А вы знаете — как работает матричный принтер?

Добрый день, друзья!

А вы знаете, что исторически одним из первых печатающих устройств, подключаемых к компьютеру, был именно матричный принтер?

Почему принтер называется матричным?

Матричный принтер

В механических печатных машинках и первых печатающих устройствах печать осуществлялась посредством удара рычага с зеркальным изображением печатаемого знака через красящую ленту.

Но такие конструкции были либо слишком сложны, либо не обеспечивали требуемой скорости печати.

Затем додумались разложить изображения шрифтов на составные элементы — точки.

Чем больше элементов (точек) в каждом знаке шрифта, тем более качественным будет его изображение, но и сложнее печать. В конце концов, остановились на матрицах размером 7х9 и 9х12. Каждая точка создается ударом иглы по носителю (чаще всего – бумаге) через ленту из синтетических волокон, смоченную специальными красителями.

Скорость печати матричного принтера измеряется в cps (simbol per second, символах в секунду). Почти всегда в рекламных целях указывают наибольшую скорость для draft (чернового режима). В графических режимах работы скорость может иметь существенно меньшую величину.

 Составные части матричного принтера

Матричный принтер состоит из следующих составных частей (систем):

  •  печатающей головки,
  •  картриджа с красящей лентой,
  •  системы перемещения печатающей головки,
  •  системы подачи и протяжки бумаги,
  •  микропроцессорной системы управления,
  •  механических и оптических датчиков,
  •  источника вторичного электропитания.

 Устройство печатающей головки

Печатающая головка матричного принтераРассмотрим вкратце, как устроена печатающая головка. Основа ее – иголки с пружинками, рычажки и соленоиды.

В исходном состоянии печатающие иглы (диаметром 0,2 – 0,3 мм) с надетыми на них пружинками не выступают за пределы головки.

При подаче импульса напряжения на обмотку соленоида возникающее магнитное поле скачком выдвигает подвижный сердечник (на рисунке – вниз).

Этот сердечник бьет по рычажку, который поворачивается на шарнире. Через рычажок удар передается на иголку. Она бьет по бумаге через красящую ленту и, таким образом, появляется одна из точек изображения знака шрифта. Затем иголка под действием пружины возвращается в первоначальное положение. Процесс периодически повторяется со всеми иголками.

Печатающая головка и резиновый валГоловки могут содержать разное количество иголок, наиболее часто используются головки с 9 и 12 иголками. Для более качественной (или быстрой) печати используются  18 и 24 иголки.

При печати обмотки соленоидов нагреваются. Поэтому головка содержит в себе радиатор из алюминиевых сплавов, отводящий тепло.

Головка может содержать в себе температурный датчик. При длительной работе, когда радиатор ее сильно нагревается, датчик сигнализирует об этом управляющей схеме принтера. Та учитывает это и замедляет скорость печати во избежание перегрева.

Когда головка остывает, управляющая схема автоматически поднимает скорость печати. На радиаторе обычно находится пластмассовая решетка. Она предназначена для защиты оператора от случайного прикосновения к нагретой поверхности.

  А как из точек получаются знаки шрифта?

Принцип матричной печатиКак происходит процесс печати, лучше всего показать на примере.

Любую букву или знак можно представить в точечном виде. Если конкретная иголка ударит в конкретном месте, получим точку.

Печать осуществляется столбцами точек. Для печати, например, буквы F в первый момент должны одновременно сработать иглы 1 – 7,  и получится основная «палочка» буквы.

Затем каретка с головкой чуть отъезжает, и срабатывают иголки 1 и 4, потом вновь они же и затем – только игла 1. Для печати нижнего хвостика буквы g (а также запятых) используются иголки 8 и 9. Но это так называемый «черновой режим», когда ясно видно точечная структура знака. Чтобы отдельные точки не так резали глаза, используется несколько способов.

Во-первых, можно дважды ударить одной и той же иголкой по одному и тому же месту. Это не так глупо, как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что иголка никогда точно не попадет в то же место, всегда будет небольшое смещение. Это эквивалентно тому, что для одного используется большее количество точек. В результате начертание сглаживается.

 Два удара, два прохода и подводный камень

Чаще всего «двойной удар» делается в два прохода. Один раз каретка с головкой движется слева направо (и печатает знаки), второй раз – справа налево. Понятно, что при этом скорость печати падает вдвое. За качество надо платить! Но здесь скрыт один подводный камень.

document-propertiesПо мере износа движущихся частей (втулок каретки) принтера люфт увеличивается.

Изнашивается и направляющая каретки. Каретка начинает «болтаться», и иголки перестают попадать туда, куда должны. В результате знаки начинают двоиться, что выглядит очень некрасиво. Если «болтанка» невелика, ее можно скомпенсировать встроенными средствами. Если же износ большой, каретку и направляющую следует заменить.

Другой подход заключается в том, что для начертания знака с самого начала используется больше точек, чем для чернового режима. Так получаются всякие «красивые» шрифты (курсив, например) со сглаженными углами. Если еще применить двойной удар, на шрифт уже приятно посмотреть! А если еще применяется головка с 12 или 24 иглами – качество еще более повышается.

 Система перемещения печатающей головки

В систему перемещения печатающей головки входят:

  • каретка, на которой крепится печатающая головка,
  • направляющая (стальной вал), по которой каретка с головкой движется слева направо и наоборот,
  • шаговый электродвигатель с ременной передачей, который и двигает каретку.

Система перемещения печатающей головкиКаретка содержит в себе пластмассовые или латунные втулки, контактирующие с направляющей, которая покрыта тонким слоем смазки.

В нижней части каретки имеется войлочная подушечка, касающаяся вала.

Она впитывает смазку и потихонечку отдает ее.

Концы направляющей опираются с обеих сторон на эксцентрики, которые связаны с рычагом регулировки толщины бумаги.

В самой нижней части каретки имеется замок (извилистая щель) для крепления ременной передачи. Ремень с одной стороны гладкий, а с другой (внутренней) – зубчатый. Это необходимо для надежного сцепления с насадкой, насаженной на вал двигателя.

 Различная толщина носителя печати

Рычаг регулировки толщины бумагиБумага может иметь различную толщину.

К тому же, печать может осуществляться сразу на нескольких листах через копирку.

Весь этот «бутерброд», естественно, намного толще одного листа.

При отведении рычага регулировки толщины  назад («на себя») направляющая вместе с кареткой отодвигается от резинового вала, который подает носитель печати. Этому помогают эксцентрики. Теперь можно печатать на более толстой бумаге. Если печатают на одиночном листе бумаги, рычаг отводят «от себя». При этом направляющая придвигается ближе к валу.

Иногда после печати «бутерброда» начинают печатать вновь на одиночных листах и забывают придвинуть рычаг. При этом сила удара игл уменьшается, так как они находятся на большем расстоянии. Печать будет более бледной, и можно сделать ошибочный вывод об износе ленты картриджа.

С другой стороны, если головка придвинута слишком близко к валу (и печатают  сразу на нескольких листах) – она будет задевать за «бутерброд». Поэтому головка должна быть на оптимальном расстоянии от резинового вала. Точному позиционированию помогает цифровая шкала на рычаге прижима бумаги.

 Шаговый двигатель – что это такое и зачем?

Шаговые двигателиВ систему перемещения печатающей каретки с головкой входит шаговый двигатель (stepping motor).

Он отличается от обычного тем, что его ротор может занимать не любое положение, но принимать ряд дискретных значений.

При подаче управляющего импульса в обмотки ротор двигателя поворачивается на один шаг (несколько градусов) вокруг своей оси.

Величина шага определяется конструкцией двигателя и иногда указывается на этикетке. Применение шагового двигателя позволяет точно отслеживать положение каретки с печатающей головкой.

Схема управления «знает», сколько импульсов она послала в обмотки двигателя, следовательно,  «знает» сколько оборотов сделал его ротор. На этом основании  она «делает вывод», как далеко отъехала каретка (жестко связанная ременной передачей с ротором) от первоначального положения.

document-propertiesВ цепь питания шагового двигателя включают токовый датчик.

При возникновении препятствий или попадании посторонних предметов в зону движения  каретки двигатель подтормаживает. При этом потребляемый им ток возрастает. Схема управления фиксирует это и обесточивает его.

Если бы такого датчика не было, двигатель продолжал бы работать и разнес бы вдребезги систему перемещения каретки. Или порвал бы ременную передачу. При высыхании смазки на направляющей сопротивление движению возрастает, токовый датчик это фиксирует. При этом схема обесточит двигатель, и печать станет невозможной.

На сегодня все. Надеюсь, вам было интересно, уважаемые читатели! Во второй части статьи мы закончим краткое знакомство с матричным принтером и расскажем, как устроена система подачи бумаги.

Не пропустите! С Вами был Виктор Геронда.

До встречи!


Обсуждение: 13 комментариев

  1. Олег:

    А чем он пищит? Я на плату смотрел — нет там излучателя.

    1. Виктор Геронда:

      В «Эпсонах» (по крайне мере тех, которые я смотрел) звукоизлучатель находится в печатающей головке. На плату их ставили очень давно, в первых моделях.

  2. Лиза:

    Хотела поменять на своём компьютере видео карту. Поставить более новую. принесла в «АЙВИС», но мне сказали, что у меня старая материнка и нужно сначала поменять его. Поменяли материнку и поставили новую видео карту. Плюс ещё оперативки добавили. Осталась очень довольна и по цене получилось не дорого. Компьютер работает как новенький прям. Очень довольна.

  3. У моего тестя точно такой же Эпсон стоит. Мне кажется, что он вечно будет работать)

    1. Виктор Геронда:

      Ну, если дома нет угольной пыли — то долго будет работать :)
      На наших обогатительных фабриках такие Эпсоны «ушатывают» года за полтора. Там грузят уголь в вагоны, в воздухе постоянно витает мелкая угольная пыль, которая действует как абразив.
      Направляющая и каретка вырабатываются, появляется люфт, каретка начинает болтаться на направляющей. Если печатать «два прохода», знаки шрифта начинают двоиться. И надо либо печатать «в один проход», либо менять изношенные части.

  4. Сергей:

    А как же барабанная печать АЦПУ-128м, у него скорость была выше чем у современных лазерных?

  5. Виктор Геронда:

    Сравнивать лазерные и матричные принтеры по скорости печати не совсем корректно. Сначала о тестах надо договориться.
    АЦПУ-128 печатало со скоростью 400 строк в минуту. В строке было 128 символов, т.е. скорость была около 850 символов в секунду. Хорошая скорость для офисных принтеров. Но современные скоростные (матричные) принтеры печатают быстрее. Например, Epson DFX 8500 может до 1120 CPS печатать. АЦПУ весило не одну сотню килограммов, а DFX — меньше 40. По-моему, прогресс налицо.

  6. Виктор Геронда:

    Сергей, хотел ответить на еще один ваш комментарий, но он исчез куда-то…

  7. Сергей:

    128 символов было не в сроке, а по окружности барабана ( это такая ромашка только цилиндрическая ). За один оборот барабана печаталась одна строка.
    Это потом барабаны разделили на кольца и на самом барабане
    стала набиралась строка, но эти принтеры работали намного медленней.
    Ну а вес чего хотеть от техники собранной на транзисторах
    с трансформаторными блоками питания.

  8. Виктор Геронда:

    Ну, может быть. Я в АЦПУ не лазил. Они у нас в сторонке стояли, на них уже не работали. Потом их сдали в металлолом (металла было много!) и купили парочку Epson DFX 8000. После АЦПУ такая техника показалась верхом совершенства. Весил каждый из них всего 32 кг. Потом уже перешли на лазерные принтеры.

  9. Сергей:

    А у нас закупили Роботроны. У них вместо резинового валика стоял
    металлический, поэтому при печати они сильно звенели, зато печатали
    через копирку 10 листов.

    1. Виктор Геронда:

      О! С металлическим валиком ни разу не видел…
      Те наши Эпсоны тихонько работали. Хорошие все-таки машины были! Если бы еще оригинальными расходниками пользоваться — подольше бы они послужили.

  10. Евгений:

    Этот Epson LX-300+ еще умеет печатать в цвете, с дополнительной оснасткой Colour kit, в которую входит широкая 4-цветная лента и механизм смены цвета. Достать эту опцию практически нереально, а качество цветной печати по современным представлениям никакое, годится только для многоцветного текста встроенным шрифтом и простейшей векторной графики.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2016 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru