CC BY
49
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
УДК 681.2
DOI: 10.17586/0021-3454-2016-59-5-395-399
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ЭКРАННОГО ПРОЕЦИРОВАНИЯ
и. ю. шмигельский
Университет ИТМО, 197101, Санкт-Петербург, Россия E-mail: shmigelsky90spb@gmail.com
Рассматриваются различные способы изготовления элемента проекционного экрана с растровым отражающим покрытием. Проанализированы технологии изготовления регулярного рельефа отражающей поверхности, такие как ударно-матричное прессование, лазерное структурирование, 3Б-печать, гальваническое копирование. Приведены результаты исследования образцов отражающей поверхности, изготовленных по перечисленным технологиям, и проанализированы оптические характеристики образцов.
Ключевые слова: проекционный экран, растровый экран, изготовление отражающей поверхности
Для обнаружения и сопровождения объектов, в частности потенциально опасных объектов окружающего пространства, используются оптико-электронные системы (ОЭС).
В целях отработки программного обеспечения и решения задачи применения оптических локационных станций разработан имитационный стенд фоноцелевой обстановки на базе инновационного растрового экрана [1]. Испытания ОЭС на стенде позволяют не только осуществлять имитацию редких и специальных атмосферных явлений, но и проводить работы непрерывно, что обеспечивает значительную экономию средств и времени по сравнению с натурными испытаниями [2]. В типовой состав имитационного стенда входят проекторы, проекционный экран, цифровой вычислительный центра обработки информации и блок программного обеспечения.
Одной из важнейших характеристик проекционного экрана является коэффициент яркости. Для увеличения яркости изображения разработаны специальная отражающая поверхность и технология ее изготовления [3]. Решение этой задачи потребовало проведения исследований, связанных с использованием различных технологий для изготовления оригинала отражающей поверхности. Обычно применяется технология ударно-матричного прессования, имеющая, однако, ряд недостатков. Для изготовления деталей требуется технология с высокой производительностью нанесения качественного рельефа, тогда как высокая скорость нанесения рельефа ударно-прессовым методом не позволяет получать требуемое качество микрогеометрии каждой детали. Например, шестигранные ячейки микрогеометрии отражающей поверхности элемента проекционного экрана имеют вытянутую форму в направлении сканирования. При одном полном проходе матрицы ряды ячеек не одинаковы по ширине с частичным наплывом друг на друга (рис. 1), что негативно сказывается на свойствах отражающей поверхности, нарушая регулярность структуры рельефа из правильных шестигранников.
Кроме того, при реализации технологии ударно-матричного прессования пластины с отражающей поверхностью имеют толщину около 10 мм при длине и ширине примерно 80—150 мм. Собранный из таких пластин проекционный экран является аппроксимацией сферы, а бесщелевая сборка такого экрана имеет свои трудности.
Рис. 1
В ходе исследований по технологии ударно-матричного прессования изготовлена подложка методом фрезерования. При фрезеровании обычной фрезой (рис. 2, а) наблюдаются штрихи, одинаково направленные вдоль растра. Фрезерование алмазной фрезой (рис. 2, б) позволяет реализовать шероховатость порядка яа = 0,40...0,60 мкм и избежать описанного выше эффекта.
Рис. 2
Для анализа возможности изготовления отражающей поверхности проекционного экрана были исследованы также пробные образцы, изготовленные методами лазерного структурирования (рис. 3) и эб-печати (рис. 4).
Рис. 3
Образец, изготовленный методом лазерного структурирования, имеет широкие перемычки между ячейками, наличие которых вносит дополнительную погрешность в процесс
построения изображения на экране. На рис. 4 наблюдается высокая степень зернистости поверхности образца, что приводит к снижению коэффициента отражения. Особенностью технологии изготовления образца на эб-принтере является использование порошков для спекания материала, что делает невозможным получение образцов с оптической степенью чистоты поверхности.
Рис. 4
Измерение оптических характеристик образцов, изготовленных методом лазерного структурирования и методом эб-печати, подтвердило, что данные поверхности не удовлетворяют требованиям.
