Устройство гравировки

 

Сущность изобретения: устройство гравировки содержит две платформы, одну считывающую головку, один источник света, один фотодиод, один валик, один амплитудно-временной преобразователь, два элемента И, один электронный ключ, одну исполнительную головку, один электромагнит, один стабилизированный источник питания, один блок управления шаговым двигателем, один привод продольного перемещения, два датчика границ изображения-оригинала, один блок управления приводом поперечного перемещения, один привод поперечного перемещения, один реверсивный двигатель, один ходовой винт, один датчик окончания поперечного перемещения, один привод углового перемещения. 7 ил.

Изобретение относится к гравировальным системам и может найти применение для реализации тоновых изображений, соответствующих исходным изображениям-оригиналам.

Известно устройство гравировки, содержащее гравируемую заготовку, платформы со считывающей и исполнительной головками и соответственно приводами их продольного и поперечного перемещения, первый из которых связан с блоком управления шаговым двигателем, а второй с блоком управления приводом поперечного перемещения платформ, датчики границ воспроизведения изображения-оригинала, закрепленного на валике, механически связанном с приводом углового перемещения, элемент И, амплитудно-временной преобразователь и электронный ключ.

Недостатком известного устройства является наличие искажений воспроизведения черно-белых переходов и тоновых градаций изображения-оригинала.

Целью изобретения является устранение отмеченного недостатка.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства гравировки; на фиг. 2 эпюры напряжений к схеме устройства гравировки; на фиг. 3 изображена блок-схема амплитудно-временного преобразователя; на фиг. 4 эпюры сигналов к схеме амплитудно-временного преобразователя; на фиг. 5 представлена блок-схема управления поперечными перемещениями приводов; на фиг. 6 эпюры напряжений к ней; на фиг. 7 изображена часть кинематической схемы привода поперечного перемещения.

Устройство гравировки содержит платформу 1 со считывающей головкой 2, которая построена на точечном источнике 3 света и фотодиоде 4, изображение-оригинал 5, которое закреплено на валике 6, амплитудно-временной преобразователь 7, элементы И 8 и 9, силовой электронный ключ 10, платформу 11 с исполнительной головкой 12, в свою очередь содержащую электромагнит 13, исполнительный инструмент 14, привод постоянного вращения, представленный двигателем 15 постоянного тока с шестеренками 16 передачи вращающего момента исполнительному инструменту, стабилизированный источник 17 питания, блок (аппаратуру) 18 управления шаговым двигателем, привод 19 продольного перемещения, заготовку 20, закрепленную на плите 21, датчики 22 и 23 границ изображения-оригинала, схему 24 управления, привод 25 поперечного перемещения, содержащий, в частности, реверсивный двигатель 26, ходовой винт 27 и датчик 28 сигнала окончания пошагового перемещения, построенный в свою очередь на диске 29 с отверстиями, осветителе (источнике) 30 и фотоприемнике 31, привод 32 углового перемещения, построенный на шестеренке 33 и электромагнитном храповом механизме 34, заимствованном из конструкции шагового реле.

Схема амплитудно-временного преобразователя 7 содержит триггер 35, транзисторы 36-39 и компараторы 40, 41.

Схема 24 управления приводами снабжена схемами ИЛИ-НЕ 42, 43, триггером 44, формирователем 45.

После включения устройство работает следующим образом. На валике 6 закрепляют изображение-оригинал 5, а на плите 21 устройства заготовку 20. Луч точечного источника 3 света фокусируют на изображение-оригинал 5. Устанавливают рабочую зону опроса изображения-оригинала 5 и гравировки его на заготовке 20.

При пуске шагового двигателя (ШД) привода 19 продольного перемещения платформы 1 со считывающей головкой 2 и платформы 11 с исполнительной головкой 12 перемещаются в продольном направлении, например, слева-направо. Как следствие, точечный источник 3 света считывающей головки 2 последовательно освещает все точки фотоизображения по некоторой прямой линии, которую принято называть строкой по аналогии с составляющей телевизионного растра.

Отраженный от изображения-оригинала 5 световой луч, пропорциональный степени белизны (черноты) отражающих точек, преобразуют сначала в аналоговый, а затем временной сигнал для управления работой исполнительной головки 12.

