带驱动装置 【技术领域】
[1]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水的打印机。
背景技术
[2]在转印打印机中，通常称作打印机带并且在其一侧承载墨水的带设置在打印机内，使得打印头可以接触带的另一侧，以使得墨水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墨或卡片制成的封装材料之类的衬底上。
[3]墨水带通常以缠绕到芯上的辊的形式被传递到终端用户。终端用户将芯推到卷轴上，并且将辊的自由端推动释放一定长度的带，然后将带的端部与另一个卷轴结合。卷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卷轴的传输装置，以将带从一个卷轴上松开并将其卷取到另一个卷轴上。打印设备在两个卷轴之间沿经过打印头的预定路径传输带。
[4]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卷轴的问题。有些方法使用步进电机，其操作于位置控制模式，以松开或卷取预定量的带。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卷轴。一些公知装置只驱动卷取带的卷轴(卷取卷轴)，并依靠带从其上抽出的卷轴(供给卷轴)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卷。应当意识到，保持适当的张力是打印机的正常运转的必要条件。
[5]已知打印机带的可选形式既驱动卷取卷轴也驱动供给卷轴。供给卷轴电机可以被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”)，与连接到供给卷轴的电机相比，连接到卷取卷轴的电机被配置成将更大的力施加到带，使得供给卷轴电机被压倒并且供给卷轴由此沿带传输的方向旋转。供给卷轴拖力电机在正常操作中保持带的张紧。
[6]在另外的可选装置中，供给卷轴电机可以沿带传输的方向驱动，使得其将带从供给卷轴驱动到卷取卷轴。这样的装置在这里称为“推拉”。卷取电机在带被供给卷轴电机松开时将带拉到卷取卷轴上，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卷轴和卷取卷轴。在GB 2369602中，控制器配置成控制电机的通电，使得带可以在带的卷轴之间沿两个方向传输。监控在卷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卷轴。
[7]在打印机逐渐使用带辊时，供给卷轴的外径减小，而卷取卷轴的外径增大。在提供基本恒定的抵抗扭矩的滑动离合器装置中，带张力与卷轴直径成正比地变化。假定希望使用较大的供给卷轴以便将必须补充的带辊的次数降低到最小，在尤其是需要快速带传输的高速机器中，这是个严重问题。对于使用卷取卷轴电机和供给卷轴电机的带驱动装置而言，卷轴直径的变化可能使得难以确定供给到每个电机正确驱动信号，从而难以保持带张力并且/或者以正确的速率松开或再缠绕带。
[8]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、减速度或最大速度能力的方法获得折中地性能。结果，打印机的整体性能在某些情况下折中。
[9]已知的带驱动系统一般在两个模式(即，连续打印或者间歇打印)中的一个模式下操作。在这两种操作模式中，所述设备进行一系列有规律重复的打印循环，每个循环包括：打印阶段，在此阶段墨水转印到衬底上；以及非打印阶段，在此阶段设备为下一个循环的打印阶段做准备。
[10]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(但不是必须的)被传输经过打印头。
[11]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，必须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相反方向驱动使得带中已使用区域位于打印头的上游侧。
[12]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。
[13]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(但不是必须的)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前进打印头以进行打印操作时始终位于衬底和打印头之间是必需的。
[14]高速转印打印机对于带的减速度、加速度、速度以及位置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，标签与在供给卷轴和卷取卷轴之间传输的连续标签页分离。
【发明内容】
[15]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。
