¿Cómo controla una impresora láser el láser para producir resoluciones tan altas?

Abrí una impresora láser rota ayer para encontrar una de las secciones importantes (esta es una foto de ejemplo de Google Images), tratando de aprender del diseño del motor del espejo láser + polígono dentro de:

Pude encontrar el pinout del chip del controlador, y conseguí que el motor funcionara a muy altas RPM, así como el láser para reflejarse en el espejo giratorio, formando un patrón lineal simple en la superficie del extremo.

Ahora, aquí está la parte que es misteriosa para mí:

• El espejo es solo un BLDC estándar (no un paso a paso ni un servo basado en codificador).

• El hexágono de los espejos gira a una velocidad desconocida / inexacta.

• Hay una velocidad de rotación tan alta y una longitud de espejo tan corta (midí que cada lado de los espejos del hexágono tenía aproximadamente 2 cm de largo).

Entonces, ¿cómo controlan el láser para que se refleje exactamente en el tiempo de rotación / ángulo de cada espejo para (golpear el tambor del fotorreceptor en posiciones de alta precisión y) producir una calidad de impresión en miles de DPI, es decir, mejor que una resolución de 0.03 mm?

En otras palabras, ¿cómo se coordina la sincronización del pulso láser de encendido / apagado con respecto al ángulo del espejo en la imagen a continuación?

Es difícil saber exactamente cómo funciona su unidad específica, pero en general hay un sensor de tiempo que se utiliza para leer la posición del espejo, como en el diagrama a continuación. No lee continuamente todas las posiciones, sino solo una vez por cambio de cara. El error medido se usa para compensar el disparo del circuito láser.

Existen patentes más detalladas sobre el tipo de circuito de compensación (digital) que permite utilizar este método de detección no continuo, por ejemplo, US5754215A que permite el uso de motores baratos.

Estos datos Da, Db, Dc, Dd y De se determinan midiendo períodos de tiempo entre los momentos en que los respectivos haces de reflexión desde los lados respectivos A, B, C, D y E del espejo poligonal 4 irradian el sensor de origen 6 y los momentos cuando el haz de reflexión del siguiente lado irradia posteriormente el sensor de origen 6 bajo una condición de rotación (la condición de rotación estándar adecuada) de modo que la velocidad de exploración en la superficie del tambor fotosensible 5 a través de los lados respectivos A, B, C, D y E alcanza un valor constante predeterminado. El intervalo de tiempo se puede medir a través de un dispositivo de medición mientras se gira el motor del espejo poligonal 13 y se simulan condiciones de escaneo, o alternativamente se puede medir después de ensamblar elementos completos y cuando la condición de rotación del motor del espejo poligonal alcanza la condición estándar.

Todo el punto de ese ser

por lo tanto, incluso el motor de polígono que tiene una precisión de procesamiento deficiente puede controlarse en la rotación estándar, de modo que la velocidad de exploración mediante la rotación se lleva a un valor objetivo como un motor de polígono que tiene una alta precisión de procesamiento

La combinación de patentes y autores japoneses es un asesino :)

Esa patente en particular continúa hablando sobre el control de un motor PWM con los datos resultantes.

Cuando la CPU 100 ejecuta el programa de cálculo de error objetivo 101b, se accede a las direcciones respectivas A1, A2, A3, A4 y A5 en secuencia para los lados correspondientes A, B, C, D y E que reciben rayos láser en respuesta a la rotación del espejo poligonal 4. Es decir, a través de la ejecución del programa, en respuesta a la rotación de los lados respectivos y en la posición del origen donde se inicia el escaneo del lado posterior, los datos correspondientes al lado inmediatamente anterior entre los datos Da, Db, Dc, Dd y De se hace referencia, y cualquier diferencia entre los datos referenciados y el valor en el registro de captura 12b se calcula como un error. Este programa es simple y realiza principalmente la mera referencia a datos y el cálculo de una diferencia tal que se omita una explicación adicional del contenido. Promover,

Pero hay circuitos integrados para controlar un motor sin escobillas que se comercializan específicamente para espejos de impresoras láser. EN Semi tiene manojo entero de ellos por ejemplo LB11872H , LB1876 , LV8111VB. Estos usan circuitos de control de velocidad PLL internamente. Los dos últimos chips también cuentan con "unidad PWM directa", lo que no tengo muy claro lo que significa, pero supongo que convierten la señal de control internamente (de PWM). Por lo tanto, siempre que tenga datos de control, probablemente funcionen igual de bien. No hay mucho en el camino de las notas de aplicación para usarlas (en una impresora láser real). Supongo que aquellos que los necesitan saben cómo usarlos. Rohm (que posee la patente antes mencionada) también fabrica un montón de estos circuitos integrados de "controlador PWM directo" para motores sin escobillas, también comercializados para espejos poligonales láser, por ejemplo, BD67929EFV . Incluso hay un artículo que habla sobre esta técnica de control [PWM] para motores sin escobillas: http://dx.doi.org/10.1109/ICEMS.2005.202797 (todavía no lo he leído).

Re: "¿cómo exactamente este sensor de tiempo recibe el haz?" Creo que eso era algo obvio en el diagrama: a través de un espejo (etiquetado como "1st Reflection Mirror") que se golpea solo cuando el láser cambia las caras de los espejos. Es un espejo diferente al espejo principal utilizado para iluminar el tambor OPC. Presumiblemente podría haber otros arreglos. Para una impresora láser a color, generalmente hay (o más bien eran) múltiples sensores, uno por haz (canal de color) como se explica en una patente más reciente de Lexmark US9052513 , que como puede ver, propone una forma de reducir el número de sensores. (Esa es probablemente una de las razones por las que puede comprar una impresora láser a color por menos de $ 100, según dice).

En una LSU de un dispositivo de imagen en color electrofotográfico, es típico que cada canal de imagen tenga su propio sensor óptico, llamado "sensor hsync", para detectar que su rayo láser se ha desviado de un espejo poligonal y crear una señal de detección de haz para usar en la activación de datos de video que se incluyen en el rayo láser del canal para incidir en el tambor fotoconductor correspondiente del canal. En arquitecturas de diseño LSU más recientes, dos haces comparten un solo sensor hsync con uno de los canales que crean la señal de inicio de escaneo (SOS) y el otro canal que usa una versión retrasada de esa señal SOS. Debido a que un canal está tomando imágenes de una faceta del espejo poligonal giratorio que no está asociado con el sensor óptico que genera la señal SOS, se puede inducir la fluctuación de fase de exploración en ese canal.

Mientras la velocidad de rotación sea constante en escalas de tiempo cortas, es posible calcular la posición actual a partir del momento de los pulsos en la "detección de haz". Simplísticamente, el tiempo entre pulsos daría la velocidad de rotación y luego combinaría la velocidad de rotación conocida con el tiempo desde el último pulso daría la posición actual.

Una cosa a tener en cuenta es que el posicionamiento absoluto en un láser mono no tiene que ser súper preciso, solo el posicionamiento relativo entre líneas adyacentes. Los láseres de color usualmente usan un cinturón como intermediario entre los diferentes motores de impresión en color y el papel, y supongo que tienen algún tipo de detección en ese cinturón para permitirles alinear los diferentes colores.