DK165201B - Apparat til praegning af skiver bestemt til fremstilling af daaser ved dybtraekning - Google Patents

Description

i

DK 165201 B

Opfindelsen omhandler et apparat til optisk prægning af skiver bestemt til fremstilling af dåser ved dyb-trækning og af den i krav l's indledning angivne art.

Der kendes optiske apparater til fremstilling af et 5 forud deformeret trykbillede, som kan genantage det oprindelige billede efter det påtrykte emnes dyb-trækning, især fra beskrivelserne til.U^S-.A.-patenterne nr. 3 238 309, 3 314 329, 3 964 920, 4 119 484 og 3 627 412 og til fransk patent nr. 2 453 432, der 10 som optisk organ benytter en bøjelig reflekterende lamel, der roterer omkring det optiske systems akse omkring den dåse, der skal fremstilles.

De kendte apparater af denne art kan ikke altid tilvejebringe en let aflæselighed af meget små bog-15 staver, og for firfarvetryks vedkommende bliver billedet urent, så at man skal foretage en kraftig afblænding for at forøge billeddybden, hvilket forøger eksponeringstiden, og det konstateres da, at det diffuse lys dæmper skyggerne omkring de belyste 20 områder, hvilket giver påtrykket et mælkeagtigt udseende.

Opfindelsen tilsigter en forbedring af den anamorfotiske optiske blok ifølge FR patent nr. 1 590 126. Det deri beskrevne apparat til påtrykning af et forud deformeret 25 billede på skiver til dybtrækning omfatter hovedsagelig et kugleringformet prisme og en asfærisk omdrejnings-linse knyttet til et apokromatrisk fotografisk objektiv med stor brændvidde. Det kugleringformede prisme er fremstillet af. et meget transparent materiale som poly-30 methylmethacrylat.

Opfindelsen angår et apparat som angivet i indledningen, og som er karakteristisk ved det, som er angivet i den 2

DK 165201 B

kendetegnende del af krav 1.

Med apparat til påtrykning af skiver ifølge opfindelsen opnås der på disse skiver et forud deformeret billede, som efter dybtrækning gendanner et normalt billede, 5 Her er prismet og korrektionslinsen sammenbygget, og prismet tjener alene til at tilbagekaste lysstrålerne, mens linsen tilvejebringer de optiske korrektioner og sikrer linearitet i det dybtrukne billede. Endvidere er prismets vinkel bestemt således, at der opnås en 10 fuldstændig tilbagekastning af de fra lyskilden udsendte lysstråler.

Når en dåse.dybtrækkes ud fra en plan, cirkulær skive, vil ethvert punkt på skivens overflade svare til et punkt på overfladen af den dybtrukne dåse. Der be-15 står altså et forhold imellem den oprindelige og den sluttelige beliggenhed af et punkt på metaloverfladen.

Når dette forhold kendes kan det resulterende billede påtrykkes forvrænget således, at man efter dybtrækningen opnår det ønskede slutbillede.

20 Kaldes transformationen fra punkterne på .skiven til punkterne på dåsen T, haves: skive -► (T) -► dåse, og fremgangsmåden består i en optisk modsat transformation T-1 til opnåelse af det deformerede billede på en etiket: etiket -* (T -► skive.

25 Ud fra en etiket vil man som følge af disse transfor mationer opnå en dåse med samme billede som etiketten : etiket —+ (T_\ optik)—* skive —*· (T, dybtrækning) —* dåse.

3

DK 165201 B

For at bestemme funktionen T dybtrækkes en skive påtrykt med et netværk af linjer, som danner et koordinatsystem, hvormed man kan gengive beliggenheden af et punkt før og efter dybtrækningen.

5 I tilfælde af runde dåser kan man anvendé et polært koordinatsystem (r, Θ) for skiv/en, hvor da beliggenheden af punkterne på dåsen efter dybtrækningen gengives ved et koordinatsystem (p, Θ), hvor p angiver beliggenheden af et punkt målt på en frem-20 bringer på dåsen ud fra dennes bund. Dvs., at trans formationen T kan sammenfattes til et forhold imellem r og p. I praksis vil man hellere betragte værdien t = r - r q , hvor r q angiver dåsens radius, og man har da en ligning imellem antal streger pr. mm 15 og deres stilling på dåsens yderflade.

Det bemærkes, at den således eksperimentelt fundne transformation T afhænger af forsøgsbetingelserne (metalkvaliteten, bearbejdningsredskaberne osv.). For at opnå gode slutresultater skal forsøget derfor gen-, 20 tages under betingelser, der svarer mest muligt til de betingelser, der hersker i praksis. Man må altså dybtrække et tilstrækkeligt stort antal dåser med det udvalgte metal for at skabe betingelserne for en serieproduktion, og man skal .også centrere den skive, 25 som bærer koordinatsystemet r, Θ (hvor r varierer fra mm til mm).

Det endelige resultat sammenfattes da i en tabel, der angiver værdierne af p svarende til hver værdi af t. Denne tabel, kompletteret med en højdeangi-30 velse af dåsen, muliggør at fremstille den optiske blok til udførelse af transformationen T-^.

4

DK 165201 B

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 viser et længdesnit igennem det optiske apparat ifølge fransk patentskrift nr. 1 590 126, 5 fig. 2 viser skematisk transformationen ved dybtræk ningen af et punkt t på skiven til et punkt p på dåsen, fig. 3-7 viser forløbet af lysstrålerne i det optiske apparat ifølge opfindelsen, og 10 fig. 8 er et snit igennem et prisme ifølge opfindelsen.

Lysstråler 1 udgående fra en lyskilde 2 går igennem en gennemsigtig kliché 3 med det billede, der skal gengives, og derefter et kugleringsformet prisme 4, hvis yderflade er forsølvet eller aluminiseret. Strålerne 15 går derefter igennem en linse 6 og en blænde 7 i et fotoapparat 8 og danner på en i det væsentlige plan overflade 9 et anamorfotisk billede af billedet på klicheen 3.

I det nævnte franske patentskrift tilvejebringes de op-20 tiske korrektioner af en ekstra linse 10 vist med kort- streg linier, anbragt i en vis afstand foran prismet 4.

Ifølge opfindelsen udelades den ekstra linse 10, og man ændrer formen af den mod fotoapparatet 8 vendende 25 prismeoverflade 11 således, at man derved tilveje- bringer de optiske korrektioner. Systemets fælles optiske akse er angivet ved 12. Prismet 4 fremstilles fortrinsvis af methylpolymetacrylat, men forsølvningen eller aluminiseringen er vanskelig at fremstille 30 og skør. For at afhjælpe denne ulempe ændres den op rindelige prismevinkel på 45° således, at lysstråler- 5

DK 165201 B

ne underkastes en fuldstændig tilbagekastning. Det er dog også muligt først at fremstille prismet og linsen separat og derefter sammenklæbe disse, fortrinsvis uden at anvende klæbemiddel, ved at fore-5 tage en finpolering af de to berøringsflader, såle des, at disse kan ligge an uden mellemliggende luft.

Ued den sidstnævnte udførelsesform kan man disponere over udskiftelige linsesæt udformet med forskellige profiler under hensyn til de særskilte træk for hver 10 dåsetype, der skal påtrykkes, og linsens profilering lettes derved, at påfæstningen af prismet på bearbejdningsmaskinen ikke er let.

Prismevinkelen bestemmes på følgende måde under hensyn til følgende benævnelser: 15 H højden af prismen 4, h højden af dåsen (altså af klicheen 3), 8q inderdiameteren af prismet 4, F brændvidden af linsen 6, A forskydningen i forholdet til prismets 20 bagkant 13 af grundlinien af klicheen 3, der repræsenterer den tegning, der skal gengives, idet man ikke kan sætte h = H, fordi prismets slutparti og øverste parti ikke kan anvendes i praksis på de sidste 3-4 mm.

25 Den kritiske vinkel for methylpolymetacrylat (hvis brydningsindeks .er n = 1,493) er: aQ = arc.sin ^ = 42,05° .

Man må da vælge en vinkel på under 42,05° for at tilvejebringe en fuldstændig tilbagekastning. Praksis viser, at de bedste resultater opnås med ot ^35° og 30 fortrinsvis imellem 35° og 32°.

Hvis et er værdien af den vinkel, hvormed man formind- 6

DK 165201 B

sker vinkelen på 45° for at tilvejebringe den fuldstændige tilbagekastning, og det yderste tilbagekastningspunkt er det, der svarer til højden hQ af dåsens ombertlede parti, haves: tg or~j=· $o + (A + h ) tg (45 -.a) 2 o 5 (Det bemærkes, at den optiske forstørrelse I/O afviger · meget lidt fra 1, hvorfor der divideres med 2F).

Vinkelen a kan bestemmes meget tilnærmet ved at sætte tg (45+ - a)-^l, altså α-^Ό0, hvoraf: tg f f2 + A + ·

Numerisk beregning af værdien for A

10 Man sætter φ = 68 mm og h =28 mm. Man sætfeér H = o o 60 mm for at være sikker på, at alle strålerne tilbagekastes. Objektivets brændvidde kan som et ikke begrænsende eksempel sættes til F = 480 mm.

Man har: A ^ ^ x -^p x H = ^ 2 mm, 15 hvilket kan afrundes til 3 mm efter de opnåede for søgsresultater.

“ = Arc ta ΓΤ-Ϊ80 (τ' * 3 + 28) = 3’87"·

Prismets vinkel skal altså være mindre end 45° - 3,87° = 41,13°.

For sikkerheds skyld vælges et prisme med en vinkel 20 på 35°. Man kan nu herud fra beregne den nøjagtige værdi af A. Da gælder altid: 7

DK 165201 B

tg “ = 2F g° + (A + hQ) tg 45 - oj .

Ifølge fig. 4 har man: tg a = X/H .

Som følge af prismevinkelens formindskelse fra 45° til 55° vil det virtuelle klichébillede, som dannes på planet P, nu dannes på en kegle C, som med planet 5 P danner en vinkel på 2 α = 20°.

Man har : cos 2 α = cos 20° ^ -X- -t » Φ/2 H + d , n x + d H.tq g + d ^_££_.

hvoraf: A = cqs 2Q0 = cQS 2Q0 cos 20°

For d = 1 mm haves: A _ _1_ u ίο . 1 cos 20° * 2 2F λ'

Med F = 480 mm, φ

To = 68 mm, h =28 mm, o ’ H =60 mm, findes: A = 3,25 mm.

I praksis antages A = 5 mm.

Beregning af korrektionen for prismefladen 11

Man skal nu beregne profilet af den prismeflade 11, som 10 vil tilvejebringe de ønskede optiske korrektioner. Da det virtuelle plane billede P er blevet til et virtuelt konisk billede C, betragtes af hensyn til sammenligningen med et lignende tilfælde korrektionen af keglen C på et lodret plan (fig. 5 og 6).

8

DK 165201 B

Værdien X af forstørrelsen, der for en plan '11 og en vinkel α = 45° for et givet punkt vil være: *o r= - , · φ + 2 A To bliver som følge af projektionen: Φ y=-5- φ + 2 A cos 20° yo

Ifølge den for centrerede optiske systemer gældende 5 formel (— + —. = f) j eller * *, --1- = f· har man:

z z1 V zz' F

z = F(1 + p) med z -i - r , hvor r angiver forskydningen af det virtuelle billed-plan som givet af systemet prisme + effektiv linseoverflade, hvoraf: F(1 + ^) + r = i, hvor t angiver afstanden imellem prismets kant og objektivet (fig. 5).

For at bestemme r må man kende den optiske vejlængde, der gennemløbes af lysstrålen i methylpolymetacry-latet (fig. 6).

Når man repræsenterer de forskellige lysstrålers for-15 løb i prismet, konstaterer man, at r varierer som funktion af p (der som nævnt i figurfortegnelsen under fig. 2 angiver positionen af et punkt målt på en frembringer på dåsen ud fra dennes bund). Men denne værdi af r afhænger af strålens indfaldsvinkel 20 på den bearbejdede overflade, som kun er kendt, når dens overflader x^. og y^. er beregnet. Derfor bestemmer man r tilnærmelsesvis på følgende måde: 9

DK 165201 B

.. ,n - 1% nH = H - nr —*· r = H {—-—) ·

Man har da (fig. 7) : n [h - (A +p)sin 20°] = [h - (A + p)sin 20°] + nr , hvor r s= F |h - {A + p)sin 20°J .

