（机械工程专业论文）btp2000d二维条码打印机设计.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着经济与信息通信技术的迅猛发展，条码技术的应用已涉及到商品流通、 交通运输、工业控制等领域。传统的维条码在数据存储量、可靠性、保密防伪 性等诸多方面己无法满足新的要求，因此二维条码日益得到重视并在越来越多的 领域得到应用。随着二维条码的推广、应用，大家对二维条码的生成工具二 维条码打印机也提出了新的要求。 本文较为详细地阐述了一种热转印热敏类型的二维条码打印机的设计过程。 在缺少技术和经验的条件下，通过分析国内客户使用的主要机型、解析重点样机、 研究并解决打印过程中发现的问题等方式成功地研制出b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印 机。本人在设计过程中重点考虑了打印头组件左右压力不均衡、打印二维条码时 色带收缩起皱、高速打印时因出现反转写现象降低条码质量等问题，从根本上解 决了打印过程中出现的打印内容偏淡、左右浓度不均、色带起皱、条码识读率低 等弊病，提高了整机的打印效果。通过工艺研究解决了打印头与打印胶辊的相对 位置在生产过程中难控制、打印机面板加工困难、打印头在生产过程中易划伤等 问题，提高了产品质量及整机直通率，降低了劳动强度及生产成本。本人设计的 二维条码打印机及其中的色带收发装置分获实用新型专利证书，并被中国自动识 别技术协会评为2 0 0 3 年度十佳产品。 二维条码打印机的研制成功在技术上填补了国内空白，以其打印速度快、噪 声小、打印质量高、维护方便、性价比高等优点占有了国内部分市场，打破了国 外企业在该领域上的技术保密和专利封锁，解决了国内用户只能依赖进口的被动 局面。二维条码打印机以其较低的售价、优秀的打印质量为二维条码技术在我国 的广泛推广和应用奠定了坚实基础。 【关键词】二维条码二维条码打印机热转印热敏功能模块 山东大学硕士学位论文 k b s t r a c t w 1 t ht h e d e v e l o p m e n t o fe c o n o m i ca n dt e l e c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h e a p p l i c a t i o no f b a r - c o d et e c h n o l o g y h a sb e e nb e i n gi n v o l v e di nm a n yd o m a i n ss u c ha s t r a n s p o r t a t i o n ，c o n t r o lo fi n d u s t r ya n d s oo n t h et r a d i t i o n a lo n e d i m e n s i o nb a r - c o d e t e c h n o l o g yc a n n o tm e e t t h ed e m a n d si nd a t ac a p a c i t yo fs t o r a g e ，r e l i a b i l i t y , s e c r e c y e t c s oc o m e st h et w o d i m e n s i o nb a r - c o d et e c h n o l o g yt h a th a sb e e na p p l i e di nm a n y d o m a i n sm o r ea n dm o r e a c c o r d i n g l y , n e wd e m a n d sf o rs u c he q u i p m e n t st h a tm a k e t w o - d i m e n s i o nb a r - c o d ei sp u tf o r w a r d h e r e ，w ee x p o u n dt h ed e s i g np r o c e s so fo n ek i n do ft h e r m a l t r a n s f e rp r i n t e rf o r t w o - d i m e n s i o nb a r - c o d e s u c c e s s f u l l yw ed e v e l o p m e n ts u c hk i n do fp r i n t e rw h i c hi s n a m e da sb t p 一2 0 0 0 db ya n a l y z i n gt h ep o p u l a rt y p eo f p r i n t e ru s e db yc u s t o m sa t h o m e ，d i s a s s e m b l i n g t h es a m p l ep r i n t e r s ，s t u d y i n ga n ds o l v i n gt h ep r o b l e m so c c u r r e d i nt h ec o u r