Способ получения изображения на твердом материале и устройство для осуществления способа

 

Изобретение относится к области декоративной обработки твердых материалов с использованием компьютера. Для получения изображения на твердом материале осуществляют направленное разрушение поверхностного слоя, при этом графический образ, подлежащий воспроизведению, вводят в компьютер, формируют изображение аппаратно-программными средствами, транслируют его в коды исполнительного устройства и выводят коды на исполнительный механизм с керном. Для реализации способа используют компьютер, контроллер и исполнительное устройство, содержащее прямоугольную раму и перемещающийся в пошаговом режиме вдоль ее осей ударный механизм с керном. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области художественно-декоративной обработки твердых материалов, в частности камня или стекла.

Известны способы получения изображения путем обработки материала травлением с предварительным нанесением рисунка или наложением трафарета [1] Подобные способы технически сложны и небезопасны для исполнителя.

Известны способы получения изображения на твердом материале путем направленного частичного разрушения поверхности материала с помощью ударного инструмента керна [2] Обработка поверхности по этому способу осуществляется вручную по точечной копии изображения, при этом качество изображения и время исполнения определяются уровнем квалификации исполнителей.

Трудоемкие операции исключены из способов, где обработка изображения осуществляется с помощью компьютера, как, например, в способе, описанном в заявке [3] и выбранном в качестве ближайшего аналога.

Способ заключается в том, что графический образ вводят в память компьютера в виде массива данных, производят подготовку изображения аппаратно-программными средствами, при этом производят визуализацию изображения на экране компьютера, затем трансформируют сформированные сигналы в коды управления, после чего осуществляют действия и производят удары инструментом по поверхности материала, чередуя их с пошаговым перемещением инструмента параллельно поверхности.

Однако данный способ реализует не все возможности, заложенные в компьютере как устройстве подготовки изображения.

Изобретение направлено на решение задачи повышения точности воспроизведения оригинала и придания изображению большей выразительности, а также обеспечения возможности варьирования графического образа.

Задача решается тем, что в способе, заключающемся в том, что графический образ вводят в память компьютера в виде массива данных, производят подготовку изображения аппаратно-программными средствами, при этом воспроизводят изображение на экране компьютера, затем трансформируют сигналы в коды управления, после чего осуществляют вывод их на исполнительное устройство с механизмом ударного действия и производят удары инструментом по поверхности материала, чередуя их с пошаговым перемещением инструмента параллельно поверхности, подготовку изображения производят в пиксельном и векторном форматах, при этом при работе с пиксельным файлом подбирают размер изображения в пикселях для каждой из осей координат, исходя из соотношения: ЗД=РП х ПБ, где ЗД задаваемый размер поля, РП размер портрета, ПБ пиксель бойка исполнительного инструмента, а при работе с векторным файлом строят несколько эквидистантных контуров.

В процессе получения изображения производят задержку или прерывание кодов управления с возвратом исполнительного механизма в первоначальное положение.

Обработку изображения производят с формированием фрагментов с последующей их сборкой, при этом производят предварительно нумерацию фрагмента, отмечают точки начала координат для каждого, осуществляют развертку фрагмента, затем вырезают из бумаги шаблоны этих фрагментов и производят их компоновку на поверхности материала.

В зависимости от свойств обрабатываемого материала изменяют высоту подъема ударного инструмента.

Сущность способа заключается в том, что графический образ, подлежащий воспроизведению на твердом материале, без предварительного копирования вводят в память компьютера в виде массива данных, с помощью аппаратно-программных средств производят формирование изображения и трансформацию его в коды управления исполнительным устройством, причем коды перемещения исполнительного механизма по поверхности материала пропорциональны яркости изображения, а коды, управляющие вертикальным перемещением ударного инструмента, постоянны.

Таким образом, светлые части изображения представлены на материале наибольшим количеством точек, в которых нарушен поверхностный слой материала, а темные части не подвергшейся разрушению поверхностью материала. Минимальный размер точки определяется заточкой бойка инструмента, глубина его проникновения в материал постоянна и зависит от начальной его установки и определяется степенью твердости обрабатываемой поверхности.