[16]根据本发明，提供一种带驱动装置，其包括两个电机、两个带卷轴支撑装置以及控制器，其中，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在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，所述控制器被构造成存储多个电机控制数据项，每个数据项与对应张力值相关联，并且所述控制器被操作为：监控安装在所述卷轴支撑装置上的所述卷轴之间传输的带的张力；基于监控的所述张力读取电机控制数据项；基于读取的所述电机控制数据项产生电机控制信号；以及将所述电机控制信号施加到至少一个所述电机中。
[17]所述控制器可被构造成处理监控的所述张力以及预定目标张力，以确定误差信号。该处理可以包括减法操作。在已经产生这样的误差信号后，基于所述误差信号可以获得电机控制数据项。
[18]所述预定目标张力为张力值范围，称为所谓的“死区”。
[19]在将所述电机控制信号施加到所述至少一个所述电机后，所述控制器被构造成进一步监控带张力。基于所述进一步监控修改存储的至少一个电机控制数据项。具体而言，如果确定所述电机控制信号不能够正确地调节所述带张力，所述电机控制数据项可以修改，以进一步提高性能。
[20]所述控制器可以构造成实现配置处理，所述配置处理意欲存储所述电机控制数据项。具体而言，所述处理可以包括确定所述卷轴之间传输的带的张力的变化和施加到所述电机的电机控制信号之间的关系。
[21]优选地，每个卷轴支撑装置通过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卷轴支撑的角速度比是固定的。这样的配置需要：在考虑卷轴的周长的情况下，控制电机从对应的卷轴或对相应的卷轴产生期望的线性带移动。
[22]所述驱动耦合装置可包括驱动带。可选地，每个卷轴支撑装置具有对应的第一旋转轴线，每个电机包括具有对应第二旋转轴线的轴，并且对应的第一和第二轴线可以共轴。对应驱动耦合装置可以将对应卷轴的轴互连到对应电机轴的。
[23]至少一个所述电机可以是位置控制电机，诸如步进电机。每个所述电机控制数据项代表角位置调节量，例如，步幅数方面的调节。
[24]所述控制器可以适用于对两个电机通电，以沿带传输的方向驱动带的所述卷轴。所述控制器可以被构造成将所述卷轴之间的带的张力保持在预定极限之间。所述控制器可以被配置成控制所述电机，以在所述卷轴之间沿两个方向传输带。
[25]可以设置监控供给到至少一个所述电机的功率以及基于监控的所述功率监控带张力的装置。所述带驱动装置还可包括用于确定安装在所述卷轴支撑装置上的带卷轴的直径的装置。
[26]根据本发明一些实施例的带驱动装置取决于驱动两个带卷轴以在带传输期间驱动带的电机。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高速率的加速度和减速度。传输的带的张力可以通过控制驱动电机来设定，并且由此不需要依赖于必须接触卷取卷轴和供给卷轴之间的带的任何部分。
[27]每个卷轴的实际旋转方向取决于带在每个卷轴上缠绕的方向。如果两个卷轴沿相同方向缠绕，则两个卷轴沿相同旋转方向旋转，以传输带。如果卷轴彼此沿相反方向缠绕，则卷轴沿相反旋转方向旋转，以传输带。在任何构造中，两个卷轴沿带传输的方向旋转。但是，根据供给卷轴电机的操作模式，其驱动的方向也可以沿与供给卷轴相同方向延伸(当电机通过将带推离卷轴而辅助驱动带时)或供给卷轴电机可以沿与供给卷轴相反方向驱动(当电机为带提供拖力以张紧带时)。
[28]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水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卷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。控制器可以控制所述打印机墨水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偏移接触所述打印头，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偏移接触所述带。
[29]所述驱动机构可以是双向的，使得带可以从第一卷轴传输到第二卷轴或者从第二卷轴传输到第一卷轴。通常，未使用的带设置在安装于所述供给卷轴上的带辊。使用的带卷取在安装于卷取卷轴上的辊。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卷取卷轴之前使用。
【附图说明】
[30]现在通过示例参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
[31]图1是根据本发明实施例的打印机带驱动系统的示意性视图；
[32]图2是图1中控制器的示意性视图；以及
[33]图3是适合在图1中带驱动装置中使用的电机控制电路的示意性视图。
【具体实施方式】
