Imprimante cu imprimare prin impact

Imprimantele cu imprimare prin impact sunt primele echipamente periferice de imprimare care au avut un mare succes pe piata. Exista doua mari tipuri de imprimante cu imprimare prin impact:

a) imprimante cu caracter selectat

b) imprimante matriciale cu impact.

a) Imprimantele cu caracter selectat imprima un singur caracter la un anumit moment dat. Practic aceste imprimate sunt foarte asemanatoare cu masinile de scris computerizate. Toate caracterele posibile de imprimat sunt dispuse in relief (in imagine negativa) pe niste lamele elastice din otel. Comanda de imprimare a unui caracter consta in transmiterea codului de caracter ce semnifica pozitia lamelei ce contine respectivul caracter in ansamblul de lamele elastice. Odata primita comanda de imprimare, unitatea logica a imprimantei decodifica mesajul pentru a afla care lamela trebuie sa fie actionata. Dupa decodificare se transmite o comanda spre un dispozitiv electromecanic ce proiecteaza (prin indoire) lamela spre foaia de hartie in fata careia se afla o banda tusata. Pentru prevenirea uscarii rapide a benzii tusate aceasta este permanent rulata printr-o magazie de reimprospatare cu tus. Lovirea benzii tusate se face cu repeziciune si astfel caracterul dorit este imprimat (in imagine pozitiva) pe hartie. Aceste tipuri de imprimante sunt destul de rapide si de o calitate acceptabila atunci cand avem de imprimat doar text dar sunt foarte limitate pentru alte aplicatii. De altfel, astazi, odata cu scaderea drastica a preturilor de cost pentru imprimantele ink-jet si laser, imprimantele cu caracter selectat sunt extrem de rar intalnite.

b) Imprimantele matriciale cu impact sunt caracterizate de obtinerea caracterului prin imprimarea unei serii de puncte minuscule, produse prin lovirea benzii tusate de catre ace elastice. Astfel, oricarui caracter ce ar putea fi imprimat ii va corespunde o matrice de puncte. Setul de matrici de caracter reprezinta o caracteristica definitorie a imprimantei si producatorului. Mai mult, pentru fiecare forma a unui caracter de imprimat exista cate o matrice distincta. Toate aceste matrici sunt stocate, in prealabil, intr-o memorie ROM a imprimantei. In unele cazuri, pentru stocarea matricile provizorii ale caracterelor (ce se folosesc doar intr-o aplicatie si nu se doreste mentinerea lor permanenta in ROM), imprimanta este dotata cu memorii RAM.

Matricea caracterului.

Toate caracterele, in toate formele dorite sunt caracterizate de o matrice specifica. Aceasta matrice, specifica tipului de imprimanta contine un numar de coloane si un numar de linii. In figura 2.2 este prezentata o matrice de caracter formata din 8 linii si 11 coloane. Fiecare punct negru al matricii va fi obtinut pe hartie prin imprimarea unui punct de cerneala cu ajutorul acelor din capul de imprimare. Aceasta matrice este memorata in memoria imprimantei sub forma unui set de coduri. Pentru cazul din figura 2.2, acest set de coduri este format din 11 coduri (egal cu numarul de coloane al matricii), exprimate in cod hexazecimal. Fiecare cod este obtinut prin codificarea randurilor coloanei cu puteri ale lui 2 (de la 2⁰ pana la 2⁷) si insumarea acelor valori pentru care in matrice exista un punct negru. In final se transforma numarul zecimal obtinut in numar hexazecimal.

Capul de imprimare

Specific imprimantelor matriciale cu impact este capul de imprimare care contine ace actionate de electromagneti. Acele sunt amplasate pe verticala sau sub forma matriciala si pot genera punctele corespunzatoare uneia sau mai multor coloane ale matricii caracterului. Imprimarea caracterelor se face prin deplasarea orizontala a capului si actionarea acelor ace pentru care in matrice este prevazut un punct negru. Actionarea lor se face in dreptul fiecarei coloane a caracterului de imprimat.

In figurile 2.3 si 2.4 sunt prezentate doua variante constructive ale acului si sistemul lui de actionare. In timp ce in figura 2.3 acul este solidar cu armatura mobila, in cazul figurii 2.4 cele doua elemente sunt separate.

Cand prin infasurarea bobinei din figura 2.3 trece un curent de comanda, armatura mobila este atrasa si acul este impins cu forta spre dreapta (spre banda tusata si hartie). In figura 2.4 este prezentat de fapt un mod de comanda balistica a acului. In aceasta situatie armatura mobila nu mai este solidara cu acul. Revenirea ei in pozitia initiala se realizeaza datorita resortului, iar revenirea acului in pozitia initiala se face datorita elasticitatii impactului cu hartia (impact care il propulseaza rapid inapoi, in pozitia de plecare). Acest din urma sistem are avantajul unei viteze sporite (inertie mai mica) deoarece scade masa care loveste hartia si deci timpul de impact este mai mic.

