авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка методик и средств фотометрического контроля технологических процессов и настройки полиграфического оборудования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ТРОИЦКИЙ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК И СРЕДСТВ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И НАСТРОЙКИ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(полиграфическая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Санкт – Петербург

2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна».

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Смирнов Всеволод Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кузнецов Юрий Вениаминович

кандидат технических наук

Бриллиант Марк Давидович

Ведущая организация: Московский государственный университет

печати

Защита диссертации состоится «18» декабря 2006 года в 13-00 час на заседании диссертационного совета Д 212.236.02 в Санкт–Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.

Автореферат разослан «17» ноября 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

2

д.т.н., профессор В.В. Сигачева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Последние десятилетия характеризуются бурным развитием полиграфической промышленности во всём мире. В первую очередь это связано с развитием компьютерной техники и средств автоматизации. При эксплуатации полиграфического оборудования существует множество факторов, влияющих на качество конечного продукта: это методы и средства контроля технологических процессов, методики настройки и диагностики оборудования, соблюдение технологического цикла, квалификация персонала. Таким образом, разработка новых средств и методов настройки оборудования, контроля технологических процессов, повышающих потребительские качества продукции, является важной научно-технической задачей.

В последнее время сформировался целый ряд научно-технических проблем, связанных с появлением значительного ассортимента различных сортов импортных бумаг, красок и лаков. В связи с этим предъявляются более жёсткие требования к контролю качества продукции, следовательно, и к используемой измерительной технике. Необходимо отметить, что значительное количество полиграфической продукции должно проходить контроль качества оптическими методами с применением фотометрических приборов. В настоящее время отечественная промышленность не осуществляет серийный выпуск автоматизированных фотометров технологического назначения. Фотометры, выпускающиеся ранее, морально устарели, а их выпуск прекращён. Поэтому, разработка и исследование оптических приборов и установок настройки полиграфического оборудования, включающих в свой контур ЭВМ, актуальна и требует развития как технических, так, и алгоритмических, и программных средств.





Целью работы является создание приборов для настройки и контроля допечатных и печатных технологических процессов в полиграфическом оборудовании.

Основными задачами исследования являются:

  1. Анализ существующего полиграфического оборудования и технологических процессов на допечатной и печатной стадиях для определения рациональных мест размещения и требований к конструкции и метрологическим характеристикам фотометров.
  2. Разработка технической и метрологической базы спектральных, оптоэлектронных фотометров и схем их автоматизации.
  3. Разработка, изготовление макета фотометра и исследование его метрологических характеристик с целью определения правильности выбранной концепции и улучшения характеристик, создаваемых фотометров.
  4. Разработка методики проектирования эталонного источника света для фотометров со спектральным распределением, близким к - образной форме, на основе сверхярких светодиодов и стеклянных светофильтров.

3

  1. Разработка методики измерения цвета на основе использования светодиодов с малой полушириной спектрального излучения.
  2. Разработка методики калибровки измерителя пульсаций и её реализация.
  3. Разработка универсальной конструкции оптоэлектронного блока созданного фотометра на основе проведённой научно-исследовательской работы и создание рекомендаций по разработке приборов серии «ТКА-ВД».
  4. Разработка и изготовление фотометров серии «ТКА-ВД» для контроля технологических процессов и настройки полиграфического оборудования, создание алгоритмов их работы и метрологического обеспечения.

Методы исследований. В работе использовались методы фотометрии и радиометрии оптического излучения. В основу созданного оборудования положены принципы светотехнических измерений, основные положения теории цвета. Использованы методы интегрального исчисления и математической статистики. Экспериментальные измерения для получения сравнительных характеристик выполнены с помощью следующей спектральной, оптоэлектронной аппаратуры: СФ-10, МДР4, МДР-23, ЛМ-3, Пульсар, X-Rite 938, Gretag Macbeth “Spectro Eye” и др.

Научная новизна работы.

  1. Обоснованы принципы построения фотометров для управления технологическими процессами и настройки оборудования полиграфической отрасли на допечатной и печатной стадиях.
  2. Создана модель построения фотометров серии «ТКА-ВД» для нужд полиграфии, разработаны рекомендации по созданию фотометров технологического назначения серии «ТКА-ВД».
  3. Разработана методика создания эталонного источника со спектральным распределением, близким к -образной форме, на основе сверхярких светодиодов и стеклянных светофильтров.
  4. Разработана методика измерения цвета на основе использования сверхярких светодиодов с малой полушириной спектрального излучения.
  5. Разработана методика калибровки измерителя пульсаций и осуществлена его реализация.
  6. Созданы схемы автоматизации разработанных фотометров на базе программируемых логических устройств (далее PLD), прибора с зарядовой связью (далее ПЗС - линейка), диодных линеек, микропроцессоров и микроконверторов.
  7. Разработаны оригинальные алгоритмы, заложенные в основу работы фотометров серии «ТКА-ВД», и методики калибровки.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанная система методик и приборов позволит реализовать:

  1. Настройку печатных машин по результатам измерения цвета и оптической плотности тестовых шкал.
  2. Настройку мониторов автоматизированного полиграфического оборудования для обеспечения правильной цвето- и тонопередачи.
  3. Настройку оборудования, управляющего отбеливанием бумаги, по результатам измерения белизны.
  4. Контроль цветовых характеристик источников оптического излучения.
  5. Контроль ультрафиолетовой составляющей (УФ) в сушильных устройствах лакировальных секций.
  6. Исследование процессов старения материалов за счёт периодического измерения их цветовых характеристик.
  7. Полученные результаты использованы для разработки специализированных спектрофотометров технологического назначения серии «ТКА-ВД».
  8. Результаты проведённых работ используются в учебных курсах “Метрология, стандартизация и сертификация”, “Светотехнические измерения в полиграфии”, читаемых в СЗИП.
  9. Разработанные средства внедрены на полиграфическом предприятии ООО “Форзатц”, на ООО “НТП-ТКА”, получен сертификат об утверждении типа средств измерений на прибор «ТКА-Пульс».

Апробация работы. Основные результаты работы и научные положения, выносимые на защиту, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:



  • 5 Международная светотехническая конференция. СПб. 2-5 сентября 2003г.
  • 4-я международная конференция «Консервация памятников культуры в единстве и многообразии». СПб. 21-24 октября 2003.
  • 14 Научно-техническая конференция «Фотометрия и её метрологическое обеспечение» М: ВНИИОФИ 2004г.
  • Конференция «Оптика и образование-2004» СПб. 21-22 октября 2004.
  • 6-я международная светотехническая конференция. Калининград, Светлогорск. 19-21 сентября 2006 г.

Публикации. Основные результаты проведённых исследований опубликованы в 10 печатных работах, из них: 2 статьи, опубликованы в журналах, входящих в “Перечень…” ВАК РФ, 3 статьи, опубликованы в научных сборниках, 5 публикаций в материалах и тезисах конференций.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка и двух приложений. Основная часть работы изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок, 9 таблиц и 67 наименований библиографического списка.

Автор выражает благодарность д.ф.-м.н., профессору Козлову М.Г. за помощь, оказанную при выполнении этой работы.

Содержание работы.

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определена цель и задачи исследований, новизна и основные защищаемые положения. Приводится краткое изложение структуры диссертации.

Первая глава посвящена анализу существующих методов и средств для настройки полиграфического оборудования и контроля технологических процессов.

Проведён анализ роли современных средств фотометрического контроля в технологическом процессе. Все этапы полиграфического производства можно разбить на три стадии: допечатная, печатная и послепечатная. На каждой из этих стадий необходимо настраивать оптимальным образом используемое оборудование и управлять технологическими процессами.

Для управления цветом на всех перечисленных стадиях полиграфического производства необходимо использовать систему управления цветом. Одной из распространённых систем управления цветом является система Color Management System. Основой этой системы является использование профилей (характеристик цветопреобразования) всех устройств, входящих в полиграфическую систему, что позволяет осуществлять сквозной контроль преобразования цветовых показателей на всех стадиях допечатного и печатного процессов, вплоть до контроля точности цветовоспроизведения на тиражном оттиске. Для функционирования этой системы необходимо использовать высокоэффективные средства колориметрического контроля, такие как спектрофотометры, исследуемые и разрабатываемые в данной работе.

Ниже представлен блок схемы, фрагмент технологического процесса и оборудования допечатной стадии полиграфического производства, где для их нормального функционирования требуется спектрофотометр, работающий в проходящем свете рис.1.

Для контроля и настройки технологических процессов и оборудования на стадиях формных и печатных процессов необходимо использовать денситометр, работающий в проходящем свете, и спектрофотометр, работающий в отражённом свете. Блок схема использования перечисленных приборов в технологическом процессе отображена на рис. 2. При использовании в составе печатной машины лакировальных секций в ряде случаев может потребоваться контроль интенсивности УФ излучения в используемых сушильных устройствах. При изготовлении бумаги необходим контроль белизны получаемой продукции.

В существующих системах управления и настройки технологических процессов используются спектрофотометры фирм “GretagMacbeth”, “X-Rite” и некоторых других. Использование приборов, существующих фирм, затруднено из-за их высокой стоимости, отсутствия сервисных служб и «привязки» приборов к отечественным стандартам.

Отмечена важность контроля параметров микроклимата (пульсация освещённости) офисных и производственных помещений с точки зрения комфортности и безопасности работы обслуживающего персонала.

Сформулирована современная терминология фотометрических, в том числе световых величин и единиц.

Рассмотрены существующие приборы контроля соответствующих фотометрических величин с позиции деления на интегральные и спектральные. Делается акцент на преимуществах и перспективности разработки и использования приборов спектрального типа.

Выявлено отсутствие единых метрологических стандартов производства оптоэлектронных фотометров для нужд полиграфии, что создаёт проблему обеспечения единства измерения на отечественных полиграфических предприятиях.

Намечены пути решения этой проблемы, обусловленной, в частности, отсутствием в стране отлаженной практики поверки спектрофотометров в полиграфической отрасли. Один из этих путей заключается в поверке по образцовым мерам (стандартным образцам) коэффициента отражения, что позволяет с достаточной полнотой поверять шкалу оптической плотности и измерительные шкалы современных спектрофотометров до оптической плотности 0.82D.

На основе проведённого литературного и патентного анализа выявлена необходимость разработки методик и средств модернизации существующего оборудования и фотометрических приборов. Определены задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ и оптической схемы спектрофотометра. На основе результатов анализа методов измерения фотометрических величин и конструкций существующих приборов, осуществлённого в первой главе, составляются общие требования к разработке оптической схемы и конструкции автоматизированного спектрофотометра.

В зависимости от того, какую физическую величину нам необходимо измерять (белизну, цвет, оптическую плотность и т.д.), в конечном счёте, приходится анализировать спектральное распределение прошедшего или отражённого излучения. Из выше сказанного, очевидно, что приборы для контроля соответствующих фотометрических величин принципиально могут отличаться лишь геометрией наблюдения и измерения. Устройство же, используемое для разложения света на спектральные составляющие, в принципе может быть одно и то же. Это будет справедливо, разумеется, при согласовании соответствующих оптических апертур и достаточности спектрального разрешения.

Проведённые исследования позволили определить необходимое спектральное разрешение оптического блока, начиная с которого измерения выполняются с минимальной погрешностью. Для выполнения технологических измерений достаточно разрешения в 10 нм. Разрешение в 5 нм может потребоваться при проведении арбитражных измерений и научно-исследовательских работ.

Исходя из вышесказанного, исследованы оптические схемы, положенные в основу существующих спектральных приборов. По результатам анализа в качестве диспергирующего элемента выбрана вогнутая дифракционная решётка. Решётка изготовлена в Государственном оптическом институте имени Вавилова (ГОИ).

Обоснован расчёт полихроматора по схеме с плоским полем. Исходными данными были: разрешающая способность, рабочая спектральная область, угловая и линейная дисперсия. Обобщённый алгоритм расчёта оптимальных конструктивных характеристик полихроматора можно представить в виде блок – схемы, приведённой на рис. 3. Оптическая схема полихроматора расчитанного по схеме с плоским полем представлена на рис. 4.

Используя приведённый алгоритм, определяются основные параметры полихроматора, такие как углы падения, дифракции, фокусные расстояния, габаритные размеры и т.д.

Из расчёта полихроматора следует, что его теоретическая разрешающая способность составляет 2 нм. Расчёты оптических характеристик предполагалось делать с шагом в 5 нм, поэтому полученное разрешение можно считать достаточным.

 Алгоритм расчёта полихроматора-5

Рис. 3. Алгоритм расчёта полихроматора Рис.4. Оптическая схема полихроматора

Где: и - длины волн близкие к центральной части и краям используемого спектрального диапазона; - угол падения; - углы дифракции для центральной части и краёв спектрального диапазона; - расстояния от вершины спектра для трёх длин волн спектрального диапазона ( и соответственно); - длина спектра; - расстояние от центра решётки до плоскости изображения для длины волны ; - расстояние от вершины решётки для длин волн, лежащих приблизительно в середине интервалов и ; - величина дефокусировки для ; - угол, образованный плоскостью спектра и направлением дифрагированного в центре решётки луча ; - коэффициент, характеризующий условия фокусировки меридиальных пучков лучей; - угол отклонения для ; - расстояние от центра решётки до плоскости изображения для любой длины волны ; - угол наклона плоскости изображения с направлением дифрагированного в центре решётки луча с длиной волны ; N - нормаль.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.