Диссертация (1095072), страница 16
Текст из файла (страница 16)
на тему «Проведение теоретических и экспериментальныхисследований процесса формирования графической и битовой зашифрованнойинформации (информационного поля) на поверхности изделий из различныхматериалов (металл, стекло, керамика) для их защиты их от подделок,паспортизации и идентификации» в рамках ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы».105Разработка3.3алгоритмаработыбазовогоПОдляавтоматизированной обработки и формирования изображенияУ лазерной установки возможности по цветовому охвату ограничены, таккак не любой желаемый цвет можно воспроизвести. Поэтому основной задачейсозданиямногоцветногоизображенияявляетсяпередатьоригинальноеизображение (макет) с наименьшими потерями. Следовательно, необходиморедактирование цветовой палитры с учетом возможностей применяемоголазерного комплекса.Исходное изображение может содержать не только невоспроизводимуюпалитру, но и дефекты, к которым относятся: недостаточная или избыточная яркость недостаточная или избыточная контрастность неправильный цветовой тон нерезкость (расфокусировка)Для редактирования изображений в ходе выполнения работ в рамкахгосударственного контракта ГК № 14.В37.21.1095 от 07.09.2012 г.
при участииавтора было разработано и апробировано программное обеспечение (далее ПО),выполняющее следующие основные алгоритмы работы:- выделение фрагмента изображения для обработки. Выделенную частьизображения можно перекрашивать, используя или стандартную палитру, илипалитру из базы данных, соответствующей предварительно выбранномуматериалу.- выбор алгоритмов, которые программа применит ко всему изображению,выделенному фрагменту или объекту:- определение и преобразование цветовых масок;- изменение контрастности, яркости, интенсивности;- преобразование палитры изображения к заданному количеству цветовыхоттенков.Размеризображенияизменяетсядонеобходимогоспомощью106математических алгоритмов, которые высчитывают цвет пикселей исходя изцвета пикселей оригинала.
Оператор, подготавливая изображение к выведению налазерномкомплексе,последовательноприводитизображениеквиду,соответствующему техническим возможностям процесса воспроизведения, примаксимальном сохранении идеи изображения. На приведенной на рисунке 3.6схеме изображена поэтапная обработкаизображенияв базовойверсииразработанного программного обеспечения. Разработанное ПО так же позволяетпри выбранном материале автоматически преобразовать цветовую палитруизображения к количеству цветовых оттенков, доступных для выведения навыбранном материале.
Например, на неполированной стали 12Х17 былоотработано выведение двадцати пяти контрастных оттенков нажатием кнопки«БД». При нажатии этой кнопки происходит автоматическое присвоениеизображению двадцати пяти цветовых оттенков (рисунок 3.7). Для дальнейшегоредактирования пользователь может вручную изменить цвет, воспользовавшисьинструментом «волшебная палочка»и выделить цвет, необходимый дляизменения. Также можно суммировать области выделения, используя кнопку.Далее выполняется установка границ области допустимых оттенковопределенного цвета. Затем, используя заливку и выбрав соответствующий цветпри нажатии кнопки СП (стандартная палитра Windows), ПИ (палитраизображения) либо из базы данных БД (воспроизводимая палитра из базы данныхтехнологических режимов).Редактированиепалитрыизображениятакжеможнопровестивавтоматическом режиме.
Для этого следует выбрать значение допуска наотклонение для каждого параметра RGB, которое позволяет по разработанномуалгоритму каждому конкретному цвету из базы данных присвоить цветовуюобласть. Цветовая визуализация допуска на отклонения показана на вкладке «Базатехнологических режимов».
Там же указывается режим воспроизведения этогоцвета.107Рисунок 3.6 – Схема поэтапной обработки изображения108Рисунок 3.7 – Окно редактора палитры изображенияДалее при открытии вкладки «Формирование масок цветов изображения» ивыборе соответствующей кнопки «Маска» или «Все маски» в автоматическомрежиме в ПО генерируется цветовая маска, либо выбранная по цвету во вкладке«Палитра изображения», либо все, присутствующие в изображении (рисунок 3.8).Одновременно генерируется программа управления лазерной установкой. Маскисохраняются в формате 1-бит (черно-белый) *.bmp в том же разделе или папке,где находится сохраненное преобразованное изображение или при его отсутствии– исходное изображение.
Там же сохраняется программа управления лазернойустановкой.Программауправлениясодержитнаименованиемаскисоответствующего цвета и разрешение (dpi) или название цвета. Сформированнаятаким образом управляющая программа вывода изображения через буфер обменапереносится в программу LCDEdit.109Рисунок 3.8 – Окно панели формирования масок цветов изображенияВ Приложении 3 представлены обработанное изображение на титане ВТ1-0и его цветовые маски, а также фрагменты программы управления лазернойустановкой для их выведения.3.4 Пример расчета и апробация режимов формирования контрастныхизображений штрих-кода на ВТ1-0Известно, что оксиды титана в зависимости от стехиометрического составамогут иметь различные цветовые характеристики: TiO – золотисто желтый, Ti2O3– голубой, Ti3O4 – темно-фиолетовый, Ti3O5 – черный [92].
Режимы обработки,обеспечивающие колориметрические характеристики оксидов, приведенные втаблице 3.3, рассчитаны по формуле (2.4).110Таблица 3.3 – Рассчитанные режимы формирования оксидных структур наповерхности титана ВТ1-0Ток накачки диодной линейки 13,5 АФормула оксидаЦвет оксидовTiOзолотисто-желтый4536859Ti2O3синий3632764Ti3O4темно-фиолетовый2929488Ti3O5черный2426807частота, Гцскорость, мм/сИспользуя выражение (2.5), можно рассчитать толщину формируемогооксидного слоя для рассчитанных режимов обработки (таблица 3.3), имеяследующие данные:τВЗ = 4·10-8 c; для -Ti – D0 = 6,4∙10-9 м2/с [38].Для удобства восприятия данные сведены в таблицу 3.4.Таблица 3.4 – Результаты расчета толщины оксидного слоя титана в зависимостиот скорости перемещения луча и частоты следования импульсовh, м1,54∙10-61,47∙10-61,39∙10-61,32∙10-6V, мм/с24293645F, Гц26807294883276436859Далее представлен расчет термических напряжений в системе оксидныйслой-подложка для -Ti.Материалом подложки является титан, а пленки – оксид титана.Коэффициент линейного расширения пленки оксид титана составляет α1 = 8,3·10-6град-1 [92], и подложки – α2 = 9,7·10-6 град-1 [38].
Для расчетов примем пределпрочности на растяжение оксидной пