Экспериментальное исследование следов, обусловленных дефектами фоторецепторного слоя барабана картриджа лазерного принтера

Все современные электрофотографические аппараты имеют скорость печати (в монохромном режиме) не менее 12 листов в минуту, которая позволяет при скорости печати 12 листов в минуту напечатать более 700 листов за час, более 17 000 листов за сутки и более 500 000 листов за месяц, что существенно превосходит ресурс самих устройств печати и копирования (жизненный цикл которых обычно составляет от нескольких до десяти лет, а при небольшой нагрузке и более).

С целью предотвращения повышенного износа деталей и механизмов принтера и преждевременного выхода из строя оборудования производители техники ограничивают допустимую нагрузку. Эти данные отражены как в характеристиках устройств на официальных сайтах фирм-изготовителей, так и в руководствах к устройствам, прилагаемых в комплекте поставки.

Например, для модели цифрового копира Canon iR 2016J формата А3 на сайте компании в разделе «Рабочие нагрузки копирования» указаны следующие данные: рекомендованная нагрузка копирования А4/месяц – 3 500 листов, максимальная нагрузка копирования А4/месяц – 20 000 листов, при этом имеется следующее примечание: «В рамках гарантийного обслуживания не осуществляется устранение неисправностей, возникающих по причине превышения максимальных объемов копирования».

Для используемого в ходе эксперимента принтера HP LaserJet 1018 данные нагрузки составляют: рекомендуемая – до 1000 отпечатков в месяц и, соответственно, максимальная – до 3000 отпечатков. Для более новых моделей принтеров и иных электрофотографических устройств копирования заявлены более высокие значения нагрузки, однако и скорость печати либо копирования данных устройств обычно выше.

Целью экспериментального исследования явилось определение устойчивости отображения признаков следов, обусловленных дефектами фоторецептора электрофотографического печатающего устройства, в зависимости: 1) от количества копий, 2) фона документа, 3) сорта используемой бумаги.

1. На монохромном лазерном принтере марки HP LaserJet 1018 был установлен картридж (без повреждений светочувствительного слоя), на фотобарабан которого предварительно были нанесены незначительные повреждения (царапины) количеством восемь, длиной около 3 мм. После этого были изготовлены экспериментальные образцы: пропущены десять листов без печати изображений, десять листов с текстом и, соответственно, десять – с рисунками (в которых встречались как светлые, так и темные тона). На каждом из полученных образцов были обнаружены по восемь дорожек повторяющихся мазков.

В ходе эксперимента использовалась белая листовая бумага для офисной техники формата А4 International Paper SvetoCopy класса С плотностью 80 г/м² производства Светогорского ЦБК (Россия).

Микроскопическим исследованием (использовался микроскоп МБС-10 и кольцевой волоконный осветитель) установлено, что взаимное расположение, размеры и форма отобразившихся мазков от дефектов создают уникальный комплекс признаков, который позволяет индивидуализировать фоторецептор электрофотографического устройства. На светлом незапечатанном поле образцов следы отображались в виде темных точек, линий и фигур.

На запечатанном «светлом» и «темном» фоне, а также на знаках текста следы от дефектов представляли собой также точки, линии и фигуры со светлыми ореолами.

2. Последующий этап эксперимента состоял в исследовании устойчивости признаков повреждений фоторецептора во времени при его износе.

На принтере «прогонялись» листы бумаги формата А4. После прогона каждых 500 листов делались контрольные пометки на оборотной стороне (0, 500, 1000, 1500). В процессе печати при достижении 1000 экземпляра в картридже закончился тонер, поэтому он был заправлен тонером HP Q2612 расфасовки ProfiLine (тонер производства AQC Group, США), аналогичным ранее заправленному.

Визуальным и микроскопическим исследованием, а также измерением расстояния между дефектами было выявлено, что взаиморасположение отображаемых следов не трансформировалось, общие размеры и форма видоизменились незначительно, как правило, в сторону увеличения размеров (в пределах 0,01-0,03 мкм). В некоторых случаях наблюдалось обратное – уменьшение размеров следов от дефектов фоторецептора, что, по-видимому, связано с постепенным забиванием тонером «раковин» от повреждений.

Рассмотрим полученные результаты на изображениях отдельно взятого признака на незапечатанном поле документа, на светлом и на темном запечатанном фоне, а также на знаках текста; фотосъемка отпечатков про-изводилась с увеличением 56 крат (рис. 1).