[34]参考图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分别支撑供给卷轴3和卷取卷轴4。供给卷轴3最初缠绕有一辊未使用的带，而卷取卷轴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卷轴3传输到卷取卷轴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从围绕辊8、9的供给卷轴3延伸到卷取卷轴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。当开始打印时，在其上沉积打印图案的衬底开始与辊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11的压靠下，衬底10可以与带6进行接触。
[35]供给轴1由供给电机12驱动，卷取轴2由卷取电机13驱动。供给电机12和卷取电机13由表示它们定位于供给卷轴3和卷取卷轴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，卷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卷轴。在另外情况下，可以看出，在电机和其对应卷轴支撑之间存在固定传输比。
[36]控制器14控制电机12、13，如下面的更详细描述。供给电机12和卷取电机13能够沿两个方向驱动带6。如果带从供给卷轴3移动到卷取卷轴4，如箭头15所示，带的移动可以被定义在打印方向。当带从卷取卷轴4移动到供给卷轴3时，带可以被认为沿带相反方向移动，如箭头16所示。
[37]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。墨水通过打印头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。
[38]在图1所示的构造中，卷轴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，卷轴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。
[39]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10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之间的必要相对移动通过沿箭头17的方向平行于带6和衬底10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10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10之间，必须能够使带6沿两个方向以较高速率加速并且相对于打印头精确地定位。在图1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。
[40]现在更详细地描述带在供给卷轴3和卷取卷轴4之间的驱动。在本发明的优选实施例中，供给电机12和卷取电机13都是位置控制电机。
[41]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。
[42]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。
[43]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。[44]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。
[45]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。
[46]带通过控制电机以保持带中的张力而在供给卷轴3和卷取卷轴4之间驱动。一般而言，监控在供给卷轴3和卷取卷轴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和卷取电机13，以将带带张力保持在预定极限之间。下面更详细描述监控带张力的合适方法。
[47]图2中示出了控制器的操作。在第一时间t1监控的张力(下面称为“第一张力值”)与目标张力值在框20处理，以通过将目标张力值减去第一张力值而产生张力误差信号ΔT。可以看出，如果带具有过量张力，ΔT为负，而如果带具有非常小的张力，则ΔT为正。应当意识到，在本发明的可选实施例中，可以不同地定义ΔT。在本发明的优选实施例中，目标张力是可以接受的张力值的范围，有时称为“死区”，在死区范围中，不需要任何张力修正。张力误差信号表示监控的张力值位于距离此死区的中心值多远的位置。
[48]张力误差信号ΔT用于在查找表格21中执行查找操作。下面更详细描述查找表格21的建立。查找表格将张力误差信号值ΔT与修正值相关联，将修正值应用到两个电机中一个的控制中，以调节张力，从而修正处理的张力误差信号ΔT。如果电机12、13是步进电机，对于给定的卷轴直径而言，每个电机在正常操作中应该转动的步幅数是已知的，并且应用控制器14以将电机转动需要的步幅数，同时将张力保持在预定极限之间。但是，当张力不可接受地增大或减小(死区的外侧)时，电机中的一个转动比正常转动更多或更少的步幅数，以修正张力误差。此步幅数基于张力误差信号ΔT从查找表格21中确定。
