Развитие методики расчета устройств закрепления УФ-лака Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ДЕЛО ПОЛИГРАФИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСТНИК М>2 (90) ТОЮ

ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ДЕЛО. ПОЛИГРАФИЯ

УДК 655^7+655.3.028.7 В Ю. ЮРКОВ

С. Н. ЛИТУНОВ

Омский государственный педагогический университет Омский государственный технический университет

РАЗВИТИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УСТРОЙСТВ ЗАКРЕПЛЕНИЯ УФ-ЛАКА

Решается плоский случай задачи получения равномерной освещенности на освещаемой поверхности. Предложенная методика позволяет перейти к задаче об освещенности заданной интенсивности. Полученные результаты могут использоваться при проектировании и изготовлении копировальных установок и устройств УФ-закрепления в печатных процессах.

Ключевые слова: отражатель, освещаемая поверхность. УФ-закрепление краски.

Одним из основных способов облагораживания актуальной. В качестве первого приближения предла-

печатной продукции является ее лакирование, в част- гается решение плоскостной задачи создания равно-

ности лаком, имеющим мономерную компоненту, мерного закона излучения на облучаемой поверх-

которая полимеризуется под действием ультра- ности при помощи отражателя,

фиолетового излучения. Для закрепления такого лака Облучаемой поверхностью является отрезок |^, I,)

используются устройсгва, основными элементами общего положения относительно источника Б излу-

которых являются источник УФ-излучения и отража- чения (рис. I). Величина излучения от источника (пря-

тсль. Назначение отражателя — перераспределение мая освещенность или Епр (I)) определяется по извес-

лучистой энергии и создание на облучаемой повер- тной формуле [ 1):

хности равномерного излучения или излучения.

которое распределяется по заданному закону. Пос- /есю(0

леднее необходимо для передачи слою лака энергии. ^(0 = £/£/,, (1)

которая инициирует процесс полимеризации. Вследствие того, что сегмент рынка, занятого так называ- где Е(ф(1)-освещенность в точке, принадлежащей

емым УФ-лакированием, активно развивается, задача освещаемому отрезку; 1 - характеристика источника разработки методики расчета отражателя является излучения (энергетическая сила излучения); I —угол

Рис. 1. Исходная расчетная схема

Рис. 2. Схема к определению коэффициента к

между вортикалыо и лучом, падающим от источника света; К - расстояние между источником и точкой на освещаемом отрезке.

Распределение лучистой энергии но облучаемому отрезку имеет вид, показанный на рис. 1. Отражатель создает дополнительное облучение (Е^). Примем следующие допущения:

1. Источник излучения —точка, испускающая энергию равномерно во все стороны на плоскости [2].

2. Источник расположен на некотором расстоянии Н от прямой, на которой находится освещаемый отрезок.

3. Отражатель направляет лучи от источника на ту сторону отрезка, над которой он находится.

4. Отраженные лучи образуют некоторый пучок, который будем считать пучком первого порядка.

5. Исходя из физической сути отражатель должен быть расположен не ниже линии, соединяющей источник света и точку I,.

6. Будем считать, что / = 1, р-характеристика материала (коэффициент отражения), из которого изготовлен отражатель, равен единице.

В этом случае задачу можно сформулировать следующим образом. Требуется найти линию, от которой лучи света, испускаемые источником излучения, отражаются на освещаемый отрезок, причем в каждой точке отрезка создается

(2)

освещенность, такая, что выполняется условие, где E(t)—искомое значение освещенности. В частном случае E(t) - const для каждой точки освещаемого отрезка. Наличие отражателя повышает освещенность в х раз. Предположим, что отражатель заменен некоторым геометрическим местом мнимых источников излучения S^, которые могут располагаться только вне отрезков St и для которых /= = 1 ,/-/^>0.

Материал, из которого изготовлен отражатель, имеет свой коэффициентотражения. Он учитывается в коэффициенте к следующим образом (рис. 2).

Рис. 3. Рассчитанная линия мнимых источников,создающих одинаковую освещенность в точке (0.1; 0)

Будем перемещать мнимый источник света по прямой 51 в направлении от освещаемого отрезка. При Э'Ьом, когда мнимый источник совпадает с действительным Е'Ш(^)-Вя>}(1) и ЕМ=2Е<фМ. Если мнимый источник будет устремлен в бесконечность вдоль соответствующей прямой, то Е^(1) = 0 и Е(1) = Еп(1(1). То есть

ЕлЛ)<Е«)*2Е0.Л,)

Для выполнения условия (2) (рис.2) Е(1) = сопб1 требуется, чтобы

„..БЛЬ)*2ЕМ.

Отсюда

Учитывая (1), получаем

2 (Н,+№

(Я2+/?)5

(3)

Если к не удовлетворяет условию (3), то для заданных параметров задача не имеет решения.

На рис. 3 показана часть линии, на которой могут находиться мнимые источники света, создающие одинаковую освещенность в точке с координатами (0,1; 0). Прямая освещенность создается источником света, который находится па высоте Н = 1 (т.е. в точке (0; 1)). Остальная часть линии расположена симметрично относительно перпендикуляра к точке (0,1; 0).

При этом

кН Н

Ел

(н’+1$ (яЧ|^

Уравнение геометрического места точек, в которых могут располагаться мнимые источники света 5А||1, создающие Е , можно записа н» в виде:

Уф)

(4)

>

225

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ 1ЕСТНИК М 2 (90) 2010 ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ДЕЛО. ПОЛИГГАФИИ

4

Исходя из физического смысла задачи, отражатель, а значит, и мнимый ис-точник, не может находиться ниже освещаемого отрезка. Следовательно, мнимый источник может находиться не на всём протяжении линии, а только на её части. Эта часть ограничена точками пересечения линии мнимых источников и окружностью радиуса г(1) = | *5| с центром в точке (V, 0), как это показано на рис. 4. Уравнение окружности имеет вид

Подставляя это выражение в (4), получим // *(#а + /2)*-(//’+/*)!

(5)

УгО) ~ ‘

(яЧ/0’>

х$(о=/±^/г-у;(0+нз.

Таким образом, найдя точки (х1М10>. уЦЮ|), (х2я(Ю). уч<|0|, <Х1МИИ УмчЛ «)• Ущщ (Рис- 5Ь можно утверждать о существовании двухпараметрического множества криволинейных отражателей, удовлетворяющих условию (2). Для каждого отражателя этого множества крайними точками являются:

- любая точка криволинейного отрезка линии

ограниченного точками х,в(Ц и хъЩ;

- любая точка криволинейного отрезка линии 5 ограниченного точками хи^,) и х^Ц,).

Лучи, проходящие через крайние точки отражателя, пройдут через точки (1^; 0) и (I,; 0), образуя пучки лучей 1-го порядка. Это искусственное ограничение обусловлено только простотой расчетов, так как такие пучки имеютточечный цетр. Положение центра пучка лучей возможно только внутри некоторой области. Обозначим:

а = 0 - уравнение прямой, проходящей через точки (х^у^Ц^О);

Ь = 0 — уравнение прямой, проходящей через точки (х.^юг у$т),ц„0);

с = 0 — уравнение прямой, проходящей через точки (хы„,у„и1),(1,,0);

<1 = 0 — уравнение прямой, проходящей через точки (Х^У^М^О).

Тогда центр Р пучка лучей может находиться внутри области, ограниченной этими четырьмя прямыми. Условие существования пучка лучей имеет вид:

1) а(Р) £ 0, Ь(Р) * 0, с(Р) £ 0, <1 (Р) £ 0,

2) а(Р) £0, Ь(Р) £ 0, с(Р) > 0, с1 (Р) > 0.

Расположение центра Р пучка лучей в области,

ограниченной условием 1), позволяет создать

вогнутый отражатель, следовательно, лучи, отраженные от него, будут сфокусированными. Расположение Р в области, ограниченной условием 2), позволяет создать выпуклый отражатель, и лучи будут рассеянными. Уравнение прямых а. Ь, с, с! имеет вид:

а-(х-10)у-у{хи{и)-(0, =0,

Ь .(х — 10 )^ц, — У(Х1гЦи) ~ 4>) = О*

<1’-(х-ОУм-У1ХьМ-‘., = °

В указанной области центр Р может выбираться произвольно. Его выбор влияет на форму и положение отражателя. Следовательно, возможно решение задачи оптимизации отражателя. После выбора центра Р образуются две прямые Р1()и Р1,. Уравнение пучка, определяемого этими прямыми, имеет вид

.у,х-(х,-/}у-су,=0

(6)

Принимая в уравнении (4) ув|„ =у, хци = х, получим систему уравнений (4), (6), из которой, при заданном значении I, принадлежащем освещаемому отрезку, находим точку (х, у), принадлежащую отражателю, создающему освещенность

Можно определить параметры, оказывающие наибольшее влияние на размеры и положение отражателя относительно освещаемого отрезка и источника освещения:

— расстояние Н от исто*шика др прямой, на которой 1шходится освещаемый отрезок;

— положение начала и конца, а также длина освещаемою отрезка;

— коэффициент к; наложение цетра пучка лучей Р.

Па рис. 6 показаны формы отражателя, рассчитанные при разных значениях параметров, учтенных в разрабатываемой методике. Полученные кривые позволяют выбрать оптимальную форму отражателя для заданных исходных значений. На рисунке видно, что при уменьшении координат У центра Р форма отражателя стремится к параболе. При уменьшении коэффициента к размеры отражателя резко возрастают, в то время как увеличение к вызывает уменьшение размеров отражателя. В инженерной практике при выборе формы и положения отражателя следует исходит!» из соображений минимизации его размеров [3]. Таким образом, наиболее оптимальную форму и положение отражателя имеют кривые 4 и 5. Для приведенных на рисунках значений остальных параметров коэффициент к изменяе тся от 1 до 1,45. Поэтому увеличить к не представляется возможным. При расчете выяснилось, что при значениях координаты

Линия мнимых источников(Б)

УМм) Линия

отражающих

повспхностсй

Рис. 4. Схема построения освещаемой поверхности мнимых источников

(Х|!5<1). Уі^о)

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

Рис. 0. Оптимизация формы отражателя.

Кривая I: координаты центра Р (0,110); К-1,01 Кривая 2: координаты центра Р(0,1;-10);К=1,1 Кривая 3:коордннаты центра Р(0,1;-!0);К=1,2 Кривая 4:координаты центра Р(0,1;-1000);К=1,4 Кривая 5: координаты центра Р(0,1;-1000}; к-1,45

У менее 1000 форма и положение отражателя заметно не меняются.

Основным выводом из данной работы можно считать возможность получения плоской кривой, отра-

жаясь от которой с заданным понижающим коэффициентом, световой луч создает в точке на освещаемой поверхности заданную освещенность. Эта методика легко распространяется на случай, когда необходимо создать неравномерную освещенность, часто требуемую для предварительного разогрева слоя лака и инициации фотонолимеризации. Дальнейшая работа в направлении совершенствования методики расчета позволит рассчитывать трехмерные отражатели, которые можно использовать при расчете и проектировании устройств для закрепления УФ-лака и красок.

Библиографический список

1. Гуторон, М. М. Основы светотехники к источники света / М. М. Гуторов. — М.: Энергоатомиадат. 1983. — 254 с.

2. Щспнна, Н.С. Основы светотехники / Н. С Щепина. - М.: Энергоатомиадат, 1985. — 320 с.

3. Карякин, М.А. Световые приборы прожекторного типа / Н.А. Карякин. — М.: Высшая школа. 1966. - 282 с.

ЮРКОВ Виктор Юрьевич, доктор технических наук, профессор кафедры черчения Омского государственного педагогического университета.

Адрес для переписки: 644043, г.Омск, наб. Тухачевского, 14, ОмГПУ.

ЛИТУ НОВ Сергей Николаевич, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Оборудование и технология полиграфического производства» Омского государственного технического университета.

Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 01.03.2010 г.

& В. Ю. Юрков, С. Н. Летунов

Книжная полка

ББК 74.58

Современные образовательные технологии [Текст]: учеб. пособие для студентов, магистрантов, аспирантов, докторантов, шк. педагогов и вуз. преподавателей / Н. В. Бордовский [и др.]; под ред. Н. В. Бордовского.

- М.: КНОРУС, 2010. - 431, [1] с.: рис., табл. - Библиогр. в конце глав. - ISBN 978-5-406-00126-4.

Раскрываются подходы к пониманию и определению специфики образовательных технологий, принципы и методы проектирования, а также анализируется опыт их применения. Содержательно описаны технологии, применяемые в учебной среде, при организации самостоятельной образовательной деятельности, в процессе определения учебных достижений, актуализации творческого потенциала и саморазвития, оказания психолого-педагогической поддержки в контексте приоритетов общечеловеческих ценностей.

Адресовано студентам, учителям и вузовским преподавателям, а также всем тем, кто стремится повысить свою компетенцию в области современных образовательных технологий.

УДК 608

Кондратьев, А. В. Основы изобретательского творчества (Текст): учеб. пособие / А- В. Кондратьев; Твер. гос. техн. ун-т. - Тверь: Изд-воТГТУ, 2008. - 100 с.: рис., табл. - Библиогр.: с. 98-100. - ISBN 978-5-7995-0429-8. Экслибрис: (Штамп сиреневого цв. 1 Сибирский региональный конкурс на лучшую вузовскую книгу «Университетская книга»)

Описываются методы активизации поиска новых технических решений. Анализируются источники формировании теории развития изобретательских задач (ТРИЗ), ее главные «инструменты», законы развития технических систем, способы преодоления психологических барьеров, разбираются основные ресурсы; типовые приемы устранения технических противоречий, указатели эффектов и явлений, вещественно-нолевые ресурсы, оператор РВС. Приводятся методы предварительного анализа, вепольного анализа, стандарты на решение технических вопросов, алгоритм решения изобретательских задач. Особое внимание уделяется практическим примерам использования методов ТРИЗ.

научный кстнис м» а га» аою издательское дело, полиграфия