Определение технологических параметров при растровом гравировании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

----------------------------------------© И.Н. Миков, В.И. Морозов,

Н.С. Стефанова, 2004

УДК 681.5

И.Н. Миков, В.И. Морозов, Н. С. Стефанова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ РАСТРОВОМ ГРАВИРОВАНИИ

Семинар №20

~П технологическом процессе копирова--Я-М ния художественного изображения, при решении задачи растрирования, [1, с.341] необходимо определение глубины внедрения (т.е. амплитуды удара) и шага долбяка (т.е. периода следования импульсов удара и скорости подачи по строке).

Долбежный резец, погружаясь в материал заготовки, создает так называемые пробельные элементы:

^Н Д =1( и видео ),

где ДН д - глубина погружения (долбления), и видео - уровень видеосигнала. При этом происходит преобразование линейного перемещения долбяка ДН д вдоль оси г в относительную площадь пробельного элемента 5 [2, с. 19]:

•5 =ЛМ д ) = (Я 0 где Япр

5 пр)/ Я о , пр- площадь пробельного элемента, Величина относительной площади пробельного элемента 5 при общей площади растрового элемента 50 должна быть такой, чтобы обеспечить равенство оптической плотности оригинала Лор и интегральной (визуальной) оптической плотности Лв, воспринимаемую потребителем.

Этот этап декодирования аналитически описывается уравнением Шеберстова-Муррея-Девиса, [2 с. 19]:

г'-Вп + (1-5)10'Во]

Пв = -№*10^

(1)

где Лв - интегральная оптическая плотность, Лп - оптическая плот-

Рис. 1. Отображение зависимости интегральной оптической плотности от нормированной глубины внедрения при математическом моделировании в МАГИСАВ

ность поверхности полированной заготовки, £>0 - оптическая плотность пробельного элемента (следа долбяка).

При заданных параметрах для конкретной заготовки оптических плотностях исходной поверхности Дп и пробельного элемента £>0 способ получения необходимой величины £>в заключается в варьировании следующего:

• изменением диаметра лунки, что при пирамидальной форме рабочей части долбяка, осуществляется изменением величины импульса удара

I=I (иВВДео);

при этом, импульс удара характеризуется своей амплитудой, т.е. имеет место амплитудно-импульсная модуляция;

• изменением шага лунок 8, что осуществляется или изменением величины подачи по строке У3, или изменением периода Т следования импульсов удара

8= У5 * Т,

т.е. имеет место частотно-импульсная модуляция. В [2, с. 19] приведен пример формирования лунки.

Определим максимальную глубину внедрения долбяка, которая возникает при а = 28, и следовательно

А^д тах= %

(2)

Растровый таг по кадру йпдр= - ПИТ привода по

.— калпу

Sap* &вч>-площадь растрового элемента -------------

So= (2* А„ б*,)10,5 •(!■«)

При а = 90 ° \ / | 8с„ = Лгвд/2*)И2(Ы)

оА» “1 1

7

Диагональ

пробельного

элемента

------ 4^, = 2А„2*

8сп>(1-*)

(4)

Рис. 2. Алгоритм определения периода Т растр и шага йрастр растрирования

Нормируем глубину долбления:

^дн — Aha/Aha max —

= Aha max/^'ctg % (3)

где Ahx - текущее значение.

Значения относительных площадей через нормированные глубины долбления запишутся

* _jl - 2hL, при 0 < hdK < 0,5

* “[2(1 -hdK)2, при 0,5 < hdK < 1

В этом случае выражения для интегральной оптической плотности запишутся:

-lg[2hi2„ *10~“ = (1 - 2h‘n) *10~“], яри 0 < к3н < 0,5,

-lg[(1-2(1 -hJ2))*10-" + 2(1 -hJ2*10-“], при 0,5<h,< 1

(5)

С учетом оптических свойств минерала, примем оптическую плотность поверхности полированной заготовки Da — 2, а оптическую плотность пробельного элемента Do —

0,5.

