Техническое описание технического устройства

Введение

Графопострои́тель (плоттер) — устройство для автоматического вычерчивания с большой точностью рисунков, схем, сложных чертежей, карт и другой графической информации на бумаге размером до A0 или кальке.

Графопостроители рисуют с помощью пера (пишущего блока).

Перьевой графопостроитель - графопостроитель, рисующий при помощи разноцветных карандашей и ручек.

Кроме того, плоттеры умеют резать материал или, например, вытравливать печатные платы.

Связь с компьютером графопостроители, как правило, осуществляют через последовательный, параллельный, SCSI-интерфейс и Internet (в последнем случае подключение к конкретному компьютеру не требуется, плоттер имеет собственный IP-адрес и, будучи включенным, доступен всем машинам в локальной сети). Некоторые модели графопостроителей оснащаются встроенным буфером (1 Мбайт и более).

Первые плоттеры работали на принципе передвижения бумаги с помощью ролика, обеспечивая тем самым координату X, а Y обеспечивалась движением пера. Другой подход представлял собой модернизированный пантограф, управляемый вычислительной машиной и имеющий шариковое перо в качестве рисующего элемента. Недостаток этого метода заключался в том, что требовалось пространство, соответствующее расчерчиваемой области. Но достоинством этого метода, вытекающим из его недостатка, является легко повышаемая точность позиционирования пера и соответственно точность самого рисунка, наносимого на бумагу. Позже это устройство было дополнено специальным кассетным держателем, который мог компоноваться перьями разной толщины и цвета.

Задача вывода информации, представленной в графической форме,

возникла одновременно с появлением вычислительных, и ее решение - одна

из основных целей вычислительных средств, применяемых для автоматизации проектирования. Устройства, выполняющие функции вывода графической

информации на бумажный и некоторые другие носителей, называются графо-

построителями или плоттерами (от англ. plotter) - термин, который, как

и многие другие транслитерированные англоязычные термины, уже вытеснил

свой русскоязычный аналог. В этом реферате рассмотрены основные плоттерные технологии(plot/print technologies), тенденции рынка, достоинства и недостатки различных типов плоттеров и характеристики, которые

необходимо учитывать при выборе конкретного плоттера.

Хочу заметить, что большинство рассмотренных ниже технологий ис-

пользуется в плоттерах не только большого (А0, А1) формата, являющихся

предметом данной курсовой работы, но и в плоттерах меньшего формата и даже в принтерах.

В планшетном графопостроителе по неподвижной бумаге движется пишущее устройство в виде каретки с пишущими перьями. Поднятие и опускание перьев осуществляются с помощью управляемого электромагнита, а движение каретки - с помощью управляемого шагового электродвигателя. Рулонный графопостроитель отличается тем, что барабан с рулоном бумаги вращается и каретка движется только по одной оси. Управляющие сигналы электродвигателя и электромагнита вырабатываются согласно проектной информации, поступающей из ЭВМ..

Обзор устройства данного типа

Техническое описание технического устройства

По типам графопостроители бывают планшетные или рулонные, перьевые, электростатические или струйные, растровые или векторные. По формату наносимого изображения – обычные (формат потребительский до размера А3) и плоттеры широкоформатные, позволяющие рисовать плакаты размером по ширине до 3 м. В рулонных графопостроителях бумага либо пленка, на которую выдается изображение, крепится на барабане. Вращение барабана в различные стороны и движение пишущего блока вдоль оси барабана позволяет проводить любые линии. Барабанные графопостроители компактны, удобны в работе, позволяют работать с чертежами большой длины. Поэтому они получили наибольшее распространение. В планшетных (плоских) графопостроителях бумага либо пленка располагается на плоскости и неподвижна.

В планшетном графопостроителе по неподвижной бумаге движется пишущее устройство в виде каретки с пищущими перьями. Поднятие и опускание перьев осуществляются с помощью управляемого электромагнита, а движение каретки - с помощью управляемого шагового электродвигателя.

По принципу действия графопостроители делятся на:

• струйные плоттеры;

• перьевые плоттеры (карандашно–перьевые плоттеры);

• плоттеры–каттеры (режущие)

• LED–плоттеры ("лазерные");

• Электростатические плоттеры

• Плоттеры прямого вывода изображения;

• Плоттеры на основе термопередачи

Струйный плоттер - это печатающее устройство, которое создает элементы изображения капельками чернил, вылетающими из сопла со скоростью, достаточной, чтобы преодолеть зазор между соплом и поверхностью, на которой формируется изображение.