Tilnærmelsen af overfladen for-prismer med en liile vinkel giver følgende forholdsregel: D = y - ^ , hvor ξ- forskydningen i lodret 5 projektion af den virtuelle kegle: 5 = p cos 20° - — Ύ '

Hvis man endvidere ved β betegner vinkelen imellem tangenten og linsens overflade, har man: - v - P cos 20° - t/γ Δν D =· (η - 1) 3 =>£S = . ij" "(h - r) = ta ’ eller til sidst: » P cos 20° - t/γ yt = yt-l + <xt - Vi’ (H - r) -n - 1) - hvoraf: Φ £, = -y + A cos 20° + t g "-· , 10 eller idet 0 - t·- H:

*o e t £ - H

X. = — + A cos 20® + — τη- · t 2 γ < - r

Xj. og y^. repræsenterer altså de parametriske koordinater, der bestemmer formen af prismefladen 11, profileret som korrektionslinse, hvor aksen y er systemets 15 optiske akse 12. Referenceplanet (x, y) er valgt vilkårligt. Det kan eksempelvis være prismefladen 11 før profileringen eller et vilkårligt andet plan parallelt med dette, eksempelvis bestemt ved værdien H.

10

DK 165201 B

Anvendelsen af koordinaterne x^., til bestemmelse af prismets forreste overflade lader sig let foretage af en numerisk styret værktøjsmaskine.

NUMERISK EKSEMPEL

5 Ud fra værdierne = 68 mm, A = 5 mm, F = 480 mm, n = 1,493, H = 60 mm og 2 ot = 20° bestemmes først et vist antal parametre - C^.

Antallet af parametre - C^: c, = φ /2 + A cos 20° = 36,70

1 O

10 C2 * Φ ,2 l-cTs-W - °·878 '

O

C* = F(1 + pr") = 1026,33 1 C2 c*2 = £(H A . sin 20°)] = 19,24

C' + C - H

C = - --- - 0^960 J ^ 1 C4 = (H - c*2) (n - 11 = 20,1 15 yQ = 0 (hvilket svarer til prismets referenceflade) xQ = ci * C3 (= 35,23).

Derefter beregnes for hvert punktsæt (p, t): C*2 = [h - (A + p) sin 20°]

C' + C' + H

C* = _±-é- 3 c’i 20 C4 = (H - C*2) (n - 1) 11

DK 165201 B

Endelig haves (idet t ovenfor er defineret i forhold til polarkoordinaterne (r, Φ) som t = r - r , hvor r er dåsens radius, se fig. 2): o xt = (C1 + C3 ^ « p cos 20° - t/Cg {II) yt = yt.j + (xt - xt.!) --- L4 PRAKTISK BEREGNINGSEKSEMPEL FOR LINSENS FORRESTE 5 FLADE_

En dybtrukken dåse bærer et polært koordinatsystem.

Man finder de til værdierne af t på skiven svarende værdier af p (fig. 2). Værdien t = 0 tildeles den første synlige cirkel på bunden af den på et rette-• 10 plan anbragt dåse. For t = 0 sættes p = 0, hvilkét giver udgangsstedet for målingerne. For en dåse med H = 28 mm kan man beregne 20 værdier for sættet t/p.

For en dåse med en diameter på 68 mm og en højde på 28 mm findes med et objektiv med en brændvidde på 15 480 mm for hvert sæt t/p parametrene x^. og y^. som angivet i nedenstående tabel 1.

DK 165201 B

12 TABEL 1 t p xfc yt -----1·-T · · 1,- . - ' I I -- - --- r ; -| 0 0 36,2441 0,0000 1 1/02 37.3057 - 0,0080 2 2,14 38,3605 - 0,01*91 3 3,1 32,4279 - 0,0411 4 4,36 40,4876 - 0,0591 5 ' 5,58' 41,5471 - 0,0752 6 6,86 42,6061 — 0,0865 7 8,04 43,6653 - 0.0978 8 9,26 44,7239 - 0,1072 9 10,4 45,7827 - 0,1186 10 11,76 46,8400 - 0.1214 11 13,08 47,8972 - 0,1176 12 14,42 48,9540 - 0,1063 13 15,76 50,0104 0,0874 14 17,16 51,0661 - 0,0584 15 18,55 52,1215 -0,0192 16 19,94 53,1767 - 0,0221 17 21,26 54,2319 - 0,0838 18 22,52 55,2871 - 0,1418 19 23,94 56,3410 - 0,2107 20 24,8 57,3983 - 0,2647' f ‘-----— - — - --- - - _ __

Ud fra parametrene og kan man nu bestemme de koordinater X og Y, der bestemmer linsens profilering, ud fra de ovennævnte ligninger (I) og (II).