[49]从上面描述中，应当意识到，查找表格21响应于输入张力误差信号而输出修正值，其中修正值表示应用到两个电机中的一个的修正。输出值被提供到电机控制逻辑系统22，电机控制逻辑系统22被构造成适当地对电机12、13通电，电机12、13都正常移动带并且修正带张力。两个信号通过查找表格21被提供到电机控制逻辑系统22，此两个信号包括表示施加到供给电机12的控制的步幅数的调节的第一信号δSs和表示施加到卷取电机13的控制的步幅数的调节的第二信号δSt。应当意识到，在需要修正的描述实施例中，两个值中的一个为零，而在张力保持在预定极限内时，两个值都为零。
[50]应当意识到，随着带从供给卷轴3传递到卷取卷轴4，供给卷轴3的直径减小，而卷取卷轴4的直径增大。这些变化的直径表示，随着带从供给卷轴3传递到卷取卷轴4，需要不同的修正以引起相同的张力变化。也就是说，当在带传输开始时施加到供给电机12的特定修正可以对张力具有特定影响时，一旦相当数量的带已经传递，假设相同角修正引起较小的圆周移动，则此相同角修正将对张力具有较小的影响。
[51]根据上面进行的评论，查找表格随着带的传输而更新。也就是说，再次参考图2，可以看出，输入到框20的第一张力值也与在第二时间t2测量的第二张力值一起输入到更新框23，其中，第二张力值在使用查找表格21所获得的数据执行修正后获得。从第二张力值中减去第一张力值，以产生张力修正δT。如果张力已经减小，则δT的值为负，如果张力已经增大，则δT的值为正。给予δT的这个定义，可以看出，与目标张力相比，当张力过低(框20处)，则张力误差信号ΔT为正，并且期望修正值δT也为正。类似地，与目标张力相比，如果监控张力过高，则张力误差信号ΔT为负，并且期望修正值δT也为负。
[52]通过应用修正所获得的张力修正值δT存储在更新表格24中。此表格存储应用到特定电机的多个调节(每个称为步幅数)以及响应于每个修正所获得的张力修正值，如更新框23所计算。因此，因为更新表格24中表示应用到电机中一个的修正的每个条目，存储由将各个修正应用到电机中的一个而引起的张力修正的多个张力修正值δT。将特定修正的值δT(即，应用到电机中一个上的特定数量的步幅修正)周期性地(例如，当在卷轴之间已经经过预定长度的带时)平均，平均的结果被用于覆盖查找表格21的适当条目，即，对应于应用到适当电机的特定修正。应当注意，在本发明的一些实施例中，更新查找表格21的平均程序仅在特定修正具有预定最小数量的相关联张力修正值的情况下执行。类似地，更新表格24一般仅存储与应用到一个电机的特定修正相关的预定最大数量的张力修正值(例如，十个)。当已经执行平均程序时，可以删除平均操作中使用的更新表格的条目，或者可以保持并且随着进一步修正的发生而逐一替换。因为带大致遵循弹性胡克定律(其中，没有张力修正值或不足的张力修正值用于在平均操作中使用的更新表格24中的特定修正)，可以从更新表格24中的适当数据使用线性内插法或外插法推出与应用到电机中一个时的特定修正相关联的修正值。
[53]上面已经描述使用查找表格21来保持带张力，以及具有用于表格21的更新条目的处理。应当意识到，表格21必须进行初始化校准。在打印操作之前执行校准阶段执行初始化校准。作为校准阶段的第一部分，确定卷轴直径。可以使用任何方便的方法执行此确定。例如，一种监控卷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使得，随着卷轴的直径变化，卷轴阻挡从发射器到检测器的可被检测到的信号。这样的光学卷轴直径监控技术在我们的在先英国专利GB 2369602中公开，该专利的内容通过引用而结合于此。
[54]在GB 2298821中公开一种用于确定带卷轴直径的可选方法。这里，带经过已知直径的惰性棍。惰性棍设置有防滑涂层，以防止在带移动时带和惰性棍之间发生的滑动。惰性棍的外径是已知的。监控惰性棍的旋转。这个通过提供具有磁性盘的惰性棍来实现，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棍的旋转。通过检测已知直径的惰性棍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卷轴的直径。
[55]从以上描述中，应当意识到，确定卷轴直径以允许有效控制卷轴之间传输的带中的张力不是必须的。但是，卷轴直径是确定带的稳态移动(即，确定电机应当转动以在打印操作中将带移动特定线性长度的步幅数)所需要的。因此，在已经确定卷轴直径的情况下，带可以有效地从供给卷轴3移动到卷取卷轴4，反之亦然。还可以执行操作，以获得用于填入查找表格21的数据。这些操作包括从提供到电机中一个的驱动信号中加上或减去不同步幅数，以及记录得到的在卷轴之间传输的带的张力变化。此处理能够观察存储在查找表格21中的多个张力变化以及引起此变化的电机控制操作(例如，加上或减去步幅数)。当如上所述随后执行查找操作时，张力误差信号用于定位具有最接近于张力误差信号的值的张力变化，并且相关的电机控制操作用于调节带张力。
