СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ЛИСТОВОЙ МАТЕРИАЛ МЕТОДОМ ТИСНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ), КАЛАНДР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) И ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ЭТИМ СПОСОБОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАЛАНДРА (ВАРИАНТЫ)
IMAGE EMBOSSING METHOD ON SHEET MATERIAL BY METHOD OF STAMPING (VERSIONS), CALENDER FOR ITS IMPLEMENTATION (VERSIONS) AND PRODUCT, RECEIVED BY THIS METHOD WITH USAGE OF CALENDER (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области механической обработки листового или рулонного, в том числе слоистого материала, а именно к способам и средствам механической деформации без удаления материала, например способам и средствам, используемым для тиснения.
Уровень техники
Известно устройство для тиснения фольги (US 6715411, B31F 1/07, 2004). Устройство содержит станину с закрепленным на ней ведущим валом, имеющим рифленую поверхность с взаимно пересекающимися рядами чередующихся углублений и выступов, сужающихся от основания к вершине, привод ведущего вала и закрепленный на станине, по меньшей мере, один ведомый вал, имеющий рифленую поверхность с взаимно пересекающимися рядами чередующихся углублений и выступов, сужающихся от основания к вершине и расположенных с возможностью взаимодействия со смежной рифленой поверхностью ведущего вала
Данное техническое решение не обеспечивает получения изображения, подобного фотографии, на обрабатываемом материале.
Ближайшими аналогами заявленных изобретений являются способ, устройство и тисненая слоистая продукция, описанные в патенте RU 2227095, B31F 1/07, 1998. Способ предназначен для производства тисненого, листового материала, содержащего, по меньшей мере, два соединяемых между собой слоя. Способ предусматривает выполнение рисунка орнамента тиснением первого слоя, на который предварительно нанесен рисунок общего фона, при этом рисунок орнамента образован выступающими участками, которые имеют более крупные размеры и распределяются с меньшей плотностью по сравнению с выступающими участками, составляющими рисунок общего фона.
Известные аналоги, в том числе и ближайший, не обеспечивают точного копирования изображения (например, типа фотографии) на листовом материале (полосе, ленте) из фольги или слоистого материала, внешний слой которого выполнен металлическим. Ближайший аналог позволяет лишь получать изображение орнамента путем создания на равномерном общем фоне более крупных по ширине или высоте выступов, образованных тиснением. Передача полутонов разными уровнями серого, в частности, при тиснении на фольге, известные способы обеспечить не могут.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка эффективного и экономичного способа и средства для создания изображения типа фотографии методом тиснения фольги или слоистого материала с металлическим покрытием, применяемых, в частности, как элемент упаковки в табачной, пищевой промышленности. Кроме того, задачей является создание тисненого изделия с нанесенным на него изображением типа фотографии, обладающего высокой степенью защиты от подделки.
Поставленная задача решается за счет того, что при осуществлении заявленного способа нанесения изображения, создающего образ копируемого оригинала (картинки, фотографии) с передачей полутонов, на полосу или ленту из фольги или слоистого материала с металлическим внешним слоем изображение наносят с использованием каландра, имеющего ведущий и, как минимум, один ведомый валы, на рабочей поверхности одного из которых или на рабочих поверхностях обоих валов выполнены ряды выступов, при этом на одном вале гравированием с удалением материала выступов (по криволинейной поверхности или плоскости) в пределах их высоты выполнена рельефная поверхность, форма и переменная глубина которой заданы в соответствии с копируемым оригиналом изображения, причем глубина рельефной поверхности в местах удаления материала выступов находится в зависимости от оптической плотности соответствующих участков копируемого изображения и лежит в пределах от величины, соответствующей расположению основания выступа, до нулевой величины, соответствующей расположению вершины выступа, с выполнением на обрабатываемом материале переменной глубины тиснения, обеспечивающей эффект имитации разных уровней серого, в соответствии с более темными или более светлыми местами участков оригинала копируемого изображения, с созданием образа, подобного фотографии, по-разному («негатив» или «позитив») воспринимаемого в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света.
При этом выступы валов в предпочтительном варианте исполнения выполнены суживающимися от основания к вершине. Вершины выступов поверхности валов могут быть выполнены с горизонтальной или с наклонной площадкой притупления. У одного из валов площадки притупления, по крайней мере, части выступов могут быть выполнены разной площади. По форме чередующиеся выступы могут иметь пирамидальную форму или форму усеченной пирамиды.
