Профілометр для контролю поверхні циліндрів друку

Профілометр для контролю поверхні циліндрів друку, що містить оптичну головку з засобами пересування відносно поверхні циліндра друку і комп'ютер, причому зазначена оптична головка включає джерело випромінювання, світлоподільник, опорне дзеркало з приводом зворотнопоступального переміщення, об'єктив і цифрову камеру з фотоматрицею, а комп'ютер з'єднаний з цифровою камерою і приводом опорного дзеркала, який відрізняється тим, що між джерелом випромінювання і світлоподільником введено коліматор-розширювач пучка, опорне дзеркало має циліндричну форму з радіусом кривизни, близьким до радіуса циліндра друку, а між світлоподільником і опорним дзеркалом та між світлоподільником і циліндром друку внесено циліндричні лінзи. Винахід належить до контрольного обладнання для друкарських форм. Пристрій призначений для оптичного контролю якості формних циліндрів глибокого друку, а також може використовуватись для контролю анілоксових валів. Найбільш поширеними на сьогоднішній день технологіями виготовлення форм глибокого друку є електромеханічне гравірування, пряме та непряме лазерне гравірування (маски з наступним хімічним травленням) поверхневого металевого шару друкувального циліндра. Анілоксові вали переважно виготовляються електромеханічним або прямим лазерним гравіруванням керамічного шару. При використанні будь-якої з вказаних технологій якість друкувальної форми визначається, перш за все, геометричною формою гравірованих або витравлених комірок, призначених для переносу фарби. Відомий пристрій [1] формування зображення гравірованих ділянок циліндра глибокого друку у електромеханічному гравері, що включає освітлювач, відеокамеру, наприклад, з ПЗЗ матрицею, супорт, що підтримує відеокамеру на робочій відстані від поверхні циліндра, систему автофоку сування для наведення відеокамери на різкість, наприклад, при зміні діаметра циліндра, і відеопроцесор, що формує значення розмірів гравірованих ділянок та обчислює коефіцієнт калібрування для визначення фактичних розмірів гравірованих ділянок. Описаний пристрій вимірює лише поперечні розміри гравірованих ділянок (комірок), глибина комірки не вимірюється, а обчислюється з лінійних співвідношень, що визначають форму алмазного різця; звідси визначається і об'єм комірок. Відомий контрольно-вимірювальний комплекс Check-Master II [2] німецької компанії Heimann для вимірювання розмірів комірок формних циліндрів глибокого друку, що включає мікроскоп (Olympus) зі змінними насадками 50-, 20-, 10-, 5- і 2,5кратного збільшення, відеокамеру з ПЗЗ матрицею (816 606 пікселів) і комп'ютер з програмним забезпеченням для обробки зображення та обчислення довжини, ширини, площі комірок, ширини каналів між комірками, лініатури та кута нахилу растра. Вимірювання глибини комірки (з наступним обчисленням об'єму) проводиться в ручний спосіб наведенням на різкість з використанням шкали (19) UA (11) 74992 (13) C2 (21) 20041109308 (22) 15.11.2004 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Кравченко Вілен Йосипович, Галкін Олександр Олексійович, Єсьман Сергій Степанович, Мамілов Сергій Олександрович, Плаксій Юрій Степанович (73) ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ ФІРМА "БІЕЛТ" ЛТД (56) US 5737090, 07.04.1998 GB 2170314, 22.10.1984 WO 94/02280, 03.02.1994 Ямников Л.С. Автоматизированный бесконтактный профилометр для контроля поверхностей полиграфских печатных форм // Измерительная техника. - 1997. - №10. - С. 14. 3 74992 4 подачі по глибині або з використанням додатковосвітлоподільника проходить через мікрооб'єктив, го датчика з автофокусуванням. Вказаний комякий розфокусовує його по ширині фрезерованої плекс є малопридатним для вимірювання профілю канавки, і за прохід опорного дзеркала комірок, оскільки вимірювання глибини комірки вимірюється рельєф ділянки поверхні, обмеженої проводиться для кожної точки або ділянки комірки шириною однієї канавки, що зумовлює невисоку окремо. швидкодію профілометра. При розфокусуванні Відомий безконтактний пристрій [3] сканування пучка на більші ділянки поверхні матиме місце поверхні зі змінною глибиною, що включає засоби ефект екранування косих променів