s eo f p r i n t i n g d u r i n gt h ec o u r s eo fd e s i g n i n g ，il a yt h ee m p h a s i so nt h e p r e s s u r eb a l a n c eo fp r i n t i n gh e a d ，t h ew r i n k l ep r o b l e mi np r i n t i n gt w o - d i m e n s i o n b a r - c o d e ，t h ep o o rp r i n tq u a l i t y d u et oh i 曲s p e e d p r i n t i n g ，s oic o u l d h a v es o l v e ds u c h p m b l e m sa sl i g h tp r i n t ，u u e v e nd e n s i t y o nb o t hs i d e s ，t h er i b b o nw r i n k l e ，l o w i d e n t i f i c a t i o nr a t ea n dh a v ei m p r o v e dt h ep r i n te f f e c t t h r o u g hp r o c e s ss t u d y , w ec a n a l s oh a v eo v e r c a m es u c ho b s t a c l e sa si n c a p a b i l i t yo fc o n t r o l l i n gt h er e l a t i v el o c a t i o n b e t w e e np r i n t i n gh e a da n dt h er u b b e rp l a t e n ，t h eh a r d n e s so fm a n u f a c t u r i n gt h ef r o n t p a n e l t h ee a s i n e s so f t h ep r i n t i n gh e a db e i n gs c r a t c h e di nw o r k s h o p t h i sp r i n t e rf o r t w o d i m e n s i o nb a r - c o d e d e s i g n e db ym ea n d t h es t r u c t u r eo fd i s t r i b u t i o na n d r e t r a c t i o no fr i b b o nh a v eb e e np a t e n t e df o ru t i l i t ya n dn e wt y p e a tt h es a m et i m et h e p r i n t e rw a se n t i t l e d o n eo ft e ng o d p r o d u c t si n2 0 0 3y e a rb yt h ea s s o c i a t i o no f a u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yo fc h i n a t h e p r i n t e r f o rt w o d i m e n s i o nb a r - c o d e h a s s u p p l i e d t h e g a p a th o m e t e c h n o l o g i c a l l y , a n di t h a sa n t i c i p a t e dt h em a r k e to fm a i n l a n dw i t hs u c hf e a t u r e sa s h i i g hs p e e dp r i n t i n g ，l o wn o i s e ，h i g hp r i mq u a l i t y , e a s y t o m a i n t e n a n c e ，a n dl o w c o s t i ta l s ob r e a k st h ef o r e i g nm o n o p o l yi nt e c h n o l o g ya n dp a t e n tb l o c k a g e t h ep l i g h t o n l yt o u s et h ef o r e i g np r i n t e r sh a sn o tb e e nt h e r e t h et w o d i m e n s i o nb a r - c o d e p r i n t e rh a sl a i df o u n d a t i o nf o rp o p u l a r i z a t i o no f t w o - d i m e n s i o nb a r - c o d et e c h n o l o g y i nc h