии удара, создаваемой в процессе печати каждой иглой. Требуемой энергии удара оказалось возможным достичь за счёт уменьшения хода игл и их массы. Недостатком таких механизмов следует считать

1. сравнительную сложность

2. большие габариты

3. массу

Как показывает опыт их изготовления и эксплуатации обеспечение высокого качества и скорости печати возможно только при высокоточном изготовлении всех компонентов механизма, и прежде всего направляющих для игл.

Значительно проще по конструкции однорядные знакосинтезирующие ударные механизмы, которые за последнее время получают всё большее распространение.

Однорядный печатающий механизм.

Однорядные печатающие механизмы содержат такое количество печатающих элементов, которое обеспечивает одновременно печать только одного вертикального ряда точек матрицы. Печать всего знака происходит в процессе поступательного перемещения механизма удара вдоль строки, причём для печати каждого последующего ряда точек знаков необходима команда из специального механизма, определяющего в каждый момент времени положение механизма удара относительно печатаемой строки. В некоторых механизмах применяют систему, которая обеспечивает выдачу команд только на положение знака, а команды на оформление отдельных рядов знака подаёт специальный генератор, частота следования импульсов которого соответствует скорости перемещения механизма удара вдоль строки. При подаче команды на оформление точек первого ряда знаков срабатывают соответствующие электромагниты и иглы. Точно так же происходит печать и остальных рядов точек. Так, например при печати знака «+» с использованием матрицы 7х5 в первой и второй печатных позициях возбуждается один электромагнит, обеспечивающий перемещение средней иглы, и на бумаге отпечатывается левая часть горизонтальной черты линии знака. В третьей печатной позиции срабатывают все семь электромагнитов, в результате чего на бумаге появляется вертикальная черта. Затем в четвёртой и пятой позициях вновь возбуждается электромагнит, обеспечивающий перемещение на печать средней иглы, после чего на бумаге появляется изображение всего знака «+». Особенностью таких механизмов являются повышенные по сравнению с матричными механизмами требования к частоте срабатывания системы игла-электромагнит. Так в матричном механизме для обеспечения скорости печати n знаков в секунду необходимо, чтобы эта система срабатывала с частотой не меньше n Гц. Для обеспечения той же скорости печати с однорядным печатающим механизмом, оформляющим знак из матрицы, содержащей R вертикальных рядов точек с учётом промежутка между знаками, частота срабатывания каждого электромагнита должна составить (R*n) Гц.

Достижение таких частот срабатывания систем игла-электромагнит стало возможным благодаря уменьшению потерь на трение за счёт соответствующего конструктивного выполнения элементов печатающего механизма – уменьшение их массы и хода игл в направлении до 0.3 – 0.4 мм. Первые однорядные знакосинтезирующие механизмы были построены аналогично матричным механизмам с использованием для печати знаков только семи игл и семи управляющих электромагнитов.

Рассмотрим конструкцию одного из более распространённых однорядных печатающих механизмов. Рис

В ДЗМ-180 печатающие механизмы отличаются простотой конструкции. В знакосинтезирующем устройстве используется семь электромагнитов, которые установлены в корпусе по окружности так, что поворотные оси якорей находятся на наружной поверхности, а приводные концы якорей сведены к центру. Такая компоновка обеспечивает незначительный изгиб игл и позволила значительно уменьшить расстояние между иглами в зоне соприкосновения игл с якорями быстродействующих электромагнитов. Иглы перемещаются в трубочках и в матрице с рубиновой направляющей. На конце игл, связанных с якорями надет колпачок, в который упирается возвратная пружина, обеспечивающая перемещение в исходное положение иглы и якоря. Применение в конструкции электромагнитов с поворотным якорем позволило также снизить потери, возникающие в электромагнитах с втяжным якорем от трения между якорем и корпусом катушки.

Знакосинтезирующие одноточечные печатающие механизмы

последовательного действия

В одноточечных знакосинтезирующих печатающих механизмах последовательного действия для обеспечения печати знаков используют только один ударный элемент и один электромеханический привод. При этом механизм должен обеспечивать распечатывание всех точек в соответствие с выбранной матрицей знаков. Наиболее серьёзным препятствием на пути широкого распространения этих механизмов является сложность создания 15,5 знаков в секунду. Однако для достижения требуемой частоты срабатывания электромагнита пришлось уменьшить ход ударного элемента до 0,1 мм и использовать специальную бумагу, чувствительную к давлению.

Знакосинтезирующие механизмы печати параллельного действия

Наиболее перспективными, наряду со знакоситезирующими механизмами последовательного действия в настоящее время являются знакосинтезирующие механизмы параллельного действия. Особенностью такого типа механизмов печати является:

- возможность одновременно вести распечатки нескольких знаков

- знаки всей непечатной строки.

Для одновременного распечатывания нескольких знаков при разработке печатающих устройств параллельного действия пошли по пути установки двух и более знакосодержащих механизмов печати, которые одновременно могут распечатывать в строке два знака и более В печатающих устройствах, где используются два печатающих механизма, то они расположены на расстоянии, равному половине длины печатаемой строки. Механизмы печати одновременно могут двигаться, причем первый печатает только первую половину строки, а второй – вторую. При этом сокращаются затраты времени как на печать знаков всей строки, что ведет к повышению технической скорости печати в 2 раза, так и на возврат к исходному положению.

В связи с этим резко повысилась производительность печатающих устройств такого типа. Например, на зарубежных печатающих устройствах еще большего повышения производительности оказалось возможным достичь в печатающем устройстве ИБМ 730А, в котором печать строки в 120 знаков осуществляется с помощью 60 матричных знакосинтезирующих механизмов. В этом устройстве каждый механизм смещается в процессе печати только на один знак и может отпечатать только два знака строки. Использование таких печатающих устройств позволило достичь скорости печати 1000 строк в минуту. Однако, как показывает практика проектирование таких механизмов, они оказались достаточно сложными как по конструкции, так и в управлении. Так, в зоне печати печатающего устройства ИБМ 730 должно одновременно оказаться 2100 управляемых игл, которые могут одновременно сработать. Гораздо более перспективным являются механизмы параллельных однородных знакосентезирующих печатающих устройств, работающих по принципу вертикальной развертки знака. В этом случае печатающих элементов, находящихся в зоне печати, должно быть равно произведению числа знаков., печатающихся в строке, на число точек в горизонтальном ряду матрцы знаков. При этом знаки всей строки сформированы в процессе перемещения носителя в направлении, перпендикулярном ей.

Рассмотрим рис. процесс печати более простого устройства печати где используются одноточечный знакосинтезирующий механизм. Печатающий механизм устройства Самосторонник фирмы ИКТ (Англия) состоит из 140 игл, расположенных в один ряд. Для каждой печатной позиции в строке используют одну иглу, управляемую своим электромагнитом. Все иглы непрерывно колеблются в плоскости, перпендикулярной к направлению движения бумаги. Бумага также перемещается и печатающий конец иглы непрерывно обегает участок бумаги, предназначенной для изображения одного знака в соответствии с принятым знаком. В определенный момент времени печатающие иглы прижимаются к бумаге по команде из датчиков положения бумаги и игл. Можно на рис. посмотреть схему изображения образа знака и обег участка бумаги буквы концом иглы с помощью одноточечного знакосинтезирующего механизма.

Скорость вызова информации такого типа устройства составляет до 300 строк в минуту. Существует очень много разновидностей одноточечных и других печатающих механизмов, используемые в составе параллельных знакосинтезирующих печатающих устройств.

Более перспективными являются механизмы параллельных однородных знакосинтезирующих печатающих устройств, работающие по принципу вертикальной развертки знака. Количество печатающих элементов, находящихся в зоне печати, должно быть равно произведению числа знаков, печатающихся в строке, на число точек в горизонтальном ряду матрицы знаков. Знаки всей строки будут формироваться в процессе перемещения носителя в направлении, перпендикулярном ей.

Рассмотрим схему работы одноточечного печатающего механизма знакосинтезирующего устройства параллельного действия рис. (механизм типа ЛП 3000 фирмы «Поттер» США), в котором вместо игл используется винтовая линия -1 и линейный ударный элемент -2. Отличительной характеристикой такого устройства следует считать то, что в нем один ударный элемент -2 обеспечивает печать одиннадцати знаков. Процесс печати осуществляется при контакте линейного ударного элемента 2 с нарезкой винта 1 имеющего шаг, равный ширине ударного элемента -2. При контакте горизонтального расположенного ударного элемента с винтовой линией при неподвижной бумаге, то в результате за один оборот винта на носителе получим отпечатанную горизонтальную линию, равную длине ударного элемента. Команды на срабатывания ударного элемента вырабатываются при помощи датчика, установленного на одном валу с винтом. Бумага помещается в таком устройстве непрерывно с постоянной скорость, обеспечивающей за один оборот винта перемещение на один вертикальный шаг точек, определяемой матрицей знаков.

В нашем случае, увеличение тока ограничиваются, в первую очередь, параметрами элементов управления работай знакосинтезирующего устройства. Увеличение скорости печати возможно за сет уменьшения времени движения подвижного элемента в направлении печати уменьшают ход этого подвижного элемента в направлении печати уменьшают ход этого подвижного элемента и его массу. Все оказанное, в свою очередь, определяет повышенные требования к качеству изготовления деталей механизма удара.

Для уменьшения времени контакта ударного механизма с бумагой целесообразно увеличение жесткости опорной поверхности, а также уменьшение толщины бумаги и красящей ленты для обеспечения наибольшей скорости отскока ударного элемента. Если увеличить жесткость такого элемента как возвратной пружины, то окажется существенно влияние полеты иглы. В целях уменьшения времени успокоения ударного элемента при его возврате к исходному положению оказывается целесообразным применение различных методов демпфирования.

Выше сказанное следует учитывать в зависимости от конструктивного исполнения механизма удара. Матричные механизмы последовательны: знакосинтезирующих устройств обладают наибольшими возможностями достижения максимальной скорости печати. В них время цикла вывода информации на печати по существу может быть равно времени цикла работы собственного механизма удара, поскольку за цикл печати знака каждый ударный элемент срабатывает только один раз. Кроме сравнения со скоростью однорядных знакосинтезирующих устройств матричные обеспечивают получение более высокого качества отпечатки и достоверности информации.

В устройствах такого типа линейные ударные элементы располагаются под некоторым углом. Этот угол обеспечивает выравнивание горизонтальной строки точек и определяется по формуле

где - угол наклона линейного ударного элемента

- вертикальный шаг точек матрицы знаков

- длина линейного ударного элемента.

Особенностью работы ударного элемента в такой системе является необходимость высокой скорости его срабатывания. Так, для обеспечения скорости печати три строки в секунду при использовании матрицы 7х5 с учетом пробела между строками, равного трем промежуткам в вертикальном ряду матрицы знаков, и с помощью одного ударного элемента, обеспечивающего печать одиннадцать знаков, максимальная частота срабатывания должна быть равна произведению 3х10х5х11 = 1650 Гц. Достичь такой скорости срабатывания ударного элемента возможно с помощью магнитоэлектрической системы привода.