розбіжного пучспрямування світла на вказану поверхню, засоби ка крутими стінками канавок, особливо у випадку фокусування зображення в опорній фокальній циліндричних поверхонь невеликого радіуса. Крім площині, розташованій у заданому положенні того, можливості профілометрії поверхні циліндрів вказаної поверхні, датчик для формування сигнаобмежені переміщенням предметного стола у його лу, пропорційного кількості світла, відбитого від площині. вказаної поверхні, засоби швидко повторюваної В основу винаходу поставлено задачу зміни фокусної відстані вказаних засобів фокусузбільшення робочого поля профілометра і вання навколо опорної площини і фотодетектор швидкості збирання даних про рельєф поверхні для виявлення послідовних максимумів вказаного циліндрів друку шляхом модифікації оптичної схесигналу. Пристрій може бути застосований для ми інтерференційного профілометра та форми модуляції потужності лазера при гравіруванні опорного дзеркала. полімерних матеріалів, наприклад циліндрів флекПоставлена задача вирішується тим, що в содруку. В описі винаходу представлено, по суті, інтерференційному профілометрі використано конфокальний датчик глибини рельєфу з коліматор-розширювач пучка і для компенсації пінхолами, який відображує на фотодетектор малу впливу кривизни циліндра друку опорне дзеркало ділянку поверхні - типовий розмір фокальної плявиконане циліндричним з радіусом кривизни, ми складає 0,1 мм [3]. близьким до радіуса циліндра друку. Відомий також пристрій [4] для лазерного Суть запропонованого винаходу пояснюється гравірування засобів друку, зокрема, анілоксових кресленням, на якому зображена схема валів, що включає засоби оптичного моніторингу профілометра для контролю поверхні циліндрів профілю гравірованих комірок, зокрема, конфодруку. Профілометр включає оптичну головку 1, кальну оптичну систему, яка реєструє поперечний засоби пересування оптичної головки 1 відносно переріз комірки на вибраній глибині. Конфокальна поверхні циліндра друку 2 (на кресленні не оптична система, зокрема астигматична, включає показані) і комп'ютер 3. Оптична головка 1 містить точкове джерело світла, наприклад, лазерний діод джерело випромінювання 4, переважно низькокоз пінхолом, світлоподільник, об'єктив, що фокусує герентне, наприклад, світлодіод або лазерний світло від точкового джерела на поверхні валу, і діод, коліматор-розширювач пучка 5, фотодетектор для реєстрації відбитого і розсіяного світлоподільник 6, опорне дзеркало 7 з приводом від поверхні валу світла, який складається, 8, наприклад, п'єзотранслятором, об'єктив 9 і цифпринаймні, з двох суміжних світлочутливих рову камеру 10 з фотоматрицею 11, наприклад, елементів. Пристрій включає, зокрема, також серПЗЗ або КМОН матрицею. Комп'ютер 3 з'єднаний з вопривод, керований у відповідності з вихідним цифровою камерою 10 і приводом 8 опорного сигналом фотодетектора, що змінює висоту дзеркала. конфокальної системи над поверхнею валу для Пристрій працює наступним чином (див. Фіг.). відслідковування поверхні. Робоче поле зору приСвітло від низькокогерентного джерела строю обмежене розмірами однієї комірки. випромінювання 4 розширюється лінзами Найбільш близьким аналогом до пристрою, що коліматора 5 у колімований пучок, який заявляється, є автоматизований безконтактний світлоподільником 6 розщеплюється на опорний і профілометр [5] для контролю поверхонь вимірювальний. Вимірювальний пучок поліграфських форм друку. Описано профілометр спрямовується на поверхню циліндра друку 2, з оптичною схемою мікроінтерферометра Майвідбивається від неї і світлоподільником 6 кельсона, з променем, розфокусованим по спрямовується на цифрову камеру 9. Об'єктив 9 максимальній ширині фрезованої різцем канавки. формує зображення ділянки поверхні циліндра 2 Пристрій включає лазер, світлоподільник, розфона фотоматриці 11, так що на кожному пікселі кусуючий об'єктив, опорне дзеркало з засобом фотоматриці відображається відповідний елемент зворотно-поступального переміщення, предметний ділянки поверхні циліндра. Опорний пучок стіл для закріплення форми друку з приводами спрямовується на опорне дзеркало 7, переміщення у двох взаємно перпендикулярних відбивається від нього і зводиться напрямках, фотоприймач, що реєструє картину світлоподільником 6 з вимірювальним. При малій інтерференції пучків, відбитих від поверхні форми оптичній різниці ходу між хвильовими фронтами друку та опорного дзеркала, аналого-цифровий опорного і вимірювального пучків на виході перетворювач і комп'ютер, що здійснює аналіз світлоподілювача має місце інтерференція цих амплітудно-фазових характеристик відбитих пучків; діапазон оптичних різниць ходу, для яких хвиль. Загальними суттєвими ознаками відомого можна розрізнити інтерференційні смуги, та пристрою, що заявляється, є світлоподільник, визначається довжиною когерентності джерела опорне дзеркало, фотоприймач і комп'ютер, випромінювання. Максимум контрасту з'єднаний з фотоприймачем і опорним дзеркалом. інтерференційних смуг спостерігається при У відомому профілометрі лазерний пучок після нульовій оптичній різниці ходу. Інтерференційна 5 74992 6 картина проектується об'єктивом 9 на фотоматриосвітлюваної пучком радіуса а. Наприклад, для цю 11, реєструється цифровою камерою 10 і типового циліндру глибокого друку діаметром 300 записується в пам'ять комп'ютера 3. Опорне дзермм при ширині пучка 10 мм висота освітлюваної кало 7 за допомогою приводу 8 під керуванням ділянки циліндра, зумовлена його кривизною, комп'ютера 3 здійснює зворотно-поступальний рух складає 84 мкм, тобто діапазон переміщення вздовж осі опорного пучка у діапазоні, що опорного дзеркала збільшується до 130-140 мкм. перекриває максимальну різницю у глибині Відповідно збільшується і кількість реєстрованих рельєфу досліджуваної ділянки поверхні. та оброблюваних інтерферограм, тобто час збиПри переміщенні опорного дзеркала з певним рання даних та обчислення рельєфу поверхні. кроком реєструється та записується в пам'ять Вплив кривизни циліндра на необхідний комп'ютера серія інтерферограм, що відповідають діапазон переміщення опорного дзеркала певним положенням опорного дзеркала. компенсується циліндричним опорним дзеркалом Комп'ютер за максимумом контрасту 7, що має радіус кривизни, близький до радіуса інтерференційних смуг у кожному пікселі циліндра друку 2. Циліндричні лінзи 12 і 13, фотоматриці в діапазоні переміщення опорного внесені в хід променів опорного і вимірювального дзеркала обчислює глибину відповідних елементів пучків, забезпечують нормальне падіння променів ділянки поверхні циліндру. Поперечні координати на поверхні опорного дзеркала 7 і циліндра друку кожного елементу ділянки поверхні визначаються 2 та вирівнюють відбиті від них хвильові фронти. номерами рядка та стовпця відповідного пікселя Джерела інформації: фотоматриці. За один прохід опорного дзеркала 1. Christopher M.D., Zeitz D.R., Flannery D., Seвідтворюється тривимірний рельєф всієї ділянки renius E.J., Zhao W. System and method for focusповерхні циліндра друку, зображеної на матриці. З ing, imaging and measuring areas on a workpiece даних про тривимірний рельєф обчислюються engraved by an engraver. Патент США №5737090, необхідні геометричні параметри комірок для пеМПК7 В41С1/02, 1998. реносу фарби, наприклад, площа, об'єм і ширина 2. Check-Master II. Graphische Technik und перемичок між комірками. Handel Heimann GmbH / www.heimann-hamm.de. Типова глибина комірок глибокого друку при 2004. сучасних технологіях виготовлення циліндрів дру3. Doyle K.G., Edwards J.G., Zollman P.M. Meaку складає від декількох до 40 мкм (при поперечsurement of depth or relief. Патент Великобританії них розмірах до 160 мкм). У випадку плоскої №2170314, МПК7 G01B11/24, 1986. поверхні форми друку, або малих ділянок спосте4. Roberts S.H., Proctor M. Laser engraving apреження, для яких внеском кривизни циліндру paratus. Патент WO №9402280, МПК B23K26/08, можна знехтувати, необхідний діапазон B41C 1/05, 1994. переміщення опорного дзеркала складає близько 5. Ямников Л. С. Автоматизированный бескон50 мкм. Внесок кривизни циліндра радіусом R у тактный профилометр для контроля поверхностей глибину рельєфу визначається формулою h=Rполиграфских печатных форм // Измерительная (R2-а2)1/2, де h - висота ділянки циліндра, техника. - №10. - С. 14. - 1997. Комп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601