i n aw i t ht h ev i r t u eo f c o m p e t i t i v ep r i c ea n dh i g hp r i n tq u a l i t y k e y w o r d s t w o - d i m e n s i o n c o d e s y s t e m ，t w o d i m e n s i o nc o d e p r i n t e r , t h e r m a lt r a n s f e r t h e r m a l ， f u n c t i o n a lm o d u l e i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名： 同期嘶f 2 i - 日期：1 二 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 跏签嚆日期一 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 条码打印机是随着热转印打印技术、计算机技术的发展而出现的一种特种打 印机。其工作原理是打印机将接收到的指令经过解释，转换成可打印的数字信号， 采用热转印技术、通过打印头受热将色带上涂覆的有色染料转印到打印介质上， 特别适合于条码、文字、图像等打印，可广泛用于公用自动化各个领域，例如交 通运输、物流及工业控制自动化等行业，具有打印速度快、灵活性强、操作简便 等特点。随着一维条码的应用普及，应用系统对信息量的要求逐渐增多，一维条 码已不能满足需求，二维条码作为一项新兴的条码技术以其信息容量大、可靠性 高、编码方式灵活、保密防伪性强等优点迅速在多个领域推广应用。 1 1 二维条码技术的起源及分类 随着信息技术的发展，比一维条码具有多项优势的二维条码应用愈来愈普及。 随着二维条码技术的应用，二维条码的生成工具二维条码打印机必将具有广 阔的市场发展前景。 1 1 1 二维条码技术的起源 二维条码的研究始于2 0 世纪8 0 年代末，1 9 8 7 年第一个二维条码c o d e4 9 首 先由美国i n t e r r n e c 公司的d a v i d a l l a i r 研制成功。1 9 9 1 年美国的s y m b o l 公司研制 成功p d f 4 1 7 条码，从此二维条码技术真正走向实用”1 。二维条码作为一种全新的 信息技术手段自诞生之日起就得到许多国家的关注，发展非常迅速。我国于1 9 9 3 年开始研究，目前己正式颁布了国家标准：g b t 1 7 1 7 2 1 9 9 7 四一七条码和 g b t 1 8 2 8 4 2 0 0 0 快速响应矩阵码，为二维条码的推广与使用奠定了基础”1 。山 东新北洋公司也在2 0 0 3 年8 月中旬在威海新北洋公司总部成功组织了条码标签 应用指南二稿审稿会，准备明年申请国家标准，为条码标签的广泛应用打好了 基础。二维条码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面( 二维方向上) 分布 的黑白相闻的图形来记录数据符号信息的。具有信息容量大、可靠性高、编码方 山东大学硕士学位论文 式灵活、保密防伪性强等优点。二维条码的出现极大地拓宽了条码技术的应用范 围，从本质上提高了条码技术的应用水平。 1 1 2 二维条码技术的分类 二维条码有许多的编码方法( 或称码制) ，通常分为三种类型：1 堆积式二维 条码( 2 ds t a c k e db a rc o d e ) ，其编码原理是以一维条码为基础，将系列可独 立扫描的一维条码所组成的行堆积或叠加成为个矩阵符号；典型的码制如 p d f 4 1 7 ( 见图1 - i ) 、c o d e1 6 k 等。2 矩阵式二维码( 2 dm a t r i xb a rc o d e ) 是由 一些到条码中心距离固定的多边形单元组成，以二维空间形式编码的条码形式， 用于表示数据或其他与符号有关的功能图形；典型的码制如q rc o d e ( 见图卜2 ) 等。3 邮政码，通过不同长度的条进行编码，主要用于邮件编码，如b p 04 - s t a t e 等。 鼯豁麓隰 图1 - 1 ：p d f 4 1 7 码 1 1 3p d f 4 1 7 码简介 图l 一2 ：q r c o d e 码 p d f 4 1 7 码是一种堆积式二维条码，是目前应用最为广泛的二维条码，在我所 研究的二维条码打印机中就采用这种条码。p d f 4 1 7 码是由美国s y m b o l 公司推 出，p d f ( p o r t a b l ed a t ef i l e ) 意思是“便携数据文件”。1 。 p d f 4 1 7 码相对其它类型的条码具有如下优势： a ，p d f 4 1 7 码与一维条码相比在同等面积下比一维条码信息含量高几十 倍。 b p d f 4 1 7 码具有信息容量大、纠错性能好等特点；一条二维条码就可以 包含物品的相关信息和其它附属信息，如价格、名称、制造厂、生产日期 山东大学硕士学位论文 等。 c p d f 4 1 7 码保密性强，可以把编码信息按密码格式进行编码，防止伪造 条码符号或非法使用有关编码信息。 