Din punctul de vedere al numarului de ace din capul de imprimare intalnim astazi imprimante cu 9 ace si cu 24 de ace. Structura unui cap de imprimare cu 9 ace este prezentata in figura 2.5. Capul de imprimare este format din 9 elemente similare cu unul din cele prezentate in figurile 2.3 sau 2.4. Bobinele sunt dispuse pe o suprafata armonica (cerc sau uneori elipsa), in timp ce varfurile acelor care lovesc banda tusata sunt dispuse vertical in blocul de ghidare. Aceasta dispunere a bobinelor este necesara deoarece bobinele de actionare au un volum mare iar acele trebuie sa fie curbate pentru a se potrivi in canalele blocului de ghidare. Canalele sunt dispuse pe verticala, apropiate unul de celalalt (distanta intre doua ace fiind uzual 1/72 inch), apropiere dictata de forma minima a caracterelor de imprimat (rezolutie). Curbarea acelor intre axa bobinei si canalul din blocul de ghidare se poate observa in figura 2.5.

Un numar de 24 de ace similare fie cu cele din figurile 2.3, fie cu cele din figura 2.4, dispuse ca in figura 2.6 formeaza un cap de imprimare cu 24 de ace. Datorita frecarilor importante la nivelul blocului de ghidare, atat uzura acelor cat si a canalelor este pronuntata. Uzual, blocurile de ghidare ale imprimantelor cu imprimare prin impact se construiesc din aluminiu iar acele din otel.

La imprimantele cu ace, tiparirea se face coloana dupa coloana, de la stanga spre dreapta, prin actionarea acelor ace care corespund punctelor negre din matricea caracterului de imprimat. Prin coloana se intelege o coloana din matricea caracterului (una dintre cele 11 sau 12 coloane din matrice, functie de tipul imprimantei).

Blocul de comanda al capului de imprimare

Pentru comanda actionarii acelor dintr-un cap de imprimare se utilizeaza circuite electronice specifice, controlate de controlerul (microprocesorul) imprimantei. Schema electrica a unui astfel de bloc de comanda este prezentata in figura 2.7. Cele 9 bobine ale unui cap de imprimare cu 9 ace sunt notate L₀ ÷ L₈. In circuitul notat REGISTRU este memorata informatia corespunzatoare coloanei ce trebuie imprimata la un moment dat. Functionarea schemei din figura 2.7 este urmatoarea:

a)  Cand o iesire Q_i = 0 (i = 08), tranzistorul T_i este blocat (comutator deschis), iar prin bobina nu circula curent;

b)  Cand iesirea Q_i = 1(i = 08), tranzistorul T_i este saturat (comutator inchis), iar prin bobina trece un curent avand expresia:

i(t)=(1/L)V_cct (2.1)

In figura 2.8 sunt prezentate formele de unda ale tensiunii de comanda si ale curentului care circula prin bobinele L_i in conditiile in care s-ar trimite comenzi succesive de imprimare la acelasi ac. Daca iesirea Q_i a registrului de comanda din figura 2.7 ar ramane in 1 logic (nivel de tensiune ridicat) curentul prin bobina ar putea creste liniar, fiind in final limitat doar de rezistentele r_CE si r_bobina ale tranzistorului si respectiv bobinei. Aceasta valoare astfel limitata ar putea fi insa mult mai mare decat cea maxim admisa pentru respectivul tranzistor.

Limitarea curentului prin tranzistoarele de comanda se realizeaza prin limitarea duratei comenzii la o valoarea t₁, asa cum este prezentat in figura 2.8. Pe durata de timp t₂-t₁ bobina nu mai este comandata pentru ca acul sa aiba timp sa ajunga in pozitia initiala. In acest fel, doar pe durata t₁ tranzistorul corespunzator va conduce si armatura bobinei va fi actionata. Durata t₂ stabileste de fapt durata imprimarii unui punct, deci a unei intregi coloane daca tinem cont ca toate acele sunt actionate simultan in dreptul respectivei coloane. Practic durata t₂ determina si viteza de imprimare care depinde insa si de numarul de caractere pe inch si de numarul de coloane pe caracter utilizate. Uzual se utilizeaza rapoarte t₁/t₂

Durata t₁ nu se poate stabili direct la iesirile Q_i ale registrului de comanda din figura 2.7. Pentru obtinerea unor semnale cu factor de forma t₁/t₂ bine stabilit se folosesc circuite suplimentare.In figurile 2.9 si 2.10 sunt prezentate doua circuite de stabilire a acestei durate t₁ si, implicit, a raportului t₁/t₂.

