УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПЛОСКУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ПОЛИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к устройствам для гравировки и предназначена для нанесения растровых фотографических изображений на стекло, гранит, мрамор, керамику и другие поверхности, поддающиеся алмазной, либо твердосплавной обработке.
Известна гравировальная машина, содержащая компьютер с блоком подготовки ввода информации, исполнительный механизм, включающий ударный инструмент с приводом вертикального движения, подключенный через блок управления приводом к компьютеру, приводные устройства горизонтального движения исполнительного механизма по координатам Х и Y, связанные с приводом вертикального движения и подключенные к компьютеру через электронные устройства управления (см. МПК В44В 3/00 описание изобретения к патенту из Великобритании №2002694, опубликованного 28.02.1979 г.).
Недостатком известного устройства являются невысокая надежность и производительность работы устройства, обусловленная тем, что в машине отсутствует обратная связь ударного инструмента с силовым приводом, что не позволяет оптимизировать процесс вертикального движения ударного инструмента в зависимости от типа обрабатываемого материала и обеспечить высокую достоверность при передаче изображения и снизить время его нанесения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для нанесения полутонового изображения на плоскую поверхность полированного изделия, содержащее компьютер с блоком подготовки и ввода информации, исполнительный механизм, включающий ударный инструмент с приводом вертикального движения, подключенный через блок управления приводом вертикального движения к компьютеру, приводные устройства горизонтального движения исполнительного механизма по координатам Х и Y, связанные с приводом вертикального движения и подключенные к компьютеру через электронные устройства управления и зажимное устройство с обрабатываемым изделием. В этом устройстве в качестве привода вертикального движения использован электродинамический привод. Привод включает катушку, намотанную на боковую поверхность подвижного относительно корпуса исполнительного механизма диэлектрического цилиндра, на свободном конце которого жестко закреплен держатель ударного инструмента, прикрепленного к корпусу исполнительного механизма при помощи эластичных подвесов, а также содержащее дополнительно устройство управления параметрами вертикального движения ударного инструмента, включенное в цепь обратной связи электродинамического привода вертикального движения ударного инструмента и блока управления электродинамическим приводом вертикального движения ударного инструмента, и датчик координаты точки удара, механически соединенный с приводом горизонтального движения исполнительного механизма по координате Х (см. МПК В44В 3/00, описание изобретения к патенту Российской Федерации №2121444, опубликованное 10.11.1998 г. - ближайший аналог).
Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные:
- невозможностью печати на неплоских поверхностях;
- низкой силой удара;
- небольшим рабочим ходом ударного инструмента;
- полной зависимостью от управляющего компьютера;
- невысоким быстродействием.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение стабильности процесса гравировки и расширение функциональных возможностей устройства.
Сущность технического решения заключается в том, что устройство для нанесения изображения на поверхность полированного изделия содержащее компьютер, исполнительный механизм, включающий ударный инструмент, приводные устройства горизонтального движения исполнительного механизма по координатам Х и Y, дополнительно содержит блок управления, подключенный обратной связью к компьютеру и к приводным устройствам горизонтального движения исполнительного механизма по координатам Х и Y, а исполнительный механизм выполнен в виде печатной головки, расположенной на подвижной консоли устройства и содержит дополнительно блок управления, к которому подключены ударный механизм с инструментом, приводное устройство вертикального движения по оси Z и датчики положения каретки ударного механизма, выполненного в виде устройства электронно-механического прижима и слежения за поверхностью обрабатываемого изделия и состоящего из неподвижного магнита, катушки, установленной параллельно плоскости магнита с возможностью радиального перемещения и вращающегося держателя ударного инструмента с двумя опорными подшипниками, при этом каретка с закрепленным на ней ударным механизмом кинематически связана с ремнем приводного устройства вертикального перемещения по оси Z через пружину поджима, на котором установлена контрольная пластина, взаимодействующая с датчиками положения каретки ударного механизма, а блок управления печатной головки подключен обратной связью к дополнительному блоку управления устройства.