p d f 4 1 7 码的基本特性如表1 1 所示： 表l - 1p d f 4 1 7 码基本特性 项目内容 包括a s c i i 字符、二进制数据、汉字、声音、图像、指纹、掌纹 可编码信息 等 符号字符是组成p d f 4 1 7 条码的基本单元，由4 个条和4 个空组成， 层和符号字符包括1 7 个模块，故称作p d f 4 1 7 条码。由多层堆积而成，其层数为 3 到9 0 ，每层包括起始符、左行指示符、右行指示符、终止符等 字符自校验功能有 双向可读 是 每个p d f 4 1 7 码至少需要2 个错误纠正码进行错误检铡，并可通过 错误纠正字数用户自定义纠正多达5 1 2 个错误码字( 错误码字= 2 的n + 1 次方，其 中n 为纠正级别，取值范围为0 到8 ) 当错误纠正级别为0 时，每个p d f 4 1 7 符号可表示1 8 5 0 个大写字 最大数据容量 母，或2 7 1 0 个数字，或1 1 0 8 个字节，或5 0 0 来个汉字 附加属性可选择错误纠正等级，可跨行扫描 相对其它自动识别技术而言，p d f 4 1 7 码的应用成本较低，可以充分利用现有 的计算机管理设备，易于实施。 1 1 4 二维条码技术的应用 二维条码作为一项非常成熟的自动识别技术已在国内外的众多行业和领域得 到了广泛应用。二维条码技术已应用在埃及、哥伦比亚、巴林等国家的公民身份 证上，也应用在美国、加拿大等多个国家的驾驶执照上，美、法、德等国的军人 医疗证上也应用二维条码。我国香港特区居民新发放的特区护照等证件上也采用 了二维条码技术0 1 。 在国内，二维条码技术的应用也得到了长足发展，深圳一家科技公司正在做 二维条码在身份证上应用的尝试，已完全解决技术上的难题，2 0 0 4 年准备在深圳、 山东大学硕士学位论文 上海等城市实际应用。国内的些厂家也将二维条码应用在汽车生产线管理、汽 车销售、整车仓储物流管理等多个方面。 在国外，特别是在美国、曰本等经济发达国家，条码技术开发早、应用早， 拥有各种条码规范和众多条码打印机专利技术，二维条码在各个领域得到了广泛 的使用。虽然我们在二维条码技术上也取得了长足发展，但由于受到各种技术的 限制，目前尚未有具有自主知识产权的产品推向市场。特别是二维条码打印机因 其技术含量高、开发周期长，并受热转印技术、二维码生成等因素限制在国内鲜 有厂家研究或生产。二维条码打印机的国内市场大都被斑马、t e c 等世界知名企业 瓜分。国内的一些应用二维条码技术的厂家限于目前状态，不得不花大价钱从国 外公司购买二维条码打印机，购买一台二维条码打印机一般需要二至三万元，这 就限制了二维条码技术在我国的广泛推广和应用。 1 。2 通用热转印热敏打印机的构造原理 一般情况下打印机可分为四类，即点阵打印机、喷墨打印机、激光打印机、 包括热转e p 热敏方式在内的其它类型打印机“。条码的打印最好使用专用条码打 印机，而在各类条码打印机中，最好使用热转印热敏打印机打印条码。因为热转 印热敏打印机具有两种工作模式( 即可在热转印条件下工作，也可在热敏条件下 工作) ，并且在条码打印方面前三种类型的打印机因其打印的点只能是圆形，这样 在纵向微观上看两点连接处具有变化曲线( 见图l 一3 ) 。而热转印，热敏条码打印机 采用打印头( 简称t p h - - t h e r m a lp r i n th e a d ) 发热打印，打印头的发热点是正方 形的，这样在两点连接处没有变化，这样就可以得到很自然的过渡( 见图l 4 ) 。 图1 - 3 一般打印机打印点 匿i 4 热转印，热敏打印枫打印点 热转印，热敏打印机的工作原理比较简单，简单地讲就是控制部件根据计算机 发送过来的打印内容及命令驱动电机带动打印胶辊，由打印胶辊带动打印介质向 山东大学硕士学位论文 前运动，在运动的同时控制部件根据打印内容使打印头的相关点发热，打印头将 热量传递到打印介质上，使打印介质的相应区域变黑( 热敏工作模式) 或将色带 上的涂料转印到票纸上，使票纸上该区域变黑( 热转印工作模式) 。随着打印介质 向前运动打印头有选择地发热，这样在打印介质上留下有特定的印记，形成了 我们需要的文字( 图形) “1 。 虽然热转印，热敏打印机的工作原理比较简单，但要保证打印机的工作性能是 比较复杂的。在打印过程中，控制部件先将要打印的内容变成一个个点然后在特 定的时间使打印头的相应点发热。由于制造精度等因素打印介质的运动有一定的 误差，打印头的各点发热时有滞后( 该点发热前无发热记录) 和余热( 该点连续 发热，在不需发热时仍旧有足够的热量使打印介质变化) 的影响，因此要设计出 一台真正的二维条码打印机具有相当的难度。 从总体上说热转印热敏打印机在构造上可分为以下几部分：打印部件，控制 部件，其它部件。打印部件主要是由打印头、打印胶辊、电机、传动系统等构成， 主要负责介质的运动及打印。控制部件主要由接受命令、控制电机运动和打印头 发熟的控制板，给电机和打印头、控制板及其它附件提供能源的电源装置等构成。 其它部件困打印机的构成而异，主要由给纸机构、色带回收装置等构成。 热转印热敏打印机最主要的核心部件是打印部件和控制部件。