張成虎

（佳能（中山）辦公設(shè)備有限公司，廣東中山 528437）

0 引言

激光打印機(jī)打印需要經(jīng)過消充電、曝光、轉(zhuǎn)印，最后將圖像定影在介質(zhì)上，目前一般采用熱定影。已經(jīng)轉(zhuǎn)印完畢的打印介質(zhì)通過加熱組件上下輥之間的狹縫，在高溫高壓下，定影器（又稱加熱組件）將顯影劑（碳粉）熔化并滲入到紙張纖維內(nèi)，即實現(xiàn)了定影。按照加熱器的形式分，加熱部件主要有三種形式：陶瓷加熱形式、燈管加熱形式、電磁感應(yīng)加熱形式。但不論哪種形式的加熱，其溫控都是通過熱敏元件感應(yīng)溫度變化，通過IC電路控制定影溫度[1]。

熱定影器是打印機(jī)生產(chǎn)的關(guān)鍵組件，它的品質(zhì)直接影響到打印機(jī)能否進(jìn)入市場進(jìn)行銷售。為了能夠滿足流水線生產(chǎn)的需求，開發(fā)了激光打印機(jī)熱定影器溫度控制缺陷檢測系統(tǒng)，以滿足精確檢測和提高產(chǎn)品質(zhì)量以及工作效率的需求。

1 熱定影器的加熱溫度控制概要

熱定影器的加熱溫度控制使用波數(shù)控制，120V系產(chǎn)品是每8ms 1波，200V系產(chǎn)品是每9ms 1波，每15波為一個周期的脈沖式驅(qū)動信號控制加熱絲電力作為熱定影器溫度控制方式。

從打印機(jī)接收到打印指令，通紙過程到打印機(jī)停止動作的過程都貫通了熱定影器的加熱溫度控制的全過程。溫調(diào)目標(biāo)溫度是根據(jù)每一枚紙內(nèi)溫度逐步上升（每270 ms上升1℃，直到最后上升5℃）、加壓滾輪溫度下降互補(bǔ)、定著性的確保、紙卷曲量、排紙積載性、機(jī)內(nèi)升溫、排紙部溫度等因素的最適化進(jìn)行設(shè)計的[2]。

2 系統(tǒng)基本式樣要求及設(shè)計原理

（1）測試系統(tǒng)要適合AC100 V，120 V和220 V熱定影器的檢測要求。

（2）AC100 V，120 V和220 V熱定影器的加熱用電源是通過變壓器供給。

（3）系統(tǒng)的控制單元使用研華制PCM-3342型號的CPU控制基板。

（4）加熱器和熱敏電阻的檢查是通過固定抵抗和加熱器（熱敏電阻）串聯(lián)，通過加載基準(zhǔn)電壓，利用串聯(lián)回路分壓原理（電壓和電阻成正比），計算加熱器（熱敏電阻）的阻值，如圖1所示，從而判定其阻值是否合格，作為是否具備特性檢測的前提條件。

（5）根據(jù)加熱器（熱敏電阻）上分得的電壓情況，通過軟件對溫度調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。對溫度的調(diào)節(jié)控制就是對波數(shù)的控制。

（6）加熱器（熱敏電阻）兩端的電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換傳送給CPU，進(jìn)行電阻測試及溫度的調(diào)節(jié)控制。

（7）控制機(jī)械夾具配合系統(tǒng)測試進(jìn)行。

（8）扭矩測定。利用日本共和電業(yè)制造的扭矩變換器（型號：10TP-10KCE）和歐姆龍制造的荷重儀（型號：K31HB-VLC-L2-BT11）測量扭矩。荷重儀輸出的模擬量再通過模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換傳輸給CPU。

圖1 串聯(lián)回路分壓原理1

溫度控制曲線如圖2所示。

圖2 溫控曲線圖

圖3 系統(tǒng)構(gòu)成

3 硬件設(shè)計制作

我公司是生產(chǎn)打印機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品全球發(fā)售。所以電源有三種類，即AC100V，AC120V和AC220V。每年產(chǎn)量約800萬臺，每月產(chǎn)量65萬臺左右。為了能夠滿足“大規(guī)?！绷魉€式生產(chǎn)的需求，開發(fā)了這種基于激光打印機(jī)熱定影器溫度控制缺陷檢測系統(tǒng)，以滿足精確檢測和提高工作效率以及產(chǎn)品質(zhì)量的需求?；谇懊鎸ο到y(tǒng)基本式樣要求及設(shè)計原理的分析，硬件設(shè)計制作如下。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

3.2 端口分配

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，I/O基板輸入端口和輸出端口的分配如表1所示，I/O基板輸出端口分配如表2所示（I/O-OUT）。