Введение в устройство блока управления позволяет обеспечить автономное управление режимов печати без его нарушения, которое имеет место в известных устройствах, работающих под управлением компьютера при наличии различных помех, перебоев сетевого напряжения, не позволяющих восстановить процесс печати. В заявляемом устройстве, благодаря блоку управления, который осуществляет координацию исполнительных узлов устройства, хранение печатаемого изображения, исключается влияние таких внешних факторов как вирусы, некачественное электроснабжение, промышленные помехи в сети питания и другие производственные факторы. Блок управления выполнен на базе контроллера с архитектурой CORTEX.
Выполнение исполнительного механизма в виде печатной головки, содержащей блок управления и ударный механизм, выполненный в виде электронно-механического прижима и слежения за поверхностью обрабатываемого изделия, кинематическая связь ударного механизма с приводным устройством вертикального движения печатной головки позволяет обеспечить стабильность и заданную скорость печати, исключить влияние неровностей обрабатываемой поверхности, влияние вибраций на работу ударного механизма и, таким образом, повысить качество печати.
В целом благодаря введению дополнительного блока управления и конструктивному выполнению исполнительного механизма заявляемое устройство обеспечивает высокую степень достоверности передачи изображения, качество исполнения при высоком быстродействии.
Предлагаемое устройство для нанесения изображений на поверхность полированного изделия поясняется чертежами, где на фигуре 1 - изображена функциональная схема устройства, на фигуре 2 - общий вид устройства, на фигуре 3 - общий вид ударного механизма с ударным инструментом, на фигуре 4 - общий вид ударного механизма с ударным инструментом, на фигуре 5 - общий вид устройства электронно-механического прижима и слежения.
Устройство для нанесения изображения на плоскую поверхность полированного изделия содержит компьютер 1, блок управления 2, исполнительный механизм, выполненный в виде печатной головки 3, приводное устройство 4 движения исполнительного механизма по оси X, состоящее из шагового двигателя 5, безлюфтового ременного редуктора 6 и драйвера 7, приводное устройство 8 движения исполнительного механизма по оси Y, состоящее из шагового двигателя 9, безлюфтового ременного редуктора 10 и драйвера 11. Печатная головка 3 содержит блок управления 12, подключенный обратной связью к блоку управления 2.
Ударный механизм печатной головки 3 выполнен в виде устройства электронно-механического прижима и слежения за поверхностью обрабатываемого изделия и состоит из неподвижного магнита 13, катушки 14, установленной параллельно плоскости магнита 13 с возможностью радиального перемещения и вращающегося держателя 15 иглы 16 с двумя опорными подшипниками 17 и 18. Вращающийся держатель 15 подпружинен относительно оси 19 для самоустановки в вертикальном положении (см. фигуры 3 и 4).
Ударный механизм установлен на каретке 20. Каретка 20 кинематически связана с приводным устройством 21 ремнем 22 (см. фигуру 5) вертикального перемещения по оси Z, через пружину 23 поджима. На ремне 22 установлена контрольная пластина 24, взаимодействующая с датчиками 25 и 26 положения каретки 20 ударного механизма (см. фигуру 5).
Приводное устройство 21 вертикального движения по оси Z, состоит из шагового двигателя 27 и драйвера 28, датчиков слежения за поверхностью печати 25, 26 и каретки 20, которая перемещается по рельсовой направляющей. К блоку управления 2 подключены также конечные выключатели 29 и 30, несущие функцию нулевых точек по координатам Х и Y (см. фигуру 1). Печатная головка 3 установлена на подвижной консоли 31. Для перемещения консоли 31 по станине 32 используются высокоточные линейные рельсовые направляющие 33 и 34 (см. фигуру 2). Конечный выключатель 35 приводного устройства 21 подключен к блоку управления головкой 12.
Устройство для нанесения изображения на поверхность полированных изделий работает следующим образом: с компьютера 1 выдается команда на позиционирование устройства, блок управления 2 выдает команды на драйверы 7 и 11, которые формируют сигналы вращения шаговых двигателей 5 и 9. В результате консоль 31 начинает свое перемещение по обеим координатам до тех пор, пока датчики 29 и 30 не подадут на блок управления 2 сигналы о достижении начального положения печатной головки 3. Затем, графическое изображение оригинала с компьютера 1 загружается в цифровом виде во внутреннюю память блока управления 2. Так же загружаются параметры печати, такие как шаг, частота, количество проходов, информация о силе удара для различных градаций яркости изображения.