打印部件必须 要保证性能稳定、工作噪音低：控制部件必须要控制精确，启动和停止平稳，这 样才能提高整机性能。其它部件对打印机的整机性能也有很大的影响，最主要是 各部件的协调配合，一台好的打印机也可以说是各部件完美结合的体现。 1 3 国外热转t o 热敏打印机研发生产现状 在美国、日本等西方国家，由于其经济发达、技术先进、配套能力强，具有 核心部件打印头的开发生产能力，因而开发生产热转印热敏打印机起步早、 产品更新快。推广应用领域非常广泛嘲。较为著名的打印机生产商有：日本的t e c 、 e p s o n 、s t a r 、美国的斑马、i ) a t a m a x 等公司，上述公司具有较强豹热转印热敏打 印机产品研发生产能力，产品占据着国外市场的大部分份额，具有较强的市场竞 争力。由于热转印热敏打印机可在两种工作模式下工作，能适应不同用户的需求。 山东大学硕士学位论文 因此热转印热敏打印机的市场潜力非常巨大，上世纪9 0 年代以来该类打印机的 生产和销售始终处于稳健增长的发展时期。 1 ，4 国内热转印热敏打印机研发生产现状 长期以来，国内在研发生产热转印热敏打印机方面存在一定的难度：一是发 达国家出于保持在该领域的技术、价格上的垄断地位的考虑，对打印机核心部件 打印头的设计制造技术进行技术信息封锁；二是受打印机的研发、生产的配 套能力的制约，国产热转印热敏打印机打印质量和国外知名打印机相比还有差 距；三是热转e p 热敏打印机的价格长期以来居高不下，价格低于1 5 万元的该类 打印机几乎没有，这在一定程度上限制了该类打印机的应用与推广。 另一方面，随着我国经济技术的发展，热转印热敏打印机的应用领域不断扩 大，广泛应用于商品流通、仓储管理、身份识别、银行以及工业控制等领域，对 信息情报等管理的系统化、自动化需求将与日俱增。因而作为信息管理自动化必 备终端产品之一的热转印热敏打印机在我国有着广阔的市场前景。近年来，国内 涌现出许多新的打印机厂商，但多数厂商是利用从国外购进的打印机配件，通过 组装形成产品推向市场。目前国内具有自主知识产权、具备自主研发打印机整机 产品能力的企业，只有北洋公司一家。 在已掌握热转印技术，特别是已研制开发出小型热转印热敏打印机的基础 上，研制开发二维条码热转印热敏打印机既可以满足日益增长的市场需求，又可 以加快我国实现信息管理的系统化、自动化的步伐，因而具有十分重要的意义。 热转印热敏打印机的推广应用，极大地促进了相关领域信息管理的系统化、自动 化。从某种意义上说，也进一步促进了经济的发展，社会的进步。 北洋公司经过多年潜心开发研究，在消化、吸收国外技术的基础上，研发生 产了一系列具有自主知识产权的热敏热转印打印机。所开发研制生产的小型热转 印打印机，广泛应用于火车客票打印、高速公路票据打印以及邮政条码打印领域。 9 8 年底产品投放市场，用户反响良好，为公司创造了较好的效益。并在1 9 9 9 年获 得国家级新产品称号，2 0 0 0 年1 0 月获山东省科技进步一等奖、 2 0 0 1 年1 2 月获 国家科技进步二等奖。成为迄今为止国内唯一一家打破国外技术封锁，具有独立 山东大学硕士学位论文 知识产权的热转印热敏打印头、打印机研发、生产基地。3 。 本人作为北洋公司该类产品机械设计方面的主要研制人员，在机械设计及工艺研 究方面完成了多项工作，取得了一定的成绩。 1 5 二维条码热转印热敏打印机研发趋势 随着电子技术、计算机技术、光学技术、材料技术的迅速发展，热转e 1 1 热敏 打印机的研发越来越向着追求以下功能、性能的趋势发展。 高速度：在追求工作效率、生活质量的当今社会，人们对打印速度的要求 越来越苛刻，打印速度由9 0 年代的5 0 8 0m m s ，逐渐提高到目前的 1 5 0 m m s 2 0 0 m m s ，随着打印机行业技术的不断发展，具有2 0 0 m m s 以 上打印速度的热敏打印机将是打印机行业研发的下一个需要突破的技术 难题。 高分辨率：不断追求高质量的打印效果，由原来的分辨率为1 8 0 d p i 、2 0 3 d p i 到目前流行的3 0 0 d p i ，甚至发展更高的6 0 0 d p i 分辨率。 彩色化：突破传统的灰度打印，向着色彩多样的双色打印功能( 红黑或红 蓝) 发展。 小型化：体积小，易于作为信息采集终端，嵌入到应用设备之上，实现终 端数据信息打印。 便携式：易携带的手持式、腰挎式打印终端，实现连续打印条码的功能。 多功能化：模块化结构设计满足用户在不同场合的不同组合使用要求。 操作的简易性：方便用户使用，强调上纸等操作的方便性，实现傻瓜式操 作。 性能的稳定性：能适应在不同环境下，打印机保持设计性能可靠工作。如： 温度、湿度、电磁、风沙灰尘等因素的干扰影响。 易维护性：强调排错、维护的简便性。 山东大学硕士学位论文 1 6 二维条码热转印热敏打印机项目背景 二维条码打印机是在热敏热转印打印技术的基础上，随着计算机技术、视频 技术及数字技术的发展而出现的一种集电子技术、集成电路技术、计算机软硬件 技术、材料技术于一体的高新技术产品。由于二维条码打印机较一般的热转印打 印机技术难度大，因此在国外也仅有日本的东芝( t e c 系列) 、美国的斑马( z e b r a 系列) 、d a t a m a x 等四、五家大公司形成规模生产。