Графическое отображение уравнения (5), с учетом выше сказанного, сделанное в МАТН-САБ, показано на рис. 2 [3].

Глубина внедрения долбяка определиться с учетом выражения (3) и угла заточки долбяка а = 90°:

ДНД = Ндн ДНд тах= Ндн ^ с^§ ^ = Ндн ^,

в примере, при угле заточки долбяка а = 90°, шаге растрирования 8 = 0,089 мм необходимая глубина внедрения будет равна ДНд = 0,023 мм.

Диагональ пробельного элемента «а», т.е. длина штриха при внедрении «^внедрения» (след долбяка на поверхности минерала при внедрении) составит

а = -^внедрения = 2 ^Нд 12 (6)

Рис. 3. Отображение зависимости относительной площади растрового элемента от нормированной глубины внедрения при математическом моделировании в МЛТИСЛО

Рис. 5. Длина строчного штриха при внедрении а минерал

Далее на рис. 2 представлен алгоритм определения периода Трастр и шага 8расхр растрирования.

Для реализации этого алгоритма необходимо задание шага по кадру ДУкадр и определение величины 5 = Х^дн). При условии выполнении требований по линеатуре Ь (отсутствие «заметных» кадровых линий) получается при Дукадр ~

2АИЛ тах , а дополнительный скол с и 0 при Мд тах < 0,1 0,2мм [8], то есть Дукадр ~

0,1 - 0,2 мм .

На рис. 3 графически отображено уравнение (4) - зависимость относительной площади растрового элемента 5 от нормированной глубины внедрения кт

В примере, по рис. 1 при интегральных оптических плотностях £>в = 0,5 или 2,0 нормированной глубине внедрения составит кт = 0,95 или 0,05, а относительная площадь растрового элемента по рис.6 составит 5 = 0,05 или 0,98 , шаг растрирования (при АуКа(,р = 0,1 мм) по рис. 4 составит 8стр = 0,052 мм или 0,4 мм.

Период максимального растрирования, исходя из частотных характеристик ЭМП

(/собственное = 71 Гц^ СОСТаВИТ Тпружины = Трастр мин =

1,4*10 "2 сек., что соответствует величине подачи для светлых полутонов (первое усло-вие)^ светл = ^стр/Трастр мин = 3,75 мм/сек или периоду растрирования для черных полутонов

T

1 г

растр макс, V прив const

SCTp/V* светл

— 0,4/3,75 —

0,106 сек. Такое растрирование, которое получается при постоянной скорости привода и смене пикселя при каждом шаге привода по строке, является нежелательным. Обычным режимом является соотношение, при котором шаг растрирования £Стр темн может занимать несколько шагов привода по строке Лхстр а смена пикселя должна происходить только в том случае, когда выполнен необходимый шаг по строке 4;тр темн , ПРИ этом период растрирования ДЛЯ черных полутонов Трастр макс МОЖвТ быть резко уменьшен за счет увеличения скорости подачи У5, при условии, что он не меньше Трастр мин. Таким образом, для реализации высокого качества и производительности при гравировании необходим режим с регулируемыми сменой пикселя и скоростью подачи У5.

Ранее (6) рассмотрен случай формирования диагонали пробельного элемента «а» при останове привода подачи (V* — 0, частный случай), однако в реальных условиях идет непрерывная строчная подача и V* Ф 0. Рассмотрим этот вариант формирования длины строчного штриха, в которой «а» является одной из составляющих. При внедрении долбяка в минерал (в условии подачи) происходит скрабирование минерала. Длина этой части штриха определяется временем нагружения гв минерала и величиной подачи V*. При возврате долябка им также скрабируется минерал. Длина этой части штриха определяется той частью времени возврата долбяка ГВОЗВр, которая соответствует его нахождению в минерале Trev и, также, величиной подачи V*, Кроме того, другая составляющая появляется из-за притупления A1. На рис. 5 показано формирование длины строчного штриха в общем случае при внедрении долбяка.

Рассмотрим это формирование с учетом скрабирования, притупления и внедрения долбяка путем моделирования в MATHCAD.

Зададимся:

• шаг растрирования по строке составит

8— 1 мм (шаг растрирования по строке специаль-

но увеличен и вместо 8— 0,25 мм взят с учетом наглядности графика);

• специально увеличен и вместо 8 — 0,25 мм взят с учетом наглядности графика;

• глубина внедрения долбяка z — 0,2 мм;

• длина и шаг графика 0, 0,01 ... 3 мм;

• ширина притупления острия долбяка A — 0,02 мм;

• время нагружения (разрушения) минерала rnag — 10"3сек;

• величины строчной подачи V = 20 мм/сек и VI = 10 мм/сек;

• время возврата долбяка, которая соответствует его нахождению в минерале тге, = 0,7*10'2сек .

Дополнение штриха от скрабирования при возврате Ь скра6 в03враха существенно ПрОЯВЛЯвТСЯ при изменении величины подачи в случае больших глубин внедрения долбяка, когда велико время возврата долбяка, которое соответствует его нахождению В минерале (Ь скраб возврата = Vs * т„у. = 0.07 мм, 0,14 мм ). Дополнение штриха от скрабирования при внедрении Ь скраб внедрения при изменении величины подачи в случае больших глубин внедрения долбяка не существенно.

Это объясняется тем, что время разрушения минерала не зависит от глубины внелрения долбяка и относительно небольшое дополнение

1 Mikov I., Morozov V. Computer technology for facsimile engraving minerals. Sofia, Bulgaria.: Proceedings of the international scientific session, Management of natural and technogenic risks, University of Mining and Geology «St. Ivan Rilsky», 2001, — c.341-343.

штриха Ь СКраб внедрения НИВвЛИруеТСЯ большой ДЛИНОЙ штриха ОТ внедрения долбяка Ь внедрения. В случае малых глубин внедрения долбяка наблюдается обратная картина.

Отсюда вытекает второе условие для определения V... Для обеспечения минимального искажения величины интегральной оптической плотности белых полутонов необходимо, чтобы длина штриха скрабирования возврата Ь скраб возврата не превышала 10% диагонали пробельного элемента «а» (Ь скра6 возврата = V. * Т„„. < 0,1*а)

V. < 0,1*2 АНЯ ^ 72/тгеу.

В нашем случае V. < 0,04/0,7* 10-2 = 6 мм/сек.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2 Миков И.Н., Морозов В.И., Павлов Ю.А., Технологические принципы факсимильного механического копирования. М.: Автоматизация и современные технологии, №5 , 2000. — с. 18...23.

3 Дьяконов В. МаШсад 8/2000: Специальный справочник. СПб: Питер, 2001.— 592 с.

— Коротко об авторах -----------------------------------

Миков И.Н. — Московский государственный горный университет Морозов В.И — Московский государственный горный университет Стефанова Н.С. — Болгария, София, МГУ

----------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Смирнов А.М. Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. — 268 с.: ил.

КБЫ 5-7418-0308-3 (в пер.)

Выполнены исследования в области создания раздельных подсистем геомониторинга угольной промышленности и экологической безопасности. Представлены материалы, являющиеся основой для последующего создания объединенной системы геоэкомониторинга подземной угледобычи. Содержатся вопросы размещения сенсоров, их чувствительности, частоты опроса. Рассмотрены возможности структурной организации системы на различных уровнях, а также построения информационной базы. Изложен ряд социально-медицинских проблем как часть экологической подсистемы геомониторинга на региональном и отраслевом уровнях.

Для научных и инженерно-технических работников горно-добывающей промышленности.

Табл. 27, ил. 11, список лит. — 93 назв.

УДК 622.8:622.28