[56]上面已经描述，查找表格存储与应用到电机中一个的特定修正相关的张力修正值。应当意识到，可能需要的所有可能张力修正值不可能都存储在查找表格21中。在本发明的一些实施例中，从查找表格21获得数据的处理包括查找具有最接近于张力误差信号的值的两个张力修正值、获得应用到电机与这些张力修正值相关的修正以及线性内插应用到电机的修正以获得应用到电机中一个的精确修正。类似地，应当意识到，查找表格21中的一些条目可以通过在构建阶段获得的内插数据产生的。
[57]上面已经描述，监控供给卷轴3和卷取卷轴4之间的带的张力是必须的，现在描述用于这种张力监控的合适方法。这些方法包括通过使用接触带的部件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)，其配置成使得带张力的变化因为辊或舞臂的位置移动，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，监控张力由控制器14处理，以对供给电机12和卷取电机13提供适当的控制。
[58]如果供给电机12和卷取电机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和卷取电机13中一个而言，使用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。
[59]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。
已知：
P＝Tω (2)
其中：
P为功率；以及
ω为角速度。
[60]供给电机12和卷取电机13两者的功率值可以使用等式(2)计算。带中的张力然后与推出的功率值的比率成正比。
[61]注意，电机扭矩常数一般随温度而改变。但是，假设取得推出的功率值的比率，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。
[62]作为尤其适应于供给电机12和卷取电机13是步进电机情况下的可选方案，功率测量可以通过读取通过与驱动和每个电机相关的电子器件的电源串联的电阻的电流或该电阻的电压而获得。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。
[63]最初，卷取电机12通电，以从两个卷轴之间延伸的带长去掉松弛部分。然后获得卷轴直径的初始估计。此初始估计可以使用任何方便的方法获得。例如，可以使用诸如上面提及的我们的在先英国专利GB 2369602中描述的光学系统。
[64]供给电机12然后供电，以张紧绕供给卷轴3延伸的带。然后驱动卷取电机13，以从供给卷轴3拖拉带，而供给卷轴电机12断电。监控电机驱动的卷取卷轴4的旋转运动。另一个电机不是停止的，但是产生反电动势，这导致被计算在内的脉冲的产生。在卷轴转动些许后，计算卷取电机13的旋转运动和供给电机12暗示的脉冲数，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，卷轴电机12由脉冲驱动，以产生减速。与电机旋转同步将减速脉冲施加到供给卷轴电机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。需要卷取卷轴4的转数，以最小化从卷轴延伸的任何带尾妨碍用于确定初始卷轴直径的扫描设备的光路的可能性。
[65]然后沿两个方向进行进一步的光学扫描，以在卷轴静止时确定卷取卷轴4的半径。然后，在通过将电机转动适当的旋转运动而卷轴以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。这建立了卷轴(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卷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卷轴的直径的改变。这使得可以精确确定每个卷轴的周长以及驱动该卷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卷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。
[66]然后沿两个方向进行相同的光学扫描程序以测量供给卷轴3的半径。此信息然后与在先计算的卷轴直径比率结合，以给出与卷轴直径和形状相关的一套精确数据。从供给卷轴3进给到卷取卷轴4的带然后往回再缠绕到供给卷轴，以避免带浪费。
[67]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瓦特电机的情况下，可以施加36瓦特的电压。这导致通过电机的电流的非常快速的上升。假定这样的供给电压过驱动，相对于短阶段的供给电压施加被相对长阶段分开。在相对长阶段期间，不施加供给电压。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，以考虑与出了电机负载之外的这些因子相关的电流改变。
[68]当使用DC电机时，已知随时过驱动所述电机，例如，在能够取6安培的3.6V DC电机的情况下，可以施加36V的电压。
[69]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，校准电机。这一般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。此处理重复多次，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：
