激光打印機熱定影器溫度控制缺陷檢測系統的研究與應用

張成虎

（佳能（中山）辦公設備有限公司，廣東中山 528437）

0 引言

激光打印機打印需要經過消充電、曝光、轉印，最后將圖像定影在介質上，目前一般采用熱定影。已經轉印完畢的打印介質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，即實現了定影。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溫度變化，通過IC電路控制定影溫度[1]。

熱定影器是打印機生產的關鍵組件，它的品質直接影響到打印機能否進入市場進行銷售。為了能夠滿足流水線生產的需求，開發了激光打印機熱定影器溫度控制缺陷檢測系統，以滿足精確檢測和提高產品質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控制，120V系產品是每8ms 1波，200V系產品是每9ms 1波，每15波為一個周期的脈沖式驅動信號控制加熱絲電力作為熱定影器溫度控制方式。

從打印機接收到打印指令，通紙過程到打印機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。溫調目標溫度是根據每一枚紙內溫度逐步上升（每270 ms上升1℃，直到最后上升5℃）、加壓滾輪溫度下降互補、定著性的確保、紙卷曲量、排紙積載性、機內升溫、排紙部溫度等因素的最適化進行設計的[2]。

2 系統基本式樣要求及設計原理

（1）測試系統要適合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，通過加載基準電壓，利用串聯回路分壓原理（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）根據加熱器（熱敏電阻）上分得的電壓情況，通過軟件對溫度調節進行控制。對溫度的調節控制就是對波數的控制。

（6）加熱器（熱敏電阻）兩端的電壓值通過A/D轉換傳送給CPU，進行電阻測試及溫度的調節控制。

（7）控制機械夾具配合系統測試進行。

（8）扭矩測定。利用日本共和電業制造的扭矩變換器（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（A/D）轉換傳輸給CPU。

圖1 串聯回路分壓原理1

溫度控制曲線如圖2所示。

圖2 溫控曲線圖

圖3 系統構成

3 硬件設計制作

我公司是生產打印機的專業生產廠家，產品全球發售。所以電源有三種類，即AC100V，AC120V和AC220V。每年產量約800萬臺，每月產量65萬臺左右。為了能夠滿足“大規模”流水線式生產的需求，開發了這種基于激光打印機熱定影器溫度控制缺陷檢測系統，以滿足精確檢測和提高工作效率以及產品質量的需求。基于前面對系統基本式樣要求及設計原理的分析，硬件設計制作如下。

3.1 系統構成

系統構成如圖3所示。

3.2 端口分配

根據系統設計要求，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

根據系統設計要求，A/D基板端口分配如表3所示。

表3 A/D端口分配表

3.3 專用模數接口（AD IF）基板設計及制作

根據系統的測試要求和實際電控盒的布線需要，筆者設計開發了這款專用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（根據經驗判斷）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測試精度影響至關重要。

選用8引腳SOIC封裝電源模塊ADR02B（元件編號為U12）作為REF-5V電壓發生回路的元件。B級產品輸出電壓精度是±0.003 V，滿足輸出電壓精度是±0.005 V的設計要求。在驅動能力方面，ADR02B輸出電流為10 mA，驅動能力不足。所以，回路通過NPN型晶體管TIP41C（元件編號為U6）提高驅動能力。TIP41C最大功率達2 W，為了防止晶體管升溫過高，在基板設計時追加了散熱片。另外，為了能將電源漂移量控制到最小范圍內，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3635-25電壓記錄儀對改善前后測試系統工作中的電壓進行在線跟蹤測試，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，電壓輸出會發生突變，最小值為4.5 V左右。設計的5 V穩壓回路輸出的5 V電壓變動幅度小，變動頻率低。通過實測，電壓輸出精度達到了±0.003 V，滿足了系統測試的要求。

4 檢測系統控制流程圖設計

檢測系統控制流程如圖7所示。

5 系統可靠性及測試精度驗證

測試系統組裝調試成功后，對其測試項目之一即電阻測試精度進行驗證。以產量較大的一種200 V產品為例，其規格要求如下：

中心值：23.270Ω；

最大值：25.376Ω；

最小值：21.164Ω。

任意抽取一臺220 V產品進行55回測試，基準值是每回測試前用萬用表FLUKE189測試值作為參考。

差值=系統測試值-萬用表測試值（基準值），

測試結果限于篇幅，此處略去。

獲得的數據經過3σ統計計算，結果如表4所示。

表4 測試數據3σ統計結果

其正態分布圖，如圖8所示。

圖8 測試結果正態分布圖

由以上數據統計分析可以看出：

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

（2）測試系統安定，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 結束語

本文設計了一種單片機控制的激光打印機熱定影器溫度控制缺陷自動檢測系統。這個系統能夠模擬打印機從接收到打印指令，通紙到打印機停止各環節中熱定影器的加熱溫度控制的全過程，并采集記錄各環節的溫度、時間、阻抗、扭矩、功率和傳感器狀態等參數。在實際應用中取得了良好的效果，尤其是AD IF基板REF-5V電壓的改善，為產品品質的徹底保障提供了有效方法，解決了品質不安定及大規模生產的瓶頸問題。本系統已經在集團內部推廣到中國的其他生產工廠以及越南、菲律賓等工廠應用，均取得了良好的效果。

［1］羅慶生.光機電一體化系統激光打印機［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［2］趙海.激光打印機實用維修技術［M］.北京：人民郵電出版社，2008.