激光打印机热定影器温度控制缺陷检测系统的研究与应用

张成虎

（佳能（中山）办公设备有限公司，广东中山 528437）

0 引言

激光打印机打印需要经过消充电、曝光、转印，最后将图像定影在介质上，目前一般采用热定影。已经转印完毕的打印介质通过加热组件上下辊之间的狭缝，在高温高压下，定影器（又称加热组件）将显影剂（碳粉）熔化并渗入到纸张纤维内，即实现了定影。按照加热器的形式分，加热部件主要有三种形式：陶瓷加热形式、灯管加热形式、电磁感应加热形式。但不论哪种形式的加热，其温控都是通过热敏元件感应温度变化，通过IC电路控制定影温度[1]。

热定影器是打印机生产的关键组件，它的品质直接影响到打印机能否进入市场进行销售。为了能够满足流水线生产的需求，开发了激光打印机热定影器温度控制缺陷检测系统，以满足精确检测和提高产品质量以及工作效率的需求。

1 热定影器的加热温度控制概要

热定影器的加热温度控制使用波数控制，120V系产品是每8ms 1波，200V系产品是每9ms 1波，每15波为一个周期的脉冲式驱动信号控制加热丝电力作为热定影器温度控制方式。

从打印机接收到打印指令，通纸过程到打印机停止动作的过程都贯通了热定影器的加热温度控制的全过程。温调目标温度是根据每一枚纸内温度逐步上升（每270 ms上升1℃，直到最后上升5℃）、加压滚轮温度下降互补、定着性的确保、纸卷曲量、排纸积载性、机内升温、排纸部温度等因素的最适化进行设计的[2]。

2 系统基本式样要求及设计原理

（1）测试系统要适合AC100 V，120 V和220 V热定影器的检测要求。

（2）AC100 V，120 V和220 V热定影器的加热用电源是通过变压器供给。

（3）系统的控制单元使用研华制PCM-3342型号的CPU控制基板。

（4）加热器和热敏电阻的检查是通过固定抵抗和加热器（热敏电阻）串联，通过加载基准电压，利用串联回路分压原理（电压和电阻成正比），计算加热器（热敏电阻）的阻值，如图1所示，从而判定其阻值是否合格，作为是否具备特性检测的前提条件。

（5）根据加热器（热敏电阻）上分得的电压情况，通过软件对温度调节进行控制。对温度的调节控制就是对波数的控制。

（6）加热器（热敏电阻）两端的电压值通过A/D转换传送给CPU，进行电阻测试及温度的调节控制。

（7）控制机械夹具配合系统测试进行。

（8）扭矩测定。利用日本共和电业制造的扭矩变换器（型号：10TP-10KCE）和欧姆龙制造的荷重仪（型号：K31HB-VLC-L2-BT11）测量扭矩。荷重仪输出的模拟量再通过模数（A/D）转换传输给CPU。

图1 串联回路分压原理1

温度控制曲线如图2所示。

图2 温控曲线图

图3 系统构成

3 硬件设计制作

我公司是生产打印机的专业生产厂家，产品全球发售。所以电源有三种类，即AC100V，AC120V和AC220V。每年产量约800万台，每月产量65万台左右。为了能够满足“大规模”流水线式生产的需求，开发了这种基于激光打印机热定影器温度控制缺陷检测系统，以满足精确检测和提高工作效率以及产品质量的需求。基于前面对系统基本式样要求及设计原理的分析，硬件设计制作如下。

3.1 系统构成

系统构成如图3所示。

3.2 端口分配

根据系统设计要求，I/O基板输入端口和输出端口的分配如表1所示，I/O基板输出端口分配如表2所示（I/O-OUT）。

表1 I/O基板输入端口分配表

表2 I/O基板输出端口分配表

根据系统设计要求，A/D基板端口分配如表3所示。

表3 A/D端口分配表

3.3 专用模数接口（AD IF）基板设计及制作

根据系统的测试要求和实际电控盒的布线需要，笔者设计开发了这款专用AD IF基板。为了使布局简单、美观，PCB的外形及定位孔尺寸和研华制CPU基板完全相同，IC除了有交换需求（根据经验判断）的以外，均选用贴片元件。另外，在接口选择方面，插座选用泰科电子生产的印刷电路板安装50针直装盒式插座和20针90度安装盒式插座，信号线选用2.54 mm节距的扁平带状电缆。

专用AD IF基板正（反）面布局，如图4所示。

图4 PCB基板布线图

图5 AD IF基板REF-5V回路

3.4 REF-5V电气回路设计

REF-5V电压输出值的精度直接影响到加热丝和热敏电阻的测试精度，设计式样要求其输出电压精度为（5.000±0.005）V。所以，REF-5V回路电压的输出电压精度对系统测试精度影响至关重要。

选用8引脚SOIC封装电源模块ADR02B（元件编号为U12）作为REF-5V电压发生回路的元件。B级产品输出电压精度是±0.003 V，满足输出电压精度是±0.005 V的设计要求。在驱动能力方面，ADR02B输出电流为10 mA，驱动能力不足。所以，回路通过NPN型晶体管TIP41C（元件编号为U6）提高驱动能力。TIP41C最大功率达2 W，为了防止晶体管升温过高，在基板设计时追加了散热片。另外，为了能将电源漂移量控制到最小范围内，回路中追加TL071BC（元件编号为U13）。

具体的AD IF基板REF-5V改善回路如图5所示。

为了深入了解5 V电压输出的状况，使用日置产3635-25电压记录仪对改善前后测试系统工作中的电压进行在线跟踪测试，测试波形图如图6所示。

图6 测试波形图

图7 控制程序流程图

由图6可看出，常用的7805稳压回路输出的5 V电压变动幅度大，变动频率高。而且，电压输出会发生突变，最小值为4.5 V左右。设计的5 V稳压回路输出的5 V电压变动幅度小，变动频率低。通过实测，电压输出精度达到了±0.003 V，满足了系统测试的要求。

4 检测系统控制流程图设计

检测系统控制流程如图7所示。

5 系统可靠性及测试精度验证

测试系统组装调试成功后，对其测试项目之一即电阻测试精度进行验证。以产量较大的一种200 V产品为例，其规格要求如下：

中心值：23.270Ω；

最大值：25.376Ω；

最小值：21.164Ω。

任意抽取一台220 V产品进行55回测试，基准值是每回测试前用万用表FLUKE189测试值作为参考。

差值=系统测试值-万用表测试值（基准值），

测试结果限于篇幅，此处略去。

获得的数据经过3σ统计计算，结果如表4所示。

表4 测试数据3σ统计结果

其正态分布图，如图8所示。

图8 测试结果正态分布图

由以上数据统计分析可以看出：

（1）测试系统精度高：同一个被测物在同一台测试系统上反复测试55次，测试值的最大差值(RANGE)仅为0.83Ω；

（2）测试系统安定，信赖性高：通过和FLUKE189的测试值对比，最大差值仅为0.33 Ω，非常接近真实值，这主要得益于AD IF基板REF-5V电压的改善。

6 结束语

本文设计了一种单片机控制的激光打印机热定影器温度控制缺陷自动检测系统。这个系统能够模拟打印机从接收到打印指令，通纸到打印机停止各环节中热定影器的加热温度控制的全过程，并采集记录各环节的温度、时间、阻抗、扭矩、功率和传感器状态等参数。在实际应用中取得了良好的效果，尤其是AD IF基板REF-5V电压的改善，为产品品质的彻底保障提供了有效方法，解决了品质不安定及大规模生产的瓶颈问题。本系统已经在集团内部推广到中国的其他生产工厂以及越南、菲律宾等工厂应用，均取得了良好的效果。

［1］罗庆生.光机电一体化系统激光打印机［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］赵海.激光打印机实用维修技术［M］.北京：人民邮电出版社，2008.