墨水还有多少?打印厂商那些不为人知的技术

来源:PConline 发布日期:2017-12-06 260

 

用户常用的喷墨打印机经常抱怨墨水不够用价格昂贵,动辄系统提示墨水不足,换个墨盒动辄上百元。有些细心的用户会发现即便系统提示墨水用完但依然可以打印,这难道是厂商为了加快用户换墨盒提升收益的小猫腻么?喷墨打印机如何检测墨盒容量?为什么墨盒容量监测并不准确呢?各大厂商对于墨水监控有何不同之处呢?

我们可以发现,现在墨盒多带芯片,这种芯片到底是做什么用的呢?其实很多品牌带芯片的耗材专利中指明:芯片是存贮装置、记忆装置、记录消耗量装置。没有芯片以前,通常靠目测墨终,不提前予报“墨终”信号,可能会造成打了一半,耗材用尽而丢失实时信息。芯片作用是防止打印头在无墨水或无墨粉情况下运行,保护打印头。

为了防止打印过程中突然墨终,利盟从1998年开始使用芯片,HP从2001年开始使用芯片,2005~2006年又有50多种打印机使用了芯片,后发展到几乎所有厂商打印机上均使用了芯片,全球形成了打印专用芯片企业群体,一批耗材芯片厂也就应运而生了。

发展芯片功能日趋复杂,有的识别码元序列长达128bit,最近密码长达192 bit,要破解密码难度越来越大;有的功能扩大到识别是不是原装耗材;有的耗材与打印机有联系,当识别不是本公司耗材时,锁定了打印功能,并记录该打印机使用了非原装耗材,机器不予保修,使维修书成一纸空文,为厂商制定免责条款和霸王条款提供了依据。

与一般人想象中的不同,通常耗材上的芯片为一次性使用,厂商迫于全球提倡3R(Reuse、Reduces Recycle)的压力,有的也将芯片设计成限定加粉次数。 芯片作为耗材使用量记忆装置,理应可以改写或清零厂商由于欧共体WEEE的严格规定,芯片在欧洲是可以重写的,但。。。在差异化竞争的驱使下,芯片越来越复杂,并成为对付竞争对手的重要手段。

2000年打印耗材中用芯片问世不久,美国《Computer》杂志评述全球最差的五个产品中第一个就是带芯片的墨盒,认为该厂商无以伦比的技术,可能要毁在这个不起眼的小东西上。

美国一位专栏作家,虚构了一个故事,某汽车厂在油箱上放一芯片,专门识别汽油的密码,当发现不是本公司汽油,就关闭发动机,尽管在汽车上没有实现,但在打印机上,这项功能已经实现,靠芯片构筑技术壁垒,抵制代用品的介入。

实践证明,芯片是开环控制的,当有芯片的墨盒发出“Inkout”信息时,余墨量高达30%以上,芯片并不真正地反映含墨量,各国消费者投诉有芯片的耗材,对不能物尽其用的芯片造成耗材浪费。

惠普墨盒剩余墨量如何检测

在1995年,中国惠普向中国专利局申请了专利,名字叫做“用于喷墨打印系统的具有油墨保有量检测电路的油墨容器及确定油墨保有量的方法 。

这里要先明确的是几个问题。首先墨盒里面为何有很多聚合物”棉花“一样的东西?因为墨盒是向下的,液体的特性就是要向下流动,墨盒首先要保障不会自己就往下流淌。要知道最早的喷墨打印产品都是水平发射的。所以实现的办法就是要利用好表面张力,或是负压。

普专利的核心在于墨滴计数。我们知道热发泡打印技术,原理是喷嘴附近有个电阻,这个电阻加热导致墨水沸腾、喷出墨水。可以通过输送给打印头多少加热墨水的信号,来估算喷射出去墨水的数量,这是统计方法之一。

当然这种办法不够准确,因为沸腾喷射出去的墨滴大小一致性一般,所以容易产生累计的误差导致算不准。所以,惠普将这个称之为近似计数,这是一个8位的二进制数据,可以表示2的8次幂,也就是256位。

在墨盒生产之前,惠普会进行测试,根据注入的墨水量和喷射的墨滴数来获得一个数据,这个称之为精确计数。墨盒上的芯片写有这个数据,也就是每次256位计数写满的时候,会触发一次精确计数,这个数字是墨盒墨水量的12.5%,也就是八分之一,然后这个8位二进制数再重新开始计算,这样8次过后就把一个墨盒消耗完成。在墨盒内部也有传感器,来检测墨水剩余的情况。这个数据会返回给计算机,这样计算机就知道消耗了多少墨水,驱动程序就能显示墨水的剩余状态。

佳能墨盒剩余墨量如何检测

佳能的打印机,在有打印头的墨盒上采用的墨水统计算法和惠普应该是一致的,这与佳能、惠普多年来的合作不无关系,双方在打印领域的专利有多种授权方式。不过佳能的一些高端墨盒、打印头独立的产品上,可以看到在墨盒安放位置有红光。

这种技术是通过墨盒底部的棱镜以及LED来进行液面检测,佳能在1998年于美国注册了这个专利,专利号为US 6361136 B1。这种技术是用来检测当墨水即将耗尽的时候进行墨水余量的感知。而耗尽前的感知还是同过墨滴计数一类的办法来实现的。

在专利中,佳能设计了多种墨水感知的方案。而在实际的产品上,我们看到佳能应用的是三角形的小棱镜。这个装置的细节如图,剖面上可以看到一侧的发光装置以及另外一侧的接收器。

当墨盒中墨水没有的时候,这个小三角棱镜与液体之间,会形成一个类似全反射棱镜的现象,这样另外一侧接收器接收到的信号强度很高。而当墨水液面高于棱镜的时候,开始有光穿透棱镜散射到了墨水中,接收端探测到返回的光量比较少,这样机器就知道了墨水还足够。

爱普生墨盒剩余墨量如何检测

爱普生用的是微压电打印技术,这和佳能、惠普的热发泡技术完全不一样,他是依靠压电晶体的形变将墨水从页面推出。这个推出过程中,液体会形成震荡,爱普生的墨水余量计算就是利用这种震荡。爱普生的墨水检测专利在中国的专利号是CN 1380852 A。

爱普生的墨水计算一样离不开估算。这种估算是基于压电信号的多少已经墨滴的大小,因为微压电技术对这两个状态的控制更精确一些,所以可以建立一个基于打印多少墨滴的估算值。
爱普生的微压电打印头上装有传感器,当一定量的墨水同过打印头的时候,压电器件的输出会有很大的变化,利用这种变化,就可以得知墨盒为空和墨盒充满墨水时候输出的不同,这两个值之间来判断墨水比较精确的消耗。这个数据和前面的估算值进行比较、矫正,就可以比较精确的知道墨水用了多少。这个数据会在墨盒上的芯片不断的累计,并同过驱动程序来为用户提供可视化的余量显示。

无论是哪一家的办法,我们都可以看到都难言完美的检测到底还有多少。所以墨盒余量设计的初衷,就是保障在尽可能多的消耗,也不会出现墨水消耗没了、但是驱动程序显示墨水还有一点点的现象,一定是驱动程序显示墨水已经没有提示更换,但实际墨盒里还有一点点。这也是在保护打印头,比如热发泡的打印头,电阻干烧没有墨水会让打印头容易损坏。而打印机企业在墨盒里灌注的时候,也比标称的容量多灌注大约10%左右作为冗余。