在我国，尽管几年前有关单位 就开始研究开发二维条码打印机，但由于受二维条码生成技术特别是热转印打印 二维条码技术的限制，迄今尚无拥有自主知识产权的二维条码打印机，近几年市 场出现的条码打印机一般是美日等国的产品。 2 0 0 2 年北洋公司正式批准立项，成立了b t p 2 0 0 0 d 二维条码热转印热敏打印 机项目组，该项目被定为公司重点项目。我作为项目组的主要设计人员负责机械 结构及工艺方面的设计。 1 7 项目的可行性分析 1 7 1 关键技术优势 北洋集团公司于1 9 9 5 年4 月即着手热转印打印机用关键件部件热转印打印头 的开发研究工作，并于9 6 年1 月研制开发出1 0 4 m m 、8 d o f f m m 热转印打印头 样品，通过测试和用户使用情况表明其技术性能指标达到了国外同类产品水 平。 2 0 0 1 年1 2 月北洋公司研制的小型热转印打印获得国家科技进步二等奖，掌握 了该技术领域的先进技术。 聘请国外同行业知名企业的技术专家作顾问，充分研究了国际上热转印热敏 打印机的技术现状、发展趋势及整机技术要求。 在此基础上，本着结构独特、外形美观、使用可靠、降低成本等设计思路， 以攻读山东大学工程硕士所学的专业理论为指导，充分研究国际上热转印热敏打 印机的技术现状、发展趋势及整机技术要求，依靠多年来所造就的优秀开发技术 山东大学硕士学位论文 人才队伍，完全有能力设计开发出技术上具有国际先进水平的北洋品牌的二维条 码打印机。 1 ，7 2 市场分析 b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印机具有国外同类产品相当的性能，国内外市场前 景好，附加值高，易形成规模生产。 中国政府准备实行的新身份证将运用二维条码技术，因此对二维条码打印 机来说有一个很好的市场前景。 可广泛应用于仓储管理、货物运输、医疗卡、公路收费等领域”3 。 保守估计按年销5 0 0 0 台、平均单价1 0 0 0 0 元计算，可实现销售收入5 0 0 0 万 元，利税3 0 0 0 万。因此，该项目可直接带来可观的经济效益，而且对相关技术产 品的推广使用具有很大的推动作用，其社会效益巨大。 山东大学硕士学位论文 第2 章b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印机主要设计参数 2 1 二维条码打印机总体结构 二维条码打印机总体结构如图2 - l 所示 1 、面板模块2 、滚刀模块3 、打印模块4 、进纸模块5 、色带模块6 、给纸模块 图2 - l 二维条码打印机总体结构 2 2 普通条码( 热转e p 热敏) 打印机缺陷 2 2 1 普通条码打印机打e p - 维条码的效果缺陷 如绪论所述国内需要使用二维条码的企业不得不使用打印一维条码的打印机 打印二维条码( 如某些高速公路管理处、收费站等) 。由于二维条码在物理构成上 与一维条码有显著的差异，因此打印出的二维条码存在缺陷，这就给二维条码的 识读带来一系列问题。图2 2 为某条码打印机打印的二维条码，用肉眼观察就有如 山东大学硕士学位论文 下问题( 通过显微观察更能发现问题，在此不做过多描述) 。 驶入时闻 20 0 0 - 0 2 - 2 9lj ，：，6 ：59 车型特型 车号避6 6 l l 、二维码处发热量大使色带起皱后产生的条纹2 、因有余热而产生的“圆头” 3 、单行线数据丢失 图2 - 2 二维条码缺陷 目前市场上的条码打印机打印二维条码虽有不足之处，但国外知名企业有十几 年的开发、应用经验，其设计的产品对我们来说还有许多需要借鉴的地方。我们 在借鉴过程中也应该认识到由于我们的加工工艺及水平与先进国家相比还很有一 段距离，因此我们应理解其设计意图，吃透其设计思路，最终要设计出一款能适 应国内加工条件及工艺、又能提高打印效果的二维条码打印机。 2 2 2 普通条码( 热转l ；r i 热敏) 打印机的设计缺陷 为设计出高性能的二维条码打印机，我们分析了国内目前使用的热转e p 热敏 打印机，发现他们确实有许多优点。但由于我们在工艺水平及结构设计方面和国 外先进国家确实存在一定差距，因此我们不能照搬国外条码打印机。在设计及工 艺上我们应注意以下几点： 1 左支撑板一般采用厚板形式，虽然增加了整机强度，但增加了原材料成本， 对加工精度也有特别的要求，不适应国内的工艺条件。 2 打印头支撑定位不方便，影响装配效率，对打印头的精度要求也很高。 山东大学硕士学位论文 3 采用一维条码打印机打印二维条码时由于二维条码区域打印内容集中使 该处发热量大，在热转印打印模式下打印完二维条码后的色带容易因发热不均 匀而起皱，在打印介质上留下起皱纹。 4 打印头的压力组件用户不能自行调节，用户需要打印厚介质时很容易使压 力过大丽损坏打印头。 5 打印机一般采用左定位，这样在打印小幅面条码时容易出现打印头压力不 均匀的现象。 6 纸卷支撑部件不能过大，不适应目前市场上多种规格的介质。 7 色带有内、外置区分，一般打印机只能适应一种色带置式，限制了用户的 选择空间。 2 3 主要技术指标的确定 通过联系使用条码打印机的国内用户以及广泛的市场调研，我们确定了主要 技术指标。各指标说明如下： 打印方式选择目前条码打印机通用的热转印热敏方式。 