In schema din figura 2.9, monostabilul genereaza un impuls de durata t₁, sincron cu frontul crescator al semnalul V_C de la iesirea Q_i a registrului din figura 2.7, semnal ce are perioada t₂. Astfel, durata starii instabile a monostabilului va impune atat durata maxima cat curentul de comanda trece prin bobina si prin tranzistor cat si durata maxima de actionare.

In figura 2.10 este prezentata o modalitate de stabilire a duratei t₁ cu ajutorul unui circuit RC. Cand iesirea Q_i trece in 1 logic (adica la aparitia frontului crescator la iesirea registrului),  tranzistorul T_i se deschide, condensatorul C (initial considerat descarcat) incepe sa se incarce prin rezistenta R_i. Tensiunea V_C incepe sa scada exponential si dupa o durata t₁ (dictata de constanta de incarcare a condensatorului), aceasta tensiune scade sub valoarea V_BE necesara deschiderii lui T_i, curentul prin T_i intrerupandu-se (figura 2.11).

Protectia elementului de comutare

O schema de protectie a tranzistorului, folosit ca element de comutare in schema din figura 2.7 este prezentata in figura 2.12. Cand tranzistorul se blocheaza, momentul t₁⁺, curentul prin bobina tinde catre zero si in bobina apare o tensiune electromotoare indusa e cu semnul din figura, tensiune ce poate fi periculoasa pentru tranzistor. Dioda D_i montata cu anodul in colectorul tranzistorului are rolul de a descarca energia inmagazinata in bobina L_i cand apare o astfel de tensiune electromotoare indusa. Exista in literatura de specialitate si variante de proiectare a blocului de comanda care incearca recuperarea energiei inmagazinate in bobina pe durata t₂ - t₁ .

Stabilirea pozitiei capului de imprimare

Pentru a putea comanda corect deplasarea capului de imprimare, microprocesorul imprimantei trebuie sa cunoasca permanent pozitia capului. Pozitia este stabilita cu ajutorul traductoarelor de pozitie si transmisa direct sistemului de calcul al microprocesorului. Pot exista traductoare de pozitie absoluta sau traductoare de pozitie relativa. Cea mai eficienta si mai des utilizata metoda este folosirea traductoarelor de pozitie relativa. In imprimanta, sub tamburul de rulare al hartiei si de-a lungul acestuia exista o banda cu o singura fasie, prevazuta cu striatii (dungi opace), asa cum este prezentat in figura 2.13. Prin P s-a notat pasul intre doua pozitii succesive de imprimare.

Traductorul T₂ genereaza un numar de impulsuri la orice deplasare S (stanga) sau D (dreapta), numar egal cu numarul de pasi (coloane de caracter) parcursi de capul de imprimare. Sensul de deplasare S D sau D S este determinat cu ajutorul unui traductor separat T₂, traductor pozitionat la o distanta:

d_T1,T2 =(k+1/4)P     (2.2)

asa cum se poate vedea si in figura 2.13. Traductorul T₂ va determina numarul de pasi parcursi iar ansamblul T₁+T₂ va stabili sensul de deplasare. Cele doua traductoare vor transmite impulsuri la un bloc de control prezentat in figura 2.16. Valoarea iesirii Q a bistabilului din aceasta figura se stabileste cu ajutorul figurilor 2.14 si 2.15, pe baza semnalelor provenite de la cele doua traductoare. Daca are loc o deplasare S D, impulsurile generate de traductorul T₂ vor fi de aceeasi forma cu cele generate de traductorul T₁ dar intarziate cu aproximativ 1/4 T_P (figura 2.14). La iesirea Q a bistabilului D din figura 2.16 vom avea valoarea 1 logic iar numaratorul reversibil NR va numara inainte (UP). Pentru o deplasarea D S, semnalul furnizat de T₂ va fi in avans cu T_P/4 (figura 2.15), iesirea va fi Q=0, iar NR va numara inapoi (DOWN).

Semnalul TPLS provine de la un traductor al pozitiei limita stanga si va reseta numaratorul NR pentru a stabili coloana zero din spatiul de imprimare.

Probleme

1. Care sunt avantajele folosirii unui ac nesolidar cu bobina de actionare la imprimantele cu ace

De ce blocul de ghidare al acelor la o imprimanta cu ace sufera o uzura pronuntata pe durata functionarii?

3. Sa se proiecteze un circuit de comanda a bobinelor ce actioneaza acele unei imprimante cu ace astfel incat sa asigure un raport t₁/t₂ = 0,3 (a se vedea si figura 2.8).

4. Determinati si explicati semnalele la iesirea Q a bistabilului din figura 2.16 daca la intrarile T1 si T2 se aplica pentru inceput semnalele din figura 2.14 si apoi cele din figura 2.15.