x＝N/V
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是常量归一化或缩放因子。
[70]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。
[71]图3图示在电机校准以及后续的带张力控制期间V值的校准。参考图2，已调节的电源30为第一电机驱动电路31和第二电机驱动电路32供电。从电源30到电机驱动电路31的电流经过低阻值电阻器33，电阻器33上产生的电势施加到电位转换器34。类似地，到电机驱动电路32的电流经过低阻值电阻器35，电阻器上产生的电压施加到电位转换器36。电位转换器34和36的输出施加到A/D转换器37和38，A/D转换器37和38的输出施加到微控制器39。微控制器将输出40传递到第一电机驱动装置31并且将输出41传递到第二电机驱动装置32。电机驱动装置为驱动供给卷轴3的供给电机12和驱动卷取卷轴4的卷取电机13通电。
[72]在电机校准期间，没有卷轴安装在电机12、13的输出轴上。对于每个电机的给定速度，记录ADC 37和38的输出，使得每个电机在每个预选速度时的x和V是已知的。如下所述使用这些值，以使得能够直接监控卷轴3和4之间的带的带张力，这些卷轴已经安装在步进电机12和13的输出轴上。
[73]用于张力校准的公式如下所示，假设电机13为推而电机12为拉。
V1x1＝(N+r1Tx1)f(Temp) (3)
V2X2＝(N-f2Tx2)f(Temp) (4)
其中：
V1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；
r1是卷轴34的半径；
r2是卷轴35的半径；
x1是电机32对选定的恒定速度的校准因子；
x2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缩放因子；
T是带张力；以及
f(Temp)是温度相关函数。
[74]影响测量值V1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)除以等式(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：
t＝N((V1/x2)-(V2/x1))/(V2r1+V1r2) (5)
[75]因此，对于电机的任何给定速度，可以查找适当校准因子x1、x2并且将其用于获得带张力t的测量。
[76]在本发明的可选实施例中，等式(3)、(4)和(5)可以修改以考虑电机速度(或者在使用步进电机时，考虑步幅速率)。
[77]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，卷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。
[78]然后可以通过将扭矩值除以每个卷轴的半径计算张力。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。
[79]可选地，每个卷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是带的卷轴的转动惯量，其可以由已知的带的卷轴直径和已知的带密度计算。
因此：
A’＝A/IJ (7)
其中：
A’是测量的加速度；以及
IJ是产生该加速度的电流。
可以看出：
Im＝IJ+IT (8)
其中，Im是提供到电机的电流；以及
IT是提供带张力的电流，带张力可以由已知的带密度和带直径计算。从等式(6)、(7)和(8)，可以计算：
Im-A’/(Kt/J)＝IT (9)
[80]假设Im和A’可以测量并且假设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是卷轴半径。
[81]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，这可能被控制系统认为表示故障环境，例如，带破损，或者带变得松弛使得系统不一定能够影响正确控制。在这样的情况下，控制系统可以输出“破损带”预定较低极限，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下提供有用的“破损带”检测。
[82]在先前描述中，已经解释，调节张力的修正应用到供给电机12和卷取电机13中的一个。应当意识到，在本发明的可选实施例中，可以通过修改提供给供给电机12和卷取电机13两者的控制信号(例如，步幅数)实现必要修正。
[83]当参考计算上面描述中的平均值时，这样的参考应该被解释为参考从多个值中产生的值中的任何适当计算。因此，虽然传统“平均化”操作(诸如，计算平均值、中间值或属性值)是预期的，但是其他技术(例如，对值施加适当的加权的各种计算)也可以。
[84]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。