Хотя струйный принцип печати известен уже давно, эти устройства так и оставались бы экзотикой, если бы не изобретение, ставшее основой для "взрывного" распространения струйной технологии - это технология "пузырьковой" струйной печати (bubble-jet). Первый и основной патент на нее принадлежит Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области. Путем обмена лицензиями эти две компании получили подавляющее преимущество над конкурентами.

Технология "пузырьковой" струйной печати использует направленное распыление капелек чернил на бумагу при помощи мельчайших сопел печатающей головки. В стенку сопла встроен нагревательный элемент. При подаче электрического импульса температура его резко возрастает за 7-10 мкс. Практически все чернила, находящиеся в контакте с нагревательным элементом мгновенно испаряются. Расширение пара вызывает ударную волну. Под действием избыточного давления капелька чернил "выстреливается" из сопла. После "выстрела" чернильный пар конденсируется, пузырек схлопывается и в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого новая порция чернил всасывается в сопло.

Важной конструктивной особенностью такого печатающего устройства является простая конструкция сопел. Причем, кроме низкой стоимости изготовления, есть еще ряд других преимуществ:

Высокая надежность каждого сопла, что упрощает конструкцию и, следовательно, уменьшает размер печатающего узла, так как не надо обеспечивать возможность замены сопел.

Сопла можно располагать очень близко друг к другу, а это увеличивает разрешение печати.

Отсутствие какого-либо звука при работе печатающей головки.

Печатающие головки могут быть цветными и иметь соответствующее число групп сопел. Для создания полноцветного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре базовых цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Key -ведущий (черный). Сложные цвета образуются смешением основных, оттенки различных цветов могут быть получены путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется для получения различных оттенков серого цвета при выводе монохромных изображений). Качество цветной печати таково, что полученный полноцветный плакат нельзя отличить от изданного в типографии. Для повышения качества полноцветной печати сегодня используются 8-ми и 12-ти цветные струйные плоттеры.

Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности сделали струйные плоттеры серьезным конкурентом на рынке печатающих устройств. Спрос на них растет как со стороны тех, кто работает с настольными издательскими системами, в рекламном бизнесе, так и со стороны пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи больших форматов. Однако, данные устройства не совсем устраивают пользователей с большими объемами выводимой графической информации. Там, где требуется получение очень большого числа чертежей в течение небольшого времени лучше применять лазерные плоттеры.

Перьевой плоттер - печатает за счет того, что перо перемещается по поверхности бумаги. Они основаны на принципе штриховой графики, в отличие от принтера, который основан на растровой графике. Плоттеры могут вычерчивать большие объемы штриховой графики, включая и текст, но делают они это очень медленно из-за автоматического движения пера. Перьевые плоттеры не способны создать целое цветовое пространство, но они могут заштриховать пространство, рисуя множество близкорасположенных, параллельных линий. Раньше, когда компьютерная память стоила больших денег, а процессор работал очень медленно, такой способ был самым быстрым и рациональным способом печати цветной векторной графики и очень больших рисунков с высоким разрешением.

Обычно, принтеры используют для печати текста. Управлять принтерами довольно-таки легко. Для того чтобы напечатать страницу, достаточно лишь задать режим печати текста. А вот с печатью цветовой графики на плоттере дело обстоит гораздо сложнее. Специально для плоттера было создано большое число команд управления, чтобы задавать более детальную информацию, например: «нарисовать линию от этой точки до этой ».

В настоящее время плоттеры в основном применяются для технических рисунков и приложений САПР, где они имеют преимущества при работе с бумагой больших размеров и обеспечивают высокое качество разрешения. Еще одно применение было найдено для плоттеров при замене перьевой ручки лезвием – режущие плоттеры GCC Puma 132 s . В таком качестве плоттеры используют во многих швейных мастерских и мастерских по изготовлению дорожных знаков и указателей.

Скорость работы плоттера зависит от вида пера. Типичное перо для плоттера представляет собой стержень из целлюлозного волокна, который проходит через округлую губку, пропитанную чернилами. Кончик стержня заострен в форме конуса. В то время как перо передвигается по поверхности бумаги, чернила из губки протекают через отверстия вниз по стержню и попадают на бумагу. Когда в губке начинают заканчиваться чернила, их поступление в кончик стержня замедляется, и линии на бумаге становятся тусклыми. Снижение скорости вычерчивания на плоттере позволяет прорисовать линии заканчивающейся ручкой. Изображение все равно продолжит тускнеть до тех пор, пока чернила не закончатся совсем. Использование пера с волоконным кончиком постепенно приводит к тому, что оно изнашивается от постоянного трения о бумагу. Тонкий кончик становится утолщенным и грязным.