Блок управления 2 выдает сигнал на блок управления 12 печатной головки 3, который выдает в свою очередь управляющую команду на драйвер 28 приводного устройства 21 и, в результате, печатная головка начинает свое перемещение по оси Z до полного соприкосновения с поверхностью. Для обеспечения движения во время печати блок управления выдает управляющие сигналы на драйверы 7 и 11, которые формируют сигналы вращения шаговых двигателей 5 и 9. Для печати точки изображения блок управления 12 выдает сигнал на ударный механизм, который преобразует электрические импульсы, возникающие при прохождении электрического тока через катушку 14 во вращательное движение со скоростью, пропорциональной току, в результате чего игла 16 производит удар по обрабатываемому изделию 36 необходимой силы. При этом магнит 13 обеспечивает достаточный запас рабочего хода ударного механизма ±5 мм, что при среднем зазоре иглы 16 порядка 0,3 мм до рабочей поверхности изделия 36 позволяет считать точность установки зазора некритичным параметром.
Контроль прижима ударного механизма и слежения за поверхностью изделия 36 происходит следующим образом: во время печати под действием шагового двигателя 27 ударный инструмент 16 прижимается к обрабатываемой поверхности изделия 36. Прижим осуществляется до тех пор, пока пружина 23 не будет сжата на 50%±1 мм для того, чтобы контрольная металлическая пластина 24 заняла положение между магнитными датчиками 25 и 26. Во время перемещения по неровной поверхности изделия 36 пластина 24 включает либо датчик 25, либо 26, который выдает сигнал на блок управления 12. Блок управления 12 производит необходимую подстройку прижима ударного механизма в ту или иную сторону и обеспечивает, таким образом, постоянный прижим. При этом пружина 23 выполняет роль амортизатора, оставляет зазор всегда постоянным, что повышает стабильность и качество печати. Печать изображения осуществляется построчно, точка за точкой параллельно консоли 31 (координата X). По завершению печати одной строки, консоль 31 перемещается по станине 32 на следующую строку и процесс повторяется. Каждая точка имеет свою яркость от 1 до 256, которая регулируется за счет силы удара (ударный механизм получает соответствующий сигнал от блока управления 2, через блок управления 12). Печатная головка 3 позволяет производить печать со скоростью от 300 до 500 точек в секунду. Устройство электронно-механического слежения за поверхностью обрабатываемого изделия обеспечивает высокую стабильность и качество печати. Катушка 14 имея возможность радиального перемещения, существенно повышает быстродействие срабатывания ударного механизма. По завершению печати головка 3 поднимается вверх и выходит в стартовую точку печати.
Качество печати в заявляемом устройстве регулируется пространственным разрешением. Разрешение измеряется в количестве точек на единицу длины. Выбор пространственного разрешения зависит от структуры материала и глубины печати. Например, для карельского гранита оптимальное разрешение 33-40 точек на сантиметр, что соответствует расстоянию между соседними точками 0,3-0,25 мм.
Расположение печатной головки 3 на подвижной консоли 31 улучшает процесс загрузки обрабатываемого изделия 36 и позволяет осуществить печать на поверхностях намного превосходящих размер рабочего поля устройства.
Ближайшие аналоги печатают в битовом режиме, в котором полутона передаются за счет изменения количества белых точек на единицу длины. Предлагаемая полезная модель позволяет реализовать новый алгоритм передачи полутонов (256 оттенков серого) полутона передаются за счет изменения силы удара, что расширяет функциональные возможности устройства. В ней реализована принципиально новая система слежения за поверхностью обрабатываемого изделия, которая позволяет не критически относится к плоскости поверхности изделия (перепад уровня до 5 мм на длине 30 см), реализован алгоритм восстановления печати после остановки, существенно повышена скорость печати, благодаря блочной конструкции достигнута высокая надежность и ремонтопригодность полезной модели, существенно снижена шумность при работе, после загрузки изображения, полезная модель работает полностью автономно (не зависит от управляющего компьютера).