根据用户需求及目前技术条件将打印机分辨率设计成2 0 0 d p i 及3 0 0 d p i 两种 规格。 根据业内通用机型将最快打印速度确定为2 0 0 m m s 。 依据国家相关标准及一定的保险系数，确定打印头使用寿命大于打印3 0 k i n 、 相应切刀使用次数为大于5 0 万次。 考虑到国内电压的稳定性，确定使用电源范围为1 9 8 2 4 2 v ，5 0 6 0 h z 。 通过市场调研及用户要求，确定打印纸厚为最小0 0 3 5 m m ，最大0 2 r a m , 打印 页面长度最小5 m m ，最大1 7 5 r a t a ；有效打印宽度最大1 0 4 m m 。 根据用户要求将适用纸卷内径放宽到3 8 至7 5 m m ( 国外打印机要求是5 0 至 7 5 m m ) ，适用纸卷外径最大2 0 3 m m ；适用色带内径为2 5 m m ，最大外径6 6 m m ( 可使用 长度不超过3 0 0 m 的色带) 。 根据业界惯例确定通讯速度为4 8 0 0 ，9 6 0 0 ，1 9 2 0 0 ，3 8 4 0 0 b p s 四种模式。 依据国内用户特点确定打印机可使用国标一、二级汉字，国际字符集，标准 山东大学硕士学位论文 a s c i i ( 1 8 + 3 4 ) 、压缩a s c i i ( 1 3 2 4 ) ，宋体，黑体，仿宋，楷体等多种字体，并在横 向和纵向均可实现l 一6 级放大，并可实现0 度、9 0 度、1 8 0 度、2 7 0 度旋转。 根据市场需求确定该打印机可打印常用一维条码及p d f 4 1 7 码( 二维条码) 。 依据相关标准及打印需要，确定使用纸标记传感器、色带传感器、打印头抬 起传感器、纸将尽传感器等四路光电传感器。 根据市场调研及目前的技术条件确定增加图形处理功能，最多可下载六幅位 图，下载缓冲区大小为8 k b ，支持位图打印模式。 根据工业设计理论，整机应做到色彩调和，韵律统一0 1 。 依据企标及国家相关强制标准，要求符合g b t 1 7 6 1 8 1 9 9 8 的静电放电”3 要求 及g b 9 2 5 4 1 9 9 8t 3 类限制要求“。 通过以上分析确定了打印机的主要技术指标，为以后的总体设计指明了方向， 为二维条码打印机的设计组建了主体框架。 2 4 打印机配置模式 为适应一般用户对条码打印机的要求，在广泛的市场调研基础上，我们确定 b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印机应具有如下配置模式： l 、滚刀切离模式：利用滚刀自动切除打印完的票面。其优点是自动化程度高，用 户操作简便，适合打印连续标记纸( 如高速公路收费站所使用的发票纸) 。此 为标准配置。 2 、撕纸刀撕离模式：用撕纸刀模块代替滚刀模块，由人工将打印完的票面撕下。 其优点是整机成本较低( 较标准配置而言) ，适合打印预留切痕的连续纸或袋 牌纸( 如邮政局所使用的袋牌纸) 。此为可选配置。 3 、标签剥离模式：用标签剥离组件代替滚刀模块，由机器自动将打印完的标签纸 与衬纸分开。此种工作方式适合打印不千胶标签纸，为可选配置。 4 、标签回卷模式：用回卷器遮住剥离刀，使打印完的不干胶纸不和衬纸分离，堆 积在打印机附近( 打印小量时) 或连同衬纸一起卷在回卷器上( 打印量大时) ， 需要粘贴标签时由人工剥离标签纸。此为可选配置。 山东大学硕士学位论文 2 5 新增功能 为增强二维条码打印机的实用性能，b t p 一2 0 0 0 0 除了具有国外二维条码打印 机的全部功能外，还增加了以下主要功能： ( 1 ) 智能化的标志识别功能 ( 2 ) 自动上纸功能 ( 3 ) 进纸回纸功能 ( 4 ) 中文液晶显示 ( 5 ) 按键锁定功能 2 6 本章小结 通过分析国内使用的主流机型及广泛的市场调研，确定了二维条码打印机的 总体结构。通过对国外样机打印的二维条码样张分析，找出了国外样机打印二维 条码时的缺陷，为提高二维条码打印机的性能提供了设计思路。通过对本地区工 艺水平的了解及分析，确定了部分关键件的加工方式，即通过更改零件材料的方 式避免了必须高难度的加工的零件。为提高二维条码打印机的实用性能，在国外 样机的基础上新增了部分功能，使b t p 2 0 0 0 d 二维条码打印机功能更完善。 主要设计参数的确定为总体设计方案确定了主要框架，为详细设计奠定了坚 实基础。 山东大学硕士学位论文 第3 章总体设计方案 3 ，1 b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印机工作原理 热转印热敏二维条码打印机的工作原理不同于一般的打印机，它主要是通过 主控板控制打印头发热，打印头上的热量使色带上的色料转印到打印介质上。现 就打印机的标准配置为例简要说明b t p 2 0 0 0 d 二维条码打印机的工作原理： 打印机启动后自动寻找打印介质，通过读取标记及计算两标记间距离等方式将 打印介质送到适当的打印位置( b t p 2 0 0 0 d 独有的自动上纸功能) 。 接收到打印命令后电机继续运转，主控板将打印内容转换成数据传递到打印 头，打印头局部发热，通过色带将打印内容转印到打印介质上。 