Движение платформ 1 и 11 в продольном направлении определяется шаговым двигателем и результатом амплитудно-временного преобразования, имеет прерывистый, пошаговый характер. В частности, обе платформы периодически, после прохождения некоторого расстояния шага, величина которого является константой, останавливаются на время, определяемое амплитудой выходного сигнала считывающей головки 2. Остановка необходима для опроса и преобразования информации об очередной точке изображения в интервал времени воздействия исполнительной головки 12 на заготовку 20, которая закреплена неподвижно. Таким образом, при продольном перемещении платформ 1 и 11 со считывающей 2 и исполнительной 12 головками через некоторые равные расстояния по длине строки производятся выемки материала с поверхности заготовки 20, закрепленной неподвижно, воспринимаемые как точки определенного диаметра и глубины (кратеры, пропорциональные опять-таки степени белизны (черноты) соответствующих отражающих точек изображения-оригинала 5.

Появление сигнала окончания первой строки является командой на перевод работы устройства по второй строке, а конкретно на изменение направления продольного перемещения обеих платформ 1 и 11 на обратное, т.е. справа-налево, а также блокировку продольного перемещения платформы и работы исполнительной головки 12; на поперечное перемещение изображения-оригинала 5 на один шаг по отношению к световому пятну точечного источника 3 света, что осуществляется поворотом валика 6 на заданный угол; на поперечное перемещение ровно на один шаг обеих платформ 1 и 11 и валика 6 с изображением-оригиналом 5 по отношению к неподвижной заготовке 20.

По окончании перевода устройства на работу по второй строке начинают продольное пошаговое движение платформ 1 и 11, теперь уже справа-налево, опрос и преобразование аналогового сигнала считывающей головки 2 в интервалы времени и выемки в эти промежутки материала с поверхности заготовки 20 в точках, соответствующих опросным точкам изображения-оригинала 5 по второй строке точно так же, как это происходило при работе устройства по первой строке.

Появление сигнала окончания второй строки, как в свое время и сигнала окончания первой строки, является командой на перевод работы устройства по последующей, в частности, третьей строке. При этом выполняются операции, в целом аналогичные вышеуказанным при переходе на вторую строку.

Работа устройства по остальным строкам в общем повторяет описанную по первым двум строкам.

Описанные выше в общем виде процессы функционирования устройства гравировки иллюстрируются блок-схемой на фиг.1 и эпюрами напряжений к ней на фиг. 2.

Устройство гравировки работает следующим образом.

На выходе считывающей головки 2 платформы 1 как результат подсвета источником 3 элементов изображения 5, закрепленного на валике 6 и преобразования отраженного светового луча, имеет место аналоговый сигнал (эп. 1, фиг. 2), амплитуда которого пропорциональна степени белизны (черноты) освещаемых точек изображения-оригинала 5.

В амплитудно-временном преобразователе 7 сигнал (эп. 1, фиг. 2) преобразуется в двухфазную последовательность импульсов (эп. 2 и 3, фиг. 2). Первая из них (эп. 2) поступает через элемент И 8 при наличии разрешающего уровня напряжения (эп.4) на втором ее входе на управляющий вход (эп. 5) силового электронного ключа 10. Ключ 10 открывается и через обмотку электромагнита 13 исполнительной головки 12, установленной на платформе 11, протекает ток от стабилизированного источника 17 питания. Электромагнит 13 срабатывает, прижимая с определенным усилием механически связанный с его якорем исполнительный инструмент 14 к поверхности заготовки в очередной точке гравировки.

Под воздействием прижимного усилия и вращающего момента, передаваемого от двигателя 15 постоянного тока через шестеренки 16, на поверхности заготовки 20 происходят выемки материала, следы от которых воспринимаются как точки определенных размеров.

Вторая последовательность импульсов (эп. 3) через второй элемент И 9 поступает на вход (эп. 6) запрещенного функционирования аппаратуры 18 управления шаговым двигателем привода 19 продольного перемещения платформ 1 и 11.

Поскольку последовательности импульсов (эп. 5 и 6) парафазны, то открытое состояние ключа 10 будет соответствовать неподвижному состоянию платформ 1 и 11, и наоборот, перемещение платформ 1 и 11 закрытому состоянию ключа 10. Интервалы времени t_b1, t_b2 и т.д. (выемки) пропорциональны степени белизны (черноты) точек опроса фотоизображения 5, а интервалы t_ш (шаговое) по своей длительности неизменны.

Как следствие, в течение каждого интервала t_bi последовательности эп. 5 исполнительный инструмент 14 режущей головки 12 производит выемку материала с поверхности заготовки 20, установленной на плите 21, в соответствующих точках первой строки будущего изображения. В силу пропорциональности длительности t_bi выемки материала степени белизны (черноты) точки опроса изображения 5 величина каждой из выемок (кратеров) будет строго определенных размеров.