Disse værdier, beregnet med en datamaskine, er angi-5 vet i nedenstående tabel 2. Linsens forreste overflade har en diameter på 140 mm, men profileringen omfatter kun en diameter på 120 mm. Profilet er bestemt ud fra 25 punkter, for hvilke værdierne af X langs linsens radius og Y (profilkoten) er givne.

13

DK 165201 B

TABEL 2

_ X Y

1 0,0000 0,0000 2 10,0000 0,0000 3 20,0000 0,0000 4 34,0000 0,0000 5 36,2441 0,0000 6 37,3057 - 0,0080 7 38,3665 - 0,0191 8 39,4279 - 0,0411 9 40,4876 - 0,0591 10 41,5471 - 0,0752 11 42,6061 - 0,0865 12 43,6653 - 0,0978 13 44,7239 - 0,1072 14 45,7827 - 0,1186 15 45,8400 - 0,1214 16 47,8972 - 0,1176 17 48,9540 - 0,1063 18 50,0104 - 0,0874 19 51,0661 - 0,0584 20 52,1215 - 0,0192 21 53,1767 0,0291 22 54,2319 0,0838 23 55,2871 0,1418 24 56,3410 0,2107 25 57,3983 0,2547

Benyttelsen af et prisme, hvis overflade 11 er profileret som forklaret ovenfor, har leveret rene, kontrastrige påtryk uden geometriske fejl. Forsøg foretaget med filmoptagelser på Kodak "Ektachrome" og med et raster af 133 linier pr. tomme frembyder en fortræf-5 felig farvegengivelse uden spor af diffusion og falske 14

DK 165201 B

tilbagekastninger af lyset, en fortræffelig billed-kontrast og et deformationsfrit raster.

Claims (3)

15 DK 165201 B

1. Apparat til påtrykning af skiver beregnet til dybtrækning, og hvormed der på skiverne kan dannes et præ-deformeret billede, som efter dybtrækningen gendanner det originale billede, omfattende en lyskilde (2), et 5 kugleringformet prisme (4) og et fotoapparat (8) med en fælles optisk akse (12), kendetegnet ved, at vinklen (45°-a) af det kugleringformede prisme (4) er mindre end 42,05°, samt at den mod fotoapparatet (8) vendende overflade (11) af prismet (4) er profileret 10 således, at den tjener som en linearitetskorrigerende linse, hvor denne overflade (11) i et parametrisk koordinatsystem af Xj. og y^., som er centreret på skæringspunktet mellem den optiske akse (12) og et reference-plan parallelt med overfladen (11) af prismet, er de-15 fineret ved ligningerne xt = ^C1 + t/,C2^C3 p*cos 2a - t/C2 yt = yt-l + (xt‘xt-l) hvor parametrene C^, C2> og er defineret som følger på basis af den indvendige diameter (φ0) og højden (H) af det kugleringformede prisme (4), forskydningen (A) af negativet, som skal reproduceres, i forhold til 20 kanten (13) af prismet, brændvidden (F) af fotoapparatets (8) linse, brydningsindex (n) af prismets (4) materiale og prismets topvinkel (45°-a): = φ0/2 + A cos 2α C2 ·Φ./(φ 0 + 2A cos 2a) C3 = (Cj_ + C£ -H)/CJ, og C4 = (H - Cp (n-1) 16 DK 165201 B med Cj = F(1 + 1/C2) og C£ = [(H-A sin 2α)](η-1)/π.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at prismets (4) vinkel (45°-a) er mindre end eller lig med 35°.

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at prismets (4) vinkel (45°-a) er mellem 35° og 32°.

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at prismet (4) er udskåret af en blok, så at dets overflade (11) over for fotoapparatet udgør en linse.

3. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, at linsen og prismet (4) er fremstillet ved en særskilt profilering og finpolering af de hosliggende overflader og derefter er bragt i berøring med hinanden til dannelse af en blokenhed.