表1 I/O基板輸入端口分配表

表2 I/O基板輸出端口分配表

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，A/D基板端口分配如表3所示。

表3 A/D端口分配表

3.3 專用模數(shù)接口（AD IF）基板設(shè)計及制作

根據(jù)系統(tǒng)的測試要求和實際電控盒的布線需要，筆者設(shè)計開發(fā)了這款專用AD IF基板。為了使布局簡單、美觀，PCB的外形及定位孔尺寸和研華制CPU基板完全相同，IC除了有交換需求（根據(jù)經(jīng)驗判斷）的以外，均選用貼片元件。另外，在接口選擇方面，插座選用泰科電子生產(chǎn)的印刷電路板安裝50針直裝盒式插座和20針90度安裝盒式插座，信號線選用2.54 mm節(jié)距的扁平帶狀電纜。

專用AD IF基板正（反）面布局，如圖4所示。

圖4 PCB基板布線圖

圖5 AD IF基板REF-5V回路

3.4 REF-5V電氣回路設(shè)計

REF-5V電壓輸出值的精度直接影響到加熱絲和熱敏電阻的測試精度，設(shè)計式樣要求其輸出電壓精度為（5.000±0.005）V。所以，REF-5V回路電壓的輸出電壓精度對系統(tǒng)測試精度影響至關(guān)重要。

選用8引腳SOIC封裝電源模塊ADR02B（元件編號為U12）作為REF-5V電壓發(fā)生回路的元件。B級產(chǎn)品輸出電壓精度是±0.003 V，滿足輸出電壓精度是±0.005 V的設(shè)計要求。在驅(qū)動能力方面，ADR02B輸出電流為10 mA，驅(qū)動能力不足。所以，回路通過NPN型晶體管TIP41C（元件編號為U6）提高驅(qū)動能力。TIP41C最大功率達(dá)2 W，為了防止晶體管升溫過高，在基板設(shè)計時追加了散熱片。另外，為了能將電源漂移量控制到最小范圍內(nèi)，回路中追加TL071BC（元件編號為U13）。

具體的AD IF基板REF-5V改善回路如圖5所示。

為了深入了解5 V電壓輸出的狀況，使用日置產(chǎn)3635-25電壓記錄儀對改善前后測試系統(tǒng)工作中的電壓進(jìn)行在線跟蹤測試，測試波形圖如圖6所示。

圖6 測試波形圖

圖7 控制程序流程圖

由圖6可看出，常用的7805穩(wěn)壓回路輸出的5 V電壓變動幅度大，變動頻率高。而且，電壓輸出會發(fā)生突變，最小值為4.5 V左右。設(shè)計的5 V穩(wěn)壓回路輸出的5 V電壓變動幅度小，變動頻率低。通過實測，電壓輸出精度達(dá)到了±0.003 V，滿足了系統(tǒng)測試的要求。

4 檢測系統(tǒng)控制流程圖設(shè)計

檢測系統(tǒng)控制流程如圖7所示。

5 系統(tǒng)可靠性及測試精度驗證

測試系統(tǒng)組裝調(diào)試成功后，對其測試項目之一即電阻測試精度進(jìn)行驗證。以產(chǎn)量較大的一種200 V產(chǎn)品為例，其規(guī)格要求如下：

中心值：23.270Ω；

最大值：25.376Ω；

最小值：21.164Ω。

任意抽取一臺220 V產(chǎn)品進(jìn)行55回測試，基準(zhǔn)值是每回測試前用萬用表FLUKE189測試值作為參考。

差值=系統(tǒng)測試值-萬用表測試值（基準(zhǔn)值），

測試結(jié)果限于篇幅，此處略去。

獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過3σ統(tǒng)計計算，結(jié)果如表4所示。

表4 測試數(shù)據(jù)3σ統(tǒng)計結(jié)果

其正態(tài)分布圖，如圖8所示。

圖8 測試結(jié)果正態(tài)分布圖

由以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以看出：

（1）測試系統(tǒng)精度高：同一個被測物在同一臺測試系統(tǒng)上反復(fù)測試55次，測試值的最大差值(RANGE)僅為0.83Ω；

（2）測試系統(tǒng)安定，信賴性高：通過和FLUKE189的測試值對比，最大差值僅為0.33 Ω，非常接近真實值，這主要得益于AD IF基板REF-5V電壓的改善。

6 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種單片機(jī)控制的激光打印機(jī)熱定影器溫度控制缺陷自動檢測系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能夠模擬打印機(jī)從接收到打印指令，通紙到打印機(jī)停止各環(huán)節(jié)中熱定影器的加熱溫度控制的全過程，并采集記錄各環(huán)節(jié)的溫度、時間、阻抗、扭矩、功率和傳感器狀態(tài)等參數(shù)。在實際應(yīng)用中取得了良好的效果，尤其是AD IF基板REF-5V電壓的改善，為產(chǎn)品品質(zhì)的徹底保障提供了有效方法，解決了品質(zhì)不安定及大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸問題。本系統(tǒng)已經(jīng)在集團(tuán)內(nèi)部推廣到中國的其他生產(chǎn)工廠以及越南、菲律賓等工廠應(yīng)用，均取得了良好的效果。

［1］羅慶生.光機(jī)電一體化系統(tǒng)激光打印機(jī)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］趙海.激光打印機(jī)實用維修技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2008.