В ходе исследований рассматривалось изготовление отражающей поверхности методом гальванического копирования ее оригинала. Данная технология состоит из следующих этапов:
— изготовление оригинала отражающей поверхности;
— изготовление контроригинала гальванокопированием с оригинала;
— серийное изготовление отражающей поверхности гальванокопированием с контроригинала.
Изготовление оригинала базировалось на отработанной ранее технологии [4]. Задача заключалась в изготовлении качественного оригинала с заданными геометрическими параметрами рельефа и оптической чистотой отражающей поверхности.
Для отработки технологии гальванокопирования были созданы специальные оправы.
Для первого эксперимента были изготовлены медное зеркало (рис. 5), обладающее 14-м классом чистоты поверхности, и оправа для гальванокопии этого зеркала. Полученная никелевая копия имела сильную адгезию с медной поверхностью. Отделение копии от зеркала нарушало целостность самой копии и приводило к повреждению оригинала, соответственно дальнейшее использование копии становилось невозможным.
Рис. 5
Следующий эксперимент заключался в копировании регулярного рельефа алюминиевой пластины из материала АМг-6 (рис. 6, а). Адгезия между АМг-6 и никелевой копией значительно
слабее, чем между медью и никелем. Полученная копия (рис. 6, б) отделялась от алюминиевого оригинала без их повреждения.
а) б)
Рис. 6
Сравнение под микроскопом полученного никелевого контроригинала (рис. 7, б) с оригиналом отражающей поверхности — алюминиевой пластиной с регулярным микрорельефом (рис. 7, а) — показало, что качество копирования достаточно высокое.
а) б)
Рис. 7
Недостатком технологии гальванокопирования является низкая производительность изготовления отражающей поверхности, однако высокая точность копирования оригинала и низкая себестоимость технологии делает ее наиболее привлекательной на текущем этапе исследований.
Таким образом, для изготовления отражающей поверхности проекционного экрана предлагается использовать технологию гальванокопирования на основе изготовления оригинала методом ударно-матричного прессования. По результатам экспериментов по гальванокопированию регулярного рельефа отражающей поверхности получены качественные образцы контроригиналов с удовлетворительными оптическими характеристиками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Валетов В. А., Шмигельский И. Ю. Конструктивно-технологические особенности стенда имитации фоноцелевой обстановки // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 4. С. 304—307.
2. Строгалев В. П., Толкачева И. О. Имитационное моделирование. М.: МГТУ им. Баумана, 2008.
3. Пат. 2557590 РФ. Способ производства элемента проекционного экрана, элемент и проекционный экран, произведенные этим способом / Ф. И. Калугин, И. М. Киреев, А. А. Львов, В. М. Чекмарёв, И. Ю. Шмигельский. 28.03.2014 г.
4. Шмигельский И. Ю. Анализ индикатрис спектральных коэффициентов яркости поверхностей с различной микрогеометрией // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58, № 4. С. 312—314.
Сведения об авторах
Илья Юрьевич Шмигельский — аспирант; Университет ИТМО; кафедра технологии приборостроения;
E-mail: shmigelsky90spb@gmail.com
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
технологии приборостроения 29.02.16 г.
Ссылка для цитирования: Шмигельский И. Ю. Исследование технологий создания систем экранного проецирования // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 5. С. Э95—Э99.
STUDY OF TECHNOLOGIES OF SCREEN PROJECTION SYSTEM MANUFACTURING
I. Yu. Shmigelsky
ITMO University, 197101, St. Petersburg, Russia E-mail: shmigelsky90spb@gmail.com
Various ways of replicating the projection screen elements with raster reflective coating are considered. Technologies using shock-matrix method, laser structuring, 3D-printing, and method of galvanic copying are analyzed. Results of investigation of samples manufactured with the above technologies are presented; optical characteristics of the samples are examined.
Keywords: projection screen, raster screen, reflecting surface manufacturing
Data on author
Ilya Yu. Shmigelsky — Post-Graduate Student; ITMO University, Department of Instrumentation
Technologies; E-mail: shmigelsky90spb@gmail.com
For citation: Shmigelsky I. Yu. Study of technologies of screen projection system manufacturing // Izv. vu-zov. Priborostroenie. 2016. Vol. 59, N 5. P. 395—399 (in Russian).
DOI: 10.17586/0021-3454-2016-59-5-395-399