Плоттер с шариковым пером имеет возможность перезаправки чернил. В шариковом пере есть специальные пластиковые баллончики с чернилами, в них нет губки. Такие «перья» не изнашиваются, но, обычно, они стоят гораздо дороже и реже используются.

Режущий плоттер используется в сфере профессионального изготовления постеров и афиш, для производства качественных дорожных знаков, устойчивых к плохой погоде. Постеры и афиши изготавливаются с применением однотонной самоклеющейся виниловой пленки со съемной бумажной подложкой. Винил клеится на кузова автомобилей и на окна автомобилей, используется для больших ярких реклам даже на парусных суднах. Схожий прием используется для наклейки затемненного винила в целях тонирования автомобильных стекол.

Перечень доступных цветов обычно ограничивается теми, которые имеются в наборе виниловой пленки. Чтобы материал не помялся, его хранят в рулонах. Типичные размеры виниловых рулонов - 18 и 36 дюймов в высоту.

В основном устройство режущего плоттера схоже с традиционным перьевым плоттером , за исключением того, что чернильная ручка заменена очень острым ножом, который способен вырезать любую форму. Также этот плоттер имеет функцию регулирования, с помощью которой он настраивает силу давления ножа на виниловую пленку. Изменение силы давления ножа необходимо для полного или частичного вырезания шаблонов. Нож для резки винила обычно напоминает по форме перо для плоттера. Он установлен на шарикоподшипниках, так чтобы край ножа мог поворачиваться в нужном направлении во время движения каретки.

Плоттеры–каттеры (режущие плоттеры) - Режущий плоттер (каттер) – это плоттер, который позволяет прорезать до подложки, высекать, перфорировать, резать насквозь материал вдоль контура изображения из различных материалов, например, из самоклеящейся пленки.

Резка называется «плоттерной» из-за того, что этот процесс производит специальный высокоточный аппарат – плоттер. Слово «плоттер» или же графопостроитель произошло от греческого γράφω- пишу, рисую. И обозначает устройство для автоматического рисования. Тогда широкоформатный принтер тоже является плоттерной машиной. И это слово не совсем подходит для оборудования, которое не рисует, а вырезает по контуру. Правильнее будет называть резку не плоттерной, а каттерной, от английского слова cutter - резчик, скульптор, гравер. Но, к сожалению, это слово в России не прижилось и процесс вырезания чаще называется плоттерной резкой.

Лазерные (LED) плоттеры - устройство, которое базируется на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селенсодержащих материалов и силовое действие электростатического поля. Селен в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое визуализируется намагниченным мелкодисперсным тонером, а затем переносится на бумагу.

В качестве промежуточного носителя в LED - плоттерах используется вращающийся селеновый барабан. Заряженные области барабана притягивают сухой тонер, который затем переносится на проходящую под барабаном бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частички тонера запекаются, создавая изображение.

Применение точечных полупроводниковых светодиодов (light emitted diod - LED), которые и дали имя новому типу устройств (LED-плоттеры) вместо сложных лазерных систем, позволило избежать ряда сложностей в эксплуатации. Общий принцип создания изображения сохранился, однако вместо зеркал используется линейка светоизлучающих диодов. LED-плоттеры относятся к классу растровых, каждой точке строки изображения соответствует свой светодиод. Отказ от оптического управления сделал систему проще, легче и надежнее, т.к. все светодиоды жестко закреплены.

Лазерные (LED) плоттеры, ввиду высокого быстродействия в первую очередь интересны пользователям с большими объемами работ. Для повышения эффективности такие плоттеры чаще всего используются как сетевые устройства. К числу их преимуществ относится то, что они могут работать на обычной бумаге, что сокращает удельные затраты при эксплуатации.

Области применения LED-плоттеров: сложный технический дизайн, архитектура, документооборот, картография и др., т.е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.

Электростатические плоттеры - электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя - специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуемых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф формируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении тончайших электродов записывающей головки высоковольтными импульсами напряжения.

Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, частицы тонера оседают на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и их высокая стоимость, в связи с чем ЭП приобретают пользователи, имеющие оправданно высокие требования к производительности и качеству. Для достижения максимальной эффективности ЭП обычно работают как сетевые устройства, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немало- важны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая (на уровне стоимости высококачественной типографской) стоимость электростатической бумаги. ЭП применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах (ГИС).

Плоттеры прямого вывода изображения - изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль "гребенки" и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 dpi (dots per inch - точка/дюйм)), но, увы, только монохромным. Сейчас цены на термобумагу снизились, недостатки, когда-то присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим архивным требованиям.

Учитывая их высокую надежность, производительность (может достигать 50 листов формата А0 в день) и низкие эксплуатационные затраты, плоттеры ПВИ применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию входит сетевой адаптер. Технические характеристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхематехники.