Рис. 1. Вариационный ряд отдельно взятого дефекта на незапечатанном фоне а) после прогона 500 листов; б) после прогона 1000 листов, в) после прогона 1500 листов.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что износ исследуемого фоторецептора в течение достаточно большого промежутка времени влияет на изменение признаков незначительно, а именно, при получении 2000–3000 отпечатков текста с одного фоторецептора, что соответствует одной заправке картриджа. Следует отметить, что увеличение размеров следов, обусловленных дефектами, происходит преимущественно по направлению, совпадающему с ходом движения бумаги по барабану фоторецептора. На основании полученных результатов можно утверждать, что признаки следов от таких дефектов обладают достаточной устойчивостью для идентификации фоторецепторов.

3. Поскольку существует большое разнообразие типов, видов бумаги, в процессе печати и копирования может использоваться бумага всевозможных сортов и производителей. С целью установления влияния различных сортов бумаги на отображение признаков, а также на изменение поверхности светочувствительного слоя был подобран сильно изношенный фотобарабан (замененный по причине несоответствия предъявляемым пользователем требований к качеству получаемых изображений).

На документах (свободных образцах), напечатанных при помощи данного картриджа, присутствовали дефекты в виде множества повторяющихся точек, а также фона, связанных с общей «усталостью» (изношенностью) фоторецептора.

Проведение эксперимента было продолжено на том же лазерном принтере марки HP LaserJet 1018, при этом в картридже (который использовался в предыдущем эксперименте) была произведена замена фотобарабана на барабан, используемый в предыдущем эксперименте. С целью получения дополнительных признаков к «исходному материалу» на исследуемый фотобарабан были нанесены незначительные повреждения (царапины, потертости) в количестве четырех, размерами около 5-6 мм. После этого были сделаны контрольные отпечатки: десять чистых листов, десять листов с текстом и десять с рисунками (в которых встречались светлые и темные тона).

Далее производилась печать на принтере: осуществлялся «прогон» листов бумаги формата А4 сериями по 50 штук, запуск следующей серии производился через 5–10 минут. После прогона каждых ста листов делались контрольные отпечатки. Листы на оборотной стороне помечались – 0, 100 и так далее.

В ходе эксперимента использовалась белая листовая бумага для офисной техники формата А4 Ballet Premier класса В+ плотностью 80 г/м² производства Светогорского ЦБК (Россия) (согласно информации на упаковке бумаги входит в состав International Paper США), в дальнейшем называемая «Балет Премьер» и бумага писчая формата А4 плотностью 65 г/м² (ГОСТ 6656) производства Туринского ЦБК (Россия), в дальнейшем называемая «Бумага писчая».

В процессе исследования образцов, изготовленных на разных сортах бумаги, обнаружены некоторые различия в отображении признаков (форма, конфигурация), однако они являются незначительными. Также не наблюдалась корреляция между используемым в эксперименте сортом бумаги и устойчивостью данных признаков. Следовательно, у нас отсутствуют достаточные основания утверждать, что сорт бумаги в значительной степени влияет на отображение следов от дефектов и износа фоторецептора, поэтому данный вопрос требует более тщательного изучения и проведения дополнительных исследований.

При проведении дальнейшего экспериментального исследования было установлено, что на отображение данных признаков (в особенности от дефектов малого размера, поскольку такие следы не имеют устойчивой формы и не обладают необходимым комплексом уникальных отличий) влияет заполнение фона документа, поэтому они не всегда могут служить достоверным источником для идентификации фоторецепторов. Однако совокупность таких отображений можно исследовать по линейным показателям: соединив, например, их между собой линиями, получим некоторые фигуры. Количество, взаиморасположение следов от дефектов фоторецептора, расстояние между ними образуют устойчивые идентификационные признаки.

Следует отметить, что в основном пользователям достаточно возможностей (качества, скорости и объемов печати), которыми обладают модели принтеров и копировальных аппаратов начального уровня. Чем дешевле устройство, тем больше оно распространено, и наоборот.

Таким образом, принимая во внимание рекомендации производите-лей и результаты, полученные при экспериментальном исследовании, можно утверждать, что следы фоторецепторного слоя устойчивы, информативны и достаточны для его идентификации.