打印完毕后电机继续运转，将打印介质送到滚刀模块的适当位置。 主控板控制滚刀运动，将打印完的票面切离打印介质。 _ 电机回转将打印介质退回到打印位置，准备打印下一张票面。 3 2b t p - 2 0 0 0 d 二维条码打印机总体设计思路 为开拓国内二维条码打印机市场，在分析重点样机及广泛的市场调研的基础 上，结合国内工艺水平，将b t p 2 0 0 0 d 二维条码打印机的总体设计思路确定如下： 确定开发具有自主知识产权的p d f 4 1 7 码算法，使设计的b t p 一2 0 0 0 d 二维条码 打印机完全拥有自主知识产权，为以后的发展奠定基础。 中立扳及左支撑板不采用整体铸铝件而采用2 至3 毫米的铁板，这样可以用 数控冲床直接冲压，解决加工及工艺上的难题，同时降低零件成本。 采用具有热历史控制功能的高速打印头并应用驱动i c 的设计控制条码打印的 效果，这样可有效解决打印头发热滞后及余热产生圆头的难题。 采用智能化的标志识别系统，使线路板元件的老化及工作环境的变化对打印 机的影响降到最低。 重新设计打印机外观，改善操作空间，使b t p 2 0 0 0 d 更符合人机工程学的要 求 山东大学硕士学位论文 ! ! = 竺! = ! = = ! 竺! ! 竺= ! = ! ! = ! ! = = ! = 竺= ! ! = = ! = = ! 竺! = ! = = ! 竺 尽量采用国产零部件，减少对国外零部件的依赖，提高反映速度，降低整机 成本。 采用模块化设计，使装配、拆卸方便，易于维护。 在机械设计方面进行重大调整，设计的所有零件要在保证整机性能的前提下 符合目前的加工水平，降低零件对精度的过分依赖性。 3 3 b t p 一2 0 0 0 d 打印机功能模块的划分 为便于设计及管理，在总体设计过程中( 特别在机械设计方面) 将b t p 2 0 0 0 d 二维条码打印机按功能划分为以下几个模块。这样按功能划分模块后可组织多人 进行并行设计，一人可负责一个或多个模块的设计，分工合作，不但可提前实现 量产，还可培养人才，减少不必要的资源浪费： 外观模块：外观模块包括液晶、按键等部件；外观不但要求美观大方，还要 求人性化，易于操作。1 。该部分工作一般由工业设计人员完成。 打印模块：打印机核心模块之一，包括打印头的选择、打印头与打印胶辊的 定位。该部分工作一般由高级工程师负责。 进纸模块：打印机核心模块之一，包括逼纸方式、标志传感器的选取及探测 标志功能的实现。该部分工作与打印模块一起由高级工程师负责。 色带模块：色带迸给装置，包括色带传感器的设计及功能实现。要求主要解 决色带的平稳进给。该部分工作一般由资深工程师负责。 给纸模块：打印介质安装模块，主要考虑适用打印介质类型，打印介质的平 稳送给。该部分工作可由助理工程师在高级工程师的指导下完成。 传动模块：打印机核心模块之一，主要实现电机到打印胶辊的动力传递、电 机到色带组件的动力传递，要求保证传动的精确性以及维护的方便性。该部分工 作一般由高级工程师负责。 电源模块：保证打印机的电源供给，主要解决外界电源的变化对本机功能的 影响以及输送电路对控制模块的影响。该工作一般由电源设计工程师负责。 山东大学硕士学位论文 主控板模块：打印机核心模块之一，主要解决打印机的控制、转换、打印等 功能。包括操作系统的兼容、打印功能的控制、各部分模块的协调工作以及其它 应用软件。由于工作量大一般由多个高级工程师组织多人完成。 滚刀模块：主要负责打印完的介质分离工作。由于滚刀一般情况下从外协厂 家购买，因此其实际工作为滚刀的选型及滚刀与打印机的完美组合。该工作一般 由资深工程师负责。 撕离模块：打印机辅助模块，用于代替滚刀的低成本设计。该工作一般由设 计滚刀模块的工程师负责。 剥离、绕卷模块：打印机辅助模块， 实现难度较高且与进纸模块配合要求高， 负责。 3 4 人性化设计 用于打印不干胶纸的设计。由于该功能 因此一般由负责进纸模块的高级工程师 如何更好的协调使用者与产品之间的关系，方便用户，人性化设计的观念越 来越深入人心，特别是今天，电子计算机为代表的电子技术已经深入到我们生活 的各个方面，强调产品的使用方便性尤为重要。 我们选购的液晶为双排汉字液晶，比国外条码打印机通常采用的英文液晶更 易被国人认识。按键注释采用中英文对照的方式，这样层次低一点的操作者能够 根据按键上的中文注释进行简单的操作，层次较高的操作者能根据英文注释进行 复杂的操作和调配，降低机器的操作难度。 b t p 一2 0 0 0 d 二维条码打印机将采用通道敞开式结构，能够最大程度地方便操作 者使用。智能化的上纸系统，方便用户上纸操作。 3 5 关键模块的设计要点 为尽快完成设计任务、少走弯路，在设计初期确定各关键模块的设计要点是 非常有必要的。通过仔细分析，确定各关键模块的设计要点如下： 打印模块作为打印机核心模块之一其设计是否合理对整机效果有直接的影 山东大学硕士学位论文 响，因此提高打印线位置精度并保证打印头两端的压力平衡是打印模块的设计要 点。 进纸模块对整机的效果也起着重要作用。由于国内打印介质质量参差不齐， 如照搬国外只用一逼纸块逼纸的方式就不能完全保证打印介质平直向前运动；同 时受国内探测传感器精度、探测范围等因素的影响对打