Способ может также осуществляться с использованием каландра, содержащего, по крайней мере, два вала для тиснения, один из которых соединен с приводом, причем на рабочей поверхности первого из валов каландра выполнены ряды углублений, а на рабочей поверхности второго вала - ряды ответных выступов, или рабочая поверхность второго вала выполнена цилиндрической формы из упругого материала, при этом на первом вале гравированием с удалением материала вала в пределах глубины углублений выполнена рельефная поверхность, форма и переменная глубина которой заданы в соответствии с копируемым оригиналом изображения, причем для выполнения на обрабатываемом материале переменной глубины тиснения глубина рельефной поверхности в местах удаления материала вала находится в зависимости от оптической плотности соответствующих участков копируемого изображения и лежит в пределах от величины, соответствующей расположению нижней точки углубления, до нулевой величины, соответствующей внешней поверхности вала, причем на участках рельефной поверхности, расположенных над углублениями, глубина рельефной поверхности равна глубине, задаваемой формой углубления, что в совокупности обеспечивает эффект имитации разных уровней серого, определяемых оптической плотностью соответствующих участков оригинала копируемого изображения, с созданием образа, подобного фотографии, по-разному воспринимаемого в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света, углубления выполнены суживающимися с максимальной площадью на рабочей поверхности вала. В соответствии с этим вариантом способа нижняя часть углублений может быть выполнена с горизонтальной площадкой притупления. Кроме того, нижняя часть углублений может быть выполнена с наклонной площадкой притупления. Или площадки притупления углублений могут быть выполнены с различными размерами площадей. Углубления и выступы могут быть также выполнены пирамидальными или в виде усеченной пирамиды. Или же углубления и выступы могут быть выполнены коническими или в виде усеченного конуса.
Поставленная задача для устройства, предназначенного для осуществления описанного выше способа, решается за счет того, что устройство - каландр для нанесения изображения на плоский (полосовой или ленточный) материал методом тиснения содержит станину, закрепленный на станине ведущий вал, имеющий поверхность с рядами выступов, привод ведущего вала и закрепленный на станине, по меньшей мере, один ведомый вал, также имеющий поверхность с рядами выступов, выполненных с возможностью взаимодействия с выступами ведущего вала, при этом на одном из валов каландра гравированием с удалением материала выступов в пределах их высоты выполнена рельефная поверхность, форма и глубина которой заданы в соответствии с оптической плотностью участков копируемого оригинала фотографии или другого изображения, причем глубина рельефной поверхности на участках, приходящихся на выступы, выполнена изменяющейся от максимальной величины, соответствующей расположению основания выступа до нулевой величины, соответствующей расположению вершины выступа (в частных случаях - острие, площадка притупления), для получения на обрабатываемом материале переменной глубины тиснения, обеспечивающей эффект имитации разных уровней серого с созданием образа, подобного фотографии, по-разному воспринимаемого в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света («позитив», «негатив»).
Возможная форма выполнения выступов валов описана выше.
По другому варианту исполнения каландр содержит станину, закрепленные на станине, по крайней мере, два вала для тиснения, один из которых соединен с приводом, причем на рабочей поверхности первого из валов каландра, приводного или неприводного, выполнены ряды углублений, а на рабочей поверхности второго вала - ряды ответных выступов, или рабочая поверхность второго вала выполнена цилиндрической формы из упругого материала, при этом на первом вале гравированием с удалением материала вала в пределах глубины углублений выполнена рельефная поверхность, форма и переменная глубина которой заданы в соответствии с копируемым оригиналом изображения, причем для выполнения на обрабатываемом материале переменной глубины тиснения глубина рельефной поверхности в местах удаления материала вала выполнена в зависимости от оптической плотности соответствующих участков копируемого изображения и лежит в пределах от величины, соответствующей расположению нижней точки углубления, до нулевой величины, соответствующей внешней поверхности вала, причем на участках рельефной поверхности, расположенных над углублениями, глубина рельефной поверхности равна глубине, задаваемой формой углубления, что в совокупности обеспечивает эффект имитации разных уровней серого, определяемых оптической плотностью соответствующих участков оригинала копируемого изображения, с созданием образа, подобного фотографии, по-разному воспринимаемого в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света. Форма углублений и выступов может быть различной, в частности такой, как описано выше для второго варианта осуществления способа.
Полученное в результате осуществления способа или работы каландра защищенное от подделки изделие - полоса или лента из фольги или слоистого материала с металлическим покрытием, имеет изображение, полученное методом тиснения, представляющее собой копию фотографии (или другого изображения) и имеющее вид, подобный оригиналу с различными уровнями серого, передающими белый, черный цвета и, в том числе, оттенки полутонов оригинала.
Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение нанесения изображения на материал в виде полосы или ленты методом тиснения и получение тисненого изделия, на которое скопировано изображение, восприятие которого обусловлено эффектом имитации разных уровней серого, определяемых оптической плотностью соответствующих участков оригинала копируемого изображения. В результате на изделии получают изображение, подобное фотографии, по-разному воспринимаемое в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света. Также техническим результатом является то, что полученное на фольге или металлизированном материале изображение обладает высокой степенью защиты от подделки. Достижение такого результата обусловлено тем, что невозможно с требуемой точностью скопировать полученное изображение с готового изделия (листового материала - фольги или слоистого металлизированного материала) вследствие сложной формы полученной поверхности тиснения и, соответственно, невозможно изготовить вал каландра, точно воспроизводящий такое же изображение. Воспроизведение методом тиснения идентичного изображения возможно только, если при изготовлении вала каландра использовать оригинал изображения.
Фольга с нанесенным на нее изображением, полученная заявленным способом с использованием предложенного каландра, может, в частности, использоваться для табачных изделий в качестве элемента их упаковки, обеспечивающей высокую степень защиты от подделки.
При анализе группы изобретений на соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень» выявлен патент Российской Федерации №2264920, В41М 3/14, опубл. в 2005 г., на «Носитель информации, способ его изготовления и печатную форму для металлографической печати». В этом патенте описан способ изготовления печатной формы, в соответствии с которым печатная форма гравируется на наибольшую глубину на участке, соответствующем наиболее темным участкам. На остальных участках, которые расположены между указанными выше участками и которые предназначены для передачи более светлых полутонов, печатная форма гравируется на меньшую глубину.
Известный способ, предназначенный для изготовления изделия посредством полутонового блинтового тиснения, выполненного металлографической печатью без подачи краски, позволяет получать характерное защищенное от подделки тисненое изображение, которое невозможно воспроизвести с помощью копировальных или копировально-множительных устройств.
Ранее считалось, что невозможно воспроизвести такое тисненое изображение иными методами. Заявленная группа изобретений относится к иным методам нанесения изображения и позволяет при этом получить те же эффекты и высокую степень защиты, что и при металлографической печати.
Отличие заявленных изобретений от описанного выше источника информации состоит в том, что обеспечивается получение «фотографического» изображения принципиально иными средствами - посредством каландра. На получаемом изделии отсутствуют линии, передающие копируемое изображение, при этом на изделие переносится изображение оригинала, обладающее высокой степенью защиты, как и при блинтовом тиснении. В отличие от изобретения по патенту №2264920 на участках рельефной поверхности каландра, расположенных над углублениями, глубина рельефной поверхности как бы прерывается и равна глубине, задаваемой формой углубления (выступа) на вале, а не оригиналом изображения.
Из уровня техники не известно, что при использовании каландра возможно получение тиснения, передающего на листовой материал «фотографическое» изображение защитного элемента любой сложности. Каландр для механической обработки (тиснения) листового или рулонного или слоистого материала в отличие от плоского формного элемента, используемого при блинтовом тиснении, имеет цилиндрическую поверхность с нанесенными не нее рифлениями (взаимно пересекающимися и чередующимися рядами углублений и выступов). При нанесении тиснения каландром на изделии при отсутствии непрерывных линий (штрихов) получается изображение, подобное фотографии, по-разному воспринимаемое в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света, а именно, изображение воспринимается как «позитив» или «негатив». Эта особенность придает изделию дополнительную степень защиты.
Осуществление изобретения
Способ осуществляют посредством устройства тиснения - каландра, который содержит станину, на которой закреплен привод и, по крайней мере, два вала для тиснения. Один из валов, ведущий, соединен с приводом, один, два или более ведомых валов вращаются при взаимодействии с ведущим валом.
Взаимодействие валов каландра, обеспечивающее нанесение изображения на материал в виде полосы или ленты методом тиснения, может осуществляться следующим образом.
Во-первых, ведущий и ведомый (ведомые) валы могут входить во взаимное зацепление посредством выступов, выполненных на их рабочих поверхностях. Выступы первого вала размещаются в пространстве («углублении», «ячейке»), образованном пересечением боковых поверхностей (или плоских, или конических, или цилиндрических или др. формы) соседних выступов рабочей поверхности второго вала. При этом, по меньшей мере, часть выступов первого вала имеет иную геометрическую форму, чем входящие с ними в зацепление выступы второго вала.