Последовательность интервалов времени t_ш (эп. 6) определяет закрытое состояние ключа и наличие движения платформ 1 и 11, t_ш величина постоянная, следовательно, вторая, третья и т.д. выемки, соответствующие второй, третьей и т. д. опросным точкам строк изображения 5, будут отстоять друг от друга всегда на строго одинаковом расстоянии и отличаться своими размерами.

Таким образом, на заготовке 20 получена первая строка будущего изображения.

Окончание ее сопровождается появлением сигнала (эп. 7 мом. t₁) датчика 22.

Сигнал (эп. 7) является командой на блокировку ключа 10 и продольное перемещение обеих платформ 1 и 11, а также командой на перевод устройства на работу по второй строке, в том числе и на переключение направления вращения шагового двигателя привода 19. В частности, сигнал (эп. 7) поступает на первый вход схемы 24 управления поперечным перемещением, которая вырабатывает два перепада напряжения (эп. 4 и 8 мом.t₁ t₂), а спустя некоторое время короткий импульс (эп. 9) принудительного останова двигателя 26.

Перепад напряжения (эп. 4) воздействует на вторые входы элементов И 8 и 9, блокируя работу электронного ключа 10 и аппаратуры 18 управления (эп. 5 и 6 инт. t₁t₃) и обусловливая тем самым отсутствие выемок на это время и продольного перемещения платформ 1 и 11. Перепад напряжения (эп. 8 инт.t₁t₂) поступает, с одной стороны, на обмотку прямого хода "П.Х." двигателя 26 привода 25 поперечного перемещения платформы 1 и 11, который, вращая нарезной винт 27, перемещает тем самым в поперечном направлении платформы 1 и 11 и валик 6 с изображением-оригиналом 5 на вторую строку.

С другой стороны, перепад напряжения (эп. 8) поступает на привод, который, срабатывая, перемещает изображение-оригинал 5 ровно на один шаг, подставляя тем самым свою вторую строку под очередной опрос его точек считывающей головкой 2.

Перепад напряжения (эп. 8) оканчивается при появлении сигнала (эп. 10 мом. t₂) датчика 28 сигнала окончания пошагового перемещения. Этим самым снимается напряжение с обмотки "П.Х." двигателя 26. Для компенсации инерционности его и всего механизма перемещения вслед за окончанием перепада напряжения (эп. 8 мом. t₂) схемой 24 вырабатывается короткий импульс (эп. 9 инт. t₂t₃), который запитывает обмотку обратного хода "О.Х." двигателя 26.

Результатом последнего воздействия является резкая остановка поперечного перемещения всех участвующих в нем механизмов.

Задний фронт импульса (эп. 10 мом. t₃) определяет окончание перепада напряжения (эп. 4 мом. t₃) блокировки функционирования электронного ключа 10 и блока 18 управления.

В результате описанных действий по переводу устройства в целом на работу по второй строке луч точечного источника 3 света оказывается направленным на первую точку второй строки, если счет вести по направлению производства гравировки, т.е. справа налево, в противоположность первой строке, а исполнительный инструмент 14 режущей головки 12 над первой точкой второй строки заготовки 20. Далее, поскольку блокировки ключа 10 и аппаратуры 18 управления снята (эп.4, начиная с мом. t₃), вновь начинаются процесс выемки материала заготовки в точках, соответствующих опросным, и пошаговые продольные перемещения платформ 1 и 11 по второй строке точно так же, как это происходило при работе устройства по первой строке, за исключением того, что нанесение точек гравировки будет происходить не слева направо, как в случае первой строки, а наоборот справа налево.

Окончание второй строки сопровождается появлением сигнала датчика 23, который опять-таки служит командой, но теперь уже на переход работы устройства по третьей строке, при которой совершаются действия, полностью аналогичные переходу с первой строки на вторую. Работа устройства по третьей, пятой и другим нечетным строкам эквивалентна работе по первой строке. Работа по четвертой и другой четным строкам эквивалентна работе устройства по второй строке.

Особенности построения и работы узлов устройства гравировки определяют решение поставленной задачи, в частности, представленная на фиг.3 блок-схема амплитудно-временного преобразователя 7. Она содержит триггер 35, транзисторы 36-39, два компаратора (схемы сравнения) 40 и 41 и две времязадающие цепочки R₁C₁ и R₂C₂.

На вход "В. Х. " преобразователя 7 поступает аналоговый сигнал (эп. 11 фиг. 4), который необходимо преобразовать в две последовательности парафазных сигналов (эп. 12 и 13) управления соответственно пошаговым перемещением платформ устройства и в промежутках между ними производством выемок материала заготовки в течение интервала времени, пропорциональных амплитуде аналогового сигнала выхода считывающей головки.

Происходит это следующим образом.

При наличии единичного (эп. 12 интервал t₁t₂) и нулевого (эп. 13 интеpвал t₁t₂) уровней напряжения на верхнем и нижнем плечах триггера 35 транзисторы 36 и 37 окажутся соответственно открытым и закрытым.

В результате на первых входах компараторов 40 и 41 соответственно емкость С₁ и цепочки R₁С₁ окажется шунтированной (эп. 14 интервал t₁t₂), а на емкости С₂ начнется линейный рост напряжения (эп. 15 интервал t₁t₂), обусловленный током через резистор R₂.

В момент совпадения амплитуды пилообразного напряжения (эп. 15 мом. t₂) с уровнем U_оп опорного напряжения второго входа компаратора (преобразователя) 7 на его выходе формируется положительный перепад напряжения (эп. 16 мом. t₂), который, воздействуя на базу транзистора 38, тем самым изменяет состояние триггера 35 на противоположное (эп. 12 и 13, интервал t₂t₃).

Теперь оказывается шунтированной открытым транзистором 37 емкости С₂ компаратора 41, а емкость С₁ компаратора 40 начнет заряжаться током через резистор R₁. Как и в первом случае, характер заряда пилообразный (эп. 14 инт. t₂t₃), а продолжается он до совпадения его амплитуды (эп. 14 мом. t₃) с постоянным на период преобразования уровнем аналогового сигнала выхода считывающей головки 2 (фиг. 1) на втором входе компаратора 40 (фиг. 3).

Момент совпадения уровней (эп. 14 мом. t₃) аналогично предыдущему случаю сопровождается перепадом напряжения (эп. 17 мом. t₃) на выходе компаратора 40, который через транзистор 39 воздействует на нижний вход триггера 35, возвращая его в исходное состояние.

Описанные процессы формирования первых двух импульсов (эп. 12 и 13 инт. t₁t₂ и t₂t₃) в дальнейшем повторяются.

Нетрудно видеть, что длительность t_ш последовательности импульсов (эп. 12) обусловлена постоянной времени цепочки R₂С₂ и потому всегда является постоянной величиной.

Длительности же t_b1t_b2 и т.д. последовательности (эп. 3) обусловлены постоянной времени цепочки R₁С₁ и всегда пропорциональны амплитудному значению аналогового сигнала преобразования.

К сказанному следует добавить, что поиск оптимума и установка требуемого шага перемещений и коэффициента преобразования устанавливаются взаимно независимо путем регулировки резисторов соответственно R₂ и R₁.

Работа блочной схемы 24 управления поперечными перемещениями приводов 25 и 32 соответственно описана ниже.

В устройстве гравировки имеют место не одно, а два механически не связанных поперечных перемещения, управляемых сигналами датчиков 22, 23 и 28.

Привод 25 необходим для перемещения на один шаг совокупности относительно тяжеловесных платформ 1 и 11 и валика 6.

Привод через угловое перемещение относительно легковесного валика 6 осуществляет поперечное перемещение закрепленного на нем изображения-оригинала также на один шаг.

Таким образом, схема 24 управления должна вырабатывать сигналы управления двумя приводами и, кроме того, сигнал блокировки каких-либо продольных перемещений и производства выемок материала заготовки на период поперечного перемещения.

Происходит это следующим образом.

Сигнал-команда (эп. 18, фиг. 6) перевода строки первого "вх.1" или второго "вх.2" входов схемы 24 через схему ИЛИ-НЕ 42 воздействует на соответствующий вход триггера 44, изменяя состояние его выхода на противоположное (эп. 19, мом. t₁, фиг.6).

Положительный перепад напряжения (эп. 19, инт. t₁t₂, фиг. 6) используется для перемещения на один шаг изображения-оригинала при воздействии сигнала на привод 32, а также для перемещения на один шаг относительно заготовки совокупности двух платформ 1 и11 и валика 6 (фиг. 1) путем воздействия перепада на обмотку прямого хода "П.Х." двигателя 26.

Перемещение указанной совокупности узлов устройства оканчивается при появлении сигнала (эп. 20, мом. t₂, фиг. 6) датчика 28. Появление этого сигнала сопровождается также выработкой короткого прямоугольного импульса (эп. 21, инт. t₂t₃, фиг. 6) формирователем 45, который, воздействуя на обмотку обратного хода "О.Х." двигателя 26 (фиг. 1), резко компенсирует инерцию движения привода 25 и упомянутой совокупности узлов.

Сигнал (п. 22, инт. t₁t₃, фиг. 6), равный суммарной длительности импульсов эп. 19 и эп. 21, формируемый схемой ИЛИ-НЕ 43, используется для блокировки работы электромагнита 13 и аппаратуры 18 (фиг.1).

На позиции 28 (фиг. 1) представлена схема датчика сигнала окончания пошагового перемещения платформ I, II и валика 6 с приводом. Она содержит диск 29 с отверстиями, осветитель 30 и фотоприемник 31. Диск закреплен на ходовом винте 27.

Угловое расстояние между двумя соседними отверстиями диска соответствует поперечному перемещению ровно на один шаг совокупности узлов I, II, 6, 32. При их поперечном перемещении диск 29, поворачиваясь вместе с ходовым винтом 27, пропускает через очередное свое отверстие луч света источника 30 на фотоприемник 31, который и формирует сигнал останова (эп. 10, мом. t₂, фиг. 2).

На позиции 32 (фиг. 1) представлена схема привода углового перемещения валика 6, разовое срабатывание которого перемещает изображение-оригинал 5 ровнo на один шаг. Привод содержит зубчатую шестеренку 33 и электромагнитный храповый механизм 34 от шагового реле.

При появлении импульса (эп. 9, фиг. 2) на обмотке электромагнитного храпового механизма его сердечник, втягиваясь, толкает выходную пластину, упертую в очередной зуб шестеренки 33, которая вместе с валом 6 поворачивается на один зуб, что эквивалентно линейному поперечному перемещению изображения-оригинала на один шаг. Пошаговое перемещение, осуществляемое приводом 32, не зависит от длительности сигнала управления (эп. 9, фиг. 2).

И, наконец, на фиг. 7 представлена часть кинематической схемы привода 25 поперечного перемещения совокупности узлов I, II, 32 и 6 устройства гравировки. Она содержит ходовой винт 27, два ползуна 46 и 47 с механической связью 48 и направляющую ось 49, связанные с двумя неподвижными боковинами 50, а также три шкива 51 и трос 52. Шкивы закреплены на боковинах 50.

Кинематическая схема (фиг. 7) обеспечивает параллельное поперечное перемещение ползунов 46 и 47, исключающее перекос. Как видно из фиг. 4, перемещение на единицу длины в направлении процесса гравировки ведущего ползуна 46 передается тросом 52 ведомому ползуну 47 в том же направлении.

Данное устройство позволяет получать изображения с высокой степенью точности на металлах (анодированном алюминии, нержавеющей стали, бронзе, латуни, серебре), камне (граните), на оконечном и органическом стекле путем механической выемки материала в соответствующих точках заготовки, а также на дереве (фанере) путем выжигания точек изображения с помощью нагревательного элемента, например нихромовой проволоки.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ГРАВИРОВКИ, содержащее гравируемую заготовку, платформы со считывающей и исполнительной головками и соответственно приводами их продольного и поперечного перемещения, первый из которых связан с блоком управления шаговым двигателем, а второй с блоком управления приводом поперечного перемещения платформ, датчики границ воспроизведения изображения-оригинала, закрепленного на валике, механически связанном с приводом углового перемещения, элементы И, амплитудно-временной преобразователь и электронный ключ, отличающееся тем, что валик закреплен неподвижно относительно оси продольного перемещения платформы со считывающей головкой, платформа с исполнительной головкой имеет привод постоянного вращения ее исполнительного инструмента, выход считывающей головки соединен с входом амплитудно-временного преобразователя, два парафазных выхода которого через первые входы элементов И связаны соответственно с управляющим входом электронного ключа и входом разрешенного функционирования блока управления шаговым двигателем, входы установки прямого и реверсивного хода которого подключены к соответствующим датчикам границ воспроизведения изображения-оригинала и соответствующим входам блока управления приводом поперечного перемещения платформ, датчик окончания перемещения которого подключен к третьему входу блока управления приводом поперечного перемещения платформ, каждый из трех выходов которого соединен соответственно с вторыми входами элементов И, входом обратного хода двигателя постоянного тока привода поперечного перемещения и одновременно с входом прямого хода упомянутого двигателя и приводом углового перемещения, причем выход дополнительно введенного стабилизированного источника питания через последовательно соединенные обмотку электромагнита исполнительной головки и электронный ключ подсоединен к нулевой шине, а крепление исполнительного инструмента выполнено с возможностью подсоединения режущего, долбежного или нагревательного элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7