Способ может быть реализован с помощью предлагаемого устройства для получения изображения на твердом материале.

Известны устройства, в которых информация о предмете, изображение которого должно быть воспроизведено, содержится в компьютере и преобразуется в сигналы управления движением исполнительного механизма [4] в том числе принятое за прототип наиболее близкое по сущности и назначению к заявляемому [5] Оно состоит из персонального компьютера, контроллера, стандартного исполнительного устройства и пантографа, копирующего движение пишущего узла и передающего на исполнительный механизм с керном. Устройство громоздко, сложно в наладке и эксплуатации.

Точность воспроизведения рисунка на материале определяется множеством факторов, в том числе качеством изготовления и сборки деталей пантографа.

Изобретение направлено на решение задачи создания компактного и мобильного устройства, реализующего точность воспроизведения графического образа, заложенную в возможностях компьютера.

Задача решается тем, что устройство имеет последовательно соединенные блок формирования управляющих сигналов (компьютер), контроллер, а также исполнительное устройство, состоящее из прямоугольной рамы с установленными в ней с возможностью перемещения вдоль одной из осей рамы мостом, на котором закреплена с возможностью перемещения вдоль продольной оси моста, параллельной другой оси рамы, каретка, приводы перемещения моста и каретки, соединенные с выходами контроллера, инструмент ударного действия и корпус, установленный на каретке, с возможностью перемещения по ней.

На внутренней стороне поверхности корпуса закреплен соленоид с сердечником, при этом обмотка соленоида подключена к третьему выходу контроллера, сердечник соленоида в верхней своей части охвачен пружиной, один конец которой закреплен на сердечнике, а другой на торце соленоида. Керн жестко закреплен на конце рычага, а другой конец рычага связан с корпусом с возможностью качания вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку крепления. Сердечник соленоида установлен с возможностью прохождения через отверстия в корпусе и взаимодействия с рычагом. Рычаг связан с корпусом посредством второй пружины.

Корпус снабжен регулировочным винтом с гайкой, жестко закрепленной на корпусе, а винт упирается в сердечник соленоида, ограничивая его ход сверху.

В углах нижней части рамы закреплены стойки- опоры для установки исполнительного механизма на обрабатываемой поверхности, а во внешних сторонах образующих раму элементов скобы для ремней, с помощью которых исполнительный механизм может быть закреплен на вертикальной плоскости.

Сущность изобретения заключается в том, что обработка поверхности материала при воспроизведении графического образа производится инструментом, установленным непосредственно на узле, управляемым компьютером, без задействования промежуточных устройств и механизмов.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 общий вид исполнительного устройства; на фиг. 3 ударный механизм в разрезе.

Устройство состоит из компьютера (блока формирования управляющих сигналов) 1, вход которого подключен к контроллеру 2, и исполнительного устройства 3, которое включает прямоугольную раму 4, на которой с возможностью перемещения по одной из осей рамы закреплен мост 5 с установленной на нем кареткой 6, с исполнительным механизмом 7. Каретка 6 установлена с возможностью перемещения вдоль оси моста 5, параллельной другой оси рамы 4. На раме 4 закреплены приводы 8 и 9 перемещения моста 5 и каретки 6, входы которых соединены с первым и вторым выходом контроллера 2 соответственно. Ударный механизм 7 представляет собой корпус 10, на внутренней поверхности которого закреплен соленоид 11 с сердечником 12, а обмотка соленоида 11 подключена к третьему выходу контроллера 2.

Сердечник 12 охвачен пружиной 13, один конец которой жестко закреплен на сердечнике, а другой на торце соленоида 11.

Инструмент ударного действия в виде керна 14 жестко закреплен на конце рычага 15, другой конец которого прикреплен к корпусу 10 с возможностью качания относительно горизонтальной оси 16, проходящей через точку крепления рычага к корпусу. Корпус 10 закреплен на каретке 6 с возможностью перемещения. Крепление может быть осуществлено, например, с помощью винтов, проходящих через овальные прорези, выполненные в корпусе.

Сердечник 12 расположен таким образом, чтобы в процессе работы он проходил через отверстие в корпусе и упирался в рычаг 15. Рычаг 14 связан с корпусом 10 посредством второй пружины 17.

Корпус 10 имеет регулировочный винт 18 и гайку 19, которая жестко закреплена на корпусе, а винт 18, проходя через нее, упирается в сердечник 12 соленоида 11.

В углах нижней части рамы укреплены стойки-опоры 20 для установки исполнительного устройства на поверхности обрабатываемого материала.

На внешней стороне каждого из элементов рамы закреплены скобы 21, через которые могут быть протянуты ремни, закрепляющие исполнительное устройство на вертикальной обрабатываемой поверхности.

Узлы 8 и 9 перемещения моста и каретки могут быть выполнены аналогично используемым в стандартном плоттере, например типа АП-7252М.

Способ осуществляется следующим образом.

Графический образ, подлежащий воспроизведению, вводят в память компьютера известными аппаратно-программными средствами, в том числе: с фотографии или рисунка с помощью ручного сканера любого типа (например, Geni Scan, Model N Gs 4000) посредством программы Scanedit; непосредственно с клавиатуры компьютера с помощью графического редактора.

Произведя запись графического образа в память компьютера в виде массива данных, производят подготовку изображения, например, с помощью программного комплекса Corel Draw, в том числе редактирование с целью изменения плотности фона, контраста, а также формирование фрагментов, при этом изобразительный фрагмент образуется при вводе данных с помощью ручного или автоматического сканера, а текстовый образуется с помощью специальных процедур программного комплекса Corel Draw или Paintbrush и представляет собой логически единый смысловой текстовой блок. Такой блок обычно выполняется одним выбранным шрифтом и визуально представляет собой прямоугольный фрагмент.

Развертка фрагмента осуществляется как вдоль оси X, так и вдоль оси Y прямоугольной системы координат. В случае оси X начало координат фрагмента устанавливают в левой верхней точке прямоугольника, огибающего фрагмент, а в случае оси Y в левой нижней точке, что равносильно повороту фрагмента на 90^o против часовой стрелки. Для компоновки фрагментов вырезают из бумаги шаблоны этих фрагментов и проводят их компоновку на поверхности материала, предварительно отметив точку начала координат для каждого заранее пронумерованного фрагмента.

При подготовке изображения в пиксельном формате производят подбор размера изображения по каждой из осей координат, исходя из размера пикселя бойка ударного инструмента: ЗД РП·ПБ, где ЗД задаваемый размер поля; РП - размер изображения; ПБ пиксель бойка ударного инструмента.

Подготовку текстов производят, например, как в системе Corel Draw с использованием библиотеки шрифтов, так и в системе Paintbrush со своей библиотекой шрифтов.

При выводе графических векторов изображения, например, с помощью программы МЕМ каждый вектор на поверхности материала представляется линией минимальной ширины линией следа от бойка. При необходимости получение более толстой линии средствами, например, системы Autocad или какой-либо аналогичной графической системы строят несколько эквидистантных (вложенных) контуров для их последовательного прохода исполнительным механизмом.

По окончании подготовки изображения производят запись экспорт-файла в формате однобитового РСХ-файла и транслируют его в контроллер, формирующий команды управления исполнительным устройством: в виде кодов управления движения исполнительного механизма, пропорциональных яркости изображению, и кодов вертикального перемещения ударного инструмента.

Управление работой исполнительного механизма осуществляют в пошаговом режиме с помощью специально разработанных программ.

С их помощью в процессе работы выводят на экран монитора формируемое изображение, его габариты, текущее значение задержки подъема бойка, а также изменяют значение задержки и прерывают вывод изображения с возвратом исполнительного механизма в первоначальное положение.

Ниже приводится описание функционирования устройства для реализации предложенного способа получения изображения на твердом материале.

Исполнительное устройство 3 устанавливают на обрабатываемой поверхности на стойках-опорах 20 или закрепляют в вертикальном положении ремнями, пропущенными через скобы 21. В зависимости от типа материала устанавливают начальное значение подъема сердечника соленоида вращением регулировочного винта 19. Вводят графический образ в память компьютера, осуществляя формирование и обработку изображения описанным выше способом. Сигналы управления исполнительными устройствами 3 с выхода контроллера 2 поступают соответственно: с первого выхода на узел 8 перемещения моста вдоль оси прямоугольной рамы, со второго выхода на узел 9 перемещения каретки вдоль другой оси моста. Под действием этих сигналов исполнительный механизм перемещается в пошаговом режиме по обрабатываемой поверхности. Сигнал с третьего выхода контроллера поступает на обмотку соленоида 11, в результате чего сердечник 12, опускаясь и проходя через отверстие в корпусе, нажимает на рычаг 15, на конце которого закреплен керн 14. Керн, ударяя по поверхности, производит частичное ее разрушение. Возврат керна в исходное положение осуществляется пружиной 17 в отсутствие сигнала с третьего выхода контроллера.

Устройство может быть изготовлено на базе персональной ЭВМ, например, типа РС/АТ 386, в качестве устройства подготовки исходных данных и вывода полученных изображений.

В качестве исполнительного может быть использовано как специально разработанное устройство, так и частично доработанный пло

Формула изобретения

1. Способ получения изображения на твердом материале, заключающийся в том, что графический образ вводят в память компьютера в виде массива данных, производят подготовку изображения аппаратно-программными средствами с воспроизведением его на экране компьютера, затем трансформируют полученные сигналы в коды управления, выводят их на исполнительное устройство с инструментом ударного действия и осуществляют направленное разрушение поверхностного слоя, производя удары инструментом по поверхности материала, чередуя их с пошаговым перемещением инструмента параллельно поверхности материала, отличающийся тем, что подготовку изображения производят в векторном формате, строя несколько эквидистантных контуров, или в пиксельном формате, подбирая размер изображения в пикселях для каждой из осей прямоугольной системы координат исходя из следующего соотношения: ЗД РП · ПБ, где ЗД - задаваемый размер поля, РП размер портрета, ПБ пиксель бойка исполнительного инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят задержку или прерывание кодов управления с возвратом исполнительного устройства в первоначальное положение.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при подготовке изображения производят формирование фрагментов с последующей из сборкой, при этом предварительно фрагменты нумеруют, отмечают точки начала координат для каждого из них, осуществляют развертку фрагмента, затем вырезают из бумаги шаблоны этих фрагментов и производят их компоновку на поверхности материала.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что регулируют начальную величину подъема ударного инструмента.

5. Устройство для получения изображения на твердом материале, содержащее компьютер, исполнительное устройство, включающее прямоугольную раму, мост, установленный на раме с возможностью перемещения вдоль одной из ее осей, каретку, установленную на мосту с возможностью продольного перемещения относительно него, кинематически связанный с кареткой инструмент ударного действия с приводом ударного перемещения от соленоида и контроллер, вход которого соединен с компьютером, а выходы с приводами перемещения моста и каретки и с соленоидом, отличающееся тем, что исполнительное устройство снабжено подвижным относительно каретки корпусом, в котором размещен соленоид, и связанным с корпусом посредством горизонтальной оси поворота подпружиненным рычагом, на свободном конце которого установлен инструмент, а сердечник соленоида выполнен подпружиненным и проходит через отверстие, выполненное в корпусе с возможностью взаимодействия с рычагом, при этом рама имеет средство для ее установки на обрабатываемой поверхности.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что корпус имеет жестко закрепленную на нем гайку и размещенный внутри нее регулировочный винт, контактирующий с торцом сердечника соленоида.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средства для установки выполнены в виде стоек, закрепленных в углах нижней плоскости рамы.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что рама имеет скобы для ремней, размещенные на ее внешних сторонах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3