Плоттеры на основе термопередачи - Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой!) размещается "донорный цветоноситель" - тонкая, толщиной 5-10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100ш С) температурой плавления. На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист с наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода.

Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного. Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветных плакатов и транспарантов для красочных презентаций.

Различают два класса графопостроителей:

• векторный класс;

• растровый класс.

В векторном классе графопостроителей пишущий блок вырисовывает заданные линии перемещаясь в двух направлениях. Плоттеры для систем автоматизированного проектирования (далее по тексту – САПР) и геоинформационных систем (далее по тексту – ГИС), ориентированы на печать монохромных чертежей.

В растровом классе графопостроителей изображение создается точками растра. Полноцветные плоттеры способны печатать любую графику – от чертежей до плакатов фотореалистического свойства и качества. Такие плоттеры находят все более широкое применение, в том числе в САПР и ГИС.

Разрешение является очень важной характеристикой любого плоттера, определяющей не только качество печати и производительность его работы, но и его ценовой уровень. Современные значения разрешений в плоттерах соответствуют ряду 180, 300, 360, 600 и 720 dpi (точек на дюйм).

Для печати широкоформатных плакатов, которые предполагается рассматривать с расстояния в несколько метров (рекламные щиты на улице), применяется плоттер с разрешением 180 dpi. Для более универсального применения или для печати чертежей или карт необходимо разрешение 300 – 360 dpi. Для некоторых специальных задач – получение тонких коричневых линий на картах или печать рекламных проспектов формата А4 – необходимо высокое разрешение в 600 – 720 dpi.

Производительность плоттера в основном определяется скоростью печати и временем подготовки файла к печати. Скорость печати определяется свойствами струйной головки и расходных материалов. Чем больше форсунок в струйной головке и чем выше частота впрыска капель чернил, тем выше скорость печати.

Основными производителями струйных плоттеров являются: "EnCad", "Hewlett Packard", "CalComp", "ColorSpan", "Roland", "Mutoh", "Summagraphics", "Rastergraphics, "Mimaki", "Anagraph", "OCE Grapfics, "Selex" (Canon) и "Xerox". Производство "OCE Grapfics, "Selex" (Canon) и "Xerox" ориентировано на изготовление плоттеров для САПР и ГИС. Фирма "Kodak" поставляет плоттеры от "Encad" и "Mutoh", фирма "Liford" – от "Encad" и "ColorSpan", а "Agfa" – от "Mutoh", т.е. данные фирмы размещают заказ на производство плоттеров под своей торговой маркой у непосредственного изготовителя рассматриваемой продукции.

Основные технические характеристики графопостроителей (плоттеров):

Разрешение. Различают реальное и адресуемое разрешение. Реальное разрешение – это то, что обеспечивает струйная головка, адресуемое разрешение – это повышение плотности точек за счет нескольких проходов головок.

Скорость печати. В любом плоттере имеется 5–8 режимов печати: одно– или двунаправленная печать, в 1, 2, 3, 4, 6 проходов, с "повышенным" или "пониженным" разрешением. Чем меньше проходов струйной головки, тем выше скорость печати, но тем ниже качество.

Производительность системы. Производительность плоттера во многом определяется скоростью печати. Печатающая система состоит не только из плоттера, но и из компьютера, растрового процессора (RIP) и специализированного программного обеспечения.

Система сушки и подмотки готовых изображений. Если в плоттере нет системы сушки, тогда готовые отпечатки нельзя наматывать на приемную бобину (или просто в рулон). Это означает, что оператор должен стоять около плоттера и следить, чтобы отпечаток не касался пола, а в конце печати отрезать его (для этого во всех современных плоттерах есть автоматический нож) и укладывать (или вывешивать) на специальное место для просушки. Сушка особенно актуальна при работе на "быстрых" плоттерах и при печати на фотобумаге или пленке.

Система подачи чернил. Система подачи чернил является одним из основных элементов современного плоттера. На данный момент применяются две основные системы подачи чернил: непрерывная ("Encad", "ColorSpan", "Mutoh", "Roland") и порционная ("HP"). В непрерывной системе подача чернил в струйные головки осуществляется по трубочкам, подсоединенным к емкостям с чернилами.

Цветность. Изначально в плоттерах применялся стандартный полиграфический набор цветов CMYK (голубой, пурпурный, желтый и черный). Наиболее распространенными цветовыми пространствами после CMYK являются 6-цветные CMYK LcLm (CMYK + светло – голубой и светло – пурпурный) и CMYK OrGr (CMYK + оранжевый и зеленый).