Во-вторых, рабочая поверхность второго вала может быть выполнена с углублениями под выступы первого вала. Зацепление валов в этом случае происходит за счет размещения выступов одного вала в углублениях другого.
В-третьих, рабочая поверхность первого вала может выполняться с выступами, а рабочая поверхность второго вала иметь цилиндрическую форму. При этом материал, из которого изготовлена рабочая поверхность второго вала, должен обладать упругостью, за счет которой (при наличии радиального усилия прижатия валов) обеспечивается передача крутящего момента с ведущего вала на ведомый, и, соответственно, подача обрабатываемого материала, а также процесс тиснения.
В-четвертых, рабочая поверхность первого вала может выполняться с углублениями, а рабочая поверхность второго вала иметь цилиндрическую форму. При этом, как и в описанном выше случае, материал, из которого изготовлена рабочая поверхность второго вала, должен обладать упругостью, обеспечивающей передачу крутящего момента с ведущего вала на ведомый, подачу обрабатываемого материала и тиснение.
В любом из описанных четырех вариантов не имеет значения, какой из валов является ведущим, а какой (какие) ведомым (ведомыми).
Для создания изображения тиснением на обрабатываемом материале возможны следующие варианты взаимодействия валов:
- вариант «вал с выступами» - «вал с выступами»;
- вариант «вал с выступами» - «вал с углублениями»;
- вариант «вал с выступами» - «вал с упругой цилиндрической поверхностью».
Копируемое изображение наносится на один вал, имеющий выступы (не имеет значения ведущий или ведомый). Для этого гравированием удаляют материал выступов в пределах их высоты, за счет чего на вале образуется рельефная поверхность, форма и глубина которой задается исходным изображением (оригиналом). При выполнении на поверхности вала рельефной поверхности глубина обработки в местах удаления материала вала (выступов вала) изменяется от минимальной до максимальной в зависимости от оптической плотности соответствующих участков копируемого изображения (в зависимости от уровня серого на оригинале, практически, от «белого» до «черного»). Это обеспечивает на обрабатываемом материале переменную глубину тиснения, что, в свою очередь, создает эффект имитации на тисненом изделии разных уровней серого с созданием образа, подобного фотографии. Изображение, полученное на тисненом изделии, воспринимается как «негатив» или «позитив» в зависимости от угла наблюдения, и/или от вида, и/или от положения источника света.
Глубина рельефной поверхности вала на площади, приходящейся на выступы, лежит в пределах от величины, соответствующей расположению основания выступа, до нулевой величины, соответствующей расположению вершины выступа. Максимальная глубина рельефной поверхности в местах удаления материала выступов соответствует, например, «черному» на оригинале изображения, минимальная глубина - «белому». Можно выполнять и иначе: максимальная глубина рельефной поверхности соответствует «белому» на оригинале изображения, минимальная глубина - «черному». Это допускается вследствие того, что, как было сказано выше, на готовом изделии восприятие выполненного тиснением изображения как «негатив» или «позитив» зависит от угла зрения, от расположения источника света.
На отдельных участках вала глубина рельефной поверхности не зависит от оптической плотности исходного изображения. Это связано с тем, что при обработке поверхности вала инструмент может осуществлять выборку только, если зона обработки приходится на материал выступов.
Если поверхность выступа в какой-либо зоне обработки находится ниже, чем задано оптической плотностью оригинала изображения, инструмент проходит выше, удаление материала не происходит, а глубина рельефной поверхности в этом месте равна глубине расположения поверхности выступа. В предельном случае глубина рельефной поверхности максимальна и находится на уровне основания выступа, не зависимо от уровня серого на оригинале.
Форма исходных выступов вала (до выполнения на нем рельефной поверхности) может быть различной. Как правило, выступы выполнены суживающимися от основания к вершине и имеют форму пирамиды, усеченной пирамиды (прямой или наклонный срез), конуса, усеченного конуса (прямой или наклонный срез), четырехгранника, усеченного четырехгранника (прямой или наклонный срез), многогранника, усеченного многогранника (прямой или наклонный срез) и т.д.
Ответные углубления другого вала для варианта «вал с выступами и рельефной поверхностью»-«вал с углублениями» имеют аналогичную форму, но на вале с углублениями рельефная поверхность отсутствует.
В частных случаях исполнения вершины выступов поверхности валов могут быть выполнены или заостренными, или с горизонтальной площадкой притупления, или с наклонной площадкой притупления. Площадки притупления выступов одного из валов могут быть выполнены с различными размерами площадей.
Кроме описанного выше варианта способа, при котором изображение оригинала копируется на вал, имеющий выступы, возможен вариант осуществления способа, при котором изображение с оригинала копируется на вал, имеющий углубления. При этом возможны следующие варианты взаимодействия валов:
- вариант «вал с углублениями» - «вал с выступами»;
- вариант «вал с углублениями» - «вал с упругой цилиндрической поверхностью».
Для перечисленных вариантов копируемое изображение наносится на один вал, имеющий углубления (не имеет значения ведущий или ведомый). Гравированием удаляют материал вала между углублениями с образованием рельефной поверхности, форма и переменная глубина которой заданы в соответствии с копируемым оригиналом изображения. Максимальная глубина рельефной поверхности в местах удаления материала выступов может соответствовать, например, «черному» на оригинале изображения, минимальная глубина - «белому» или наоборот, как было указано выше.
Глубина рельефной поверхности в местах удаления материала вала находится в зависимости от оптической плотности соответствующих участков копируемого изображения и лежит в пределах от величины, соответствующей расположению нижней точки углубления, до нулевой величины, соответствующей внешней (рабочей) поверхности вала.
На участках рельефной поверхности, приходящихся на площадь над углублениями, глубина рельефной поверхности равна глубине, задаваемой формой углубления, и не зависит от оптической плотности оригинала изображения. Это объясняется тем, что при копировании изображения оригинала на вал, инструмент, движение которого зависит от оптической плотности оригинала, может проходить над углублением («пустотой») и не затрагивать материал вала.
Углубления на вале могут быть выполнены различной формы. Как правило, их выполняют суживающимися в направлении оси вращения вала, т.е. с максимальной площадью поперечного сечения, расположенной на рабочей поверхности вала. Нижняя часть углублений может быть выполнена или заостренной, или с горизонтальной площадкой притупления, или с наклонной площадкой притупления. Площадки притупления углублений могут быть выполнены с различными размерами площадей.
Углубления (до выполнения на вале рельефной поверхности) могут иметь форму пирамиды, усеченной пирамиды (прямой или наклонный срез), конуса, усеченного конуса (прямой или наклонный срез), четырехгранника, усеченного четырехгранника (прямой или наклонный срез), многогранника, усеченного многогранника (прямой или наклонный срез) и т.д.
Ответные выступы другого вала для варианта «вал с углублениями и рельефной поверхностью» - «вал с выступами» имеют аналогичную форму, но на вале с выступами рельефная поверхность отсутствует.
Осуществление заявленного способа и работа каландра происходит следующим образом.
Между рабочими поверхностями ведущего и ведомого валов заводится край подлежащего тиснению листового материала - полоса, лента (например, фольга или фольгированный материал). При описанных выше вариантах осуществления способа и исполнения устройства кинематическим звеном передачи момента силы от ведущего вала к ведомому являются или вершины выступов или углубления, каландр обеспечивает тиснение за счет пластической деформации листового материала при различной форме поверхности выступов, материал которых может быть удален по плоскости или по криволинейной поверхности любой кривизны, или углублений.
В процессе вращения приводом рабочую поверхность ведущего вала во взаимодействии с рабочей поверхностью ведомого вала подвергают пластической деформации листовой материал, в том числе в области расположения рельефной поверхности, с образованием микрорельефа, соответствующего форме, размерам и расположению выступов и/или углублений, в том числе в месте расположения рельефной поверхности.
Вершины выступов и/или углублений валов могут быть выполнены с горизонтальной или наклонной площадкой притупления. Площадки притупления могут иметь разный размер площади, что обеспечивает дополнительные изобразительные эффекты на поверхности материала вследствие изменения отражательной способности поверхности.
Рельефная поверхность на валах с выступами или углублениями может быть получена любым известным способом.
Пример. Обрабатываемая заготовка вала с помощью привода механизма подачи подается в рабочую зону к приводному рабочему органу. Приводной двигатель на рабочем органе вращает ножевой вал или фрезу или включается лазерная головка.
Ножевой вал вращается с высокой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в минуту). Приводы горизонтального, вертикального и углового перемещений рабочего органа, управляемые сигналами от программируемого логического контроллера, через ЭВМ перемещают рабочий орган по программе в горизонтальном, вертикальном и угловом направлениях, также от ЭВМ управляется привод подачи (поворота) обрабатываемого вала.
Таким образом, может образовываться рельефная поверхность с неограниченным количеством изображений.
Рельефная поверхность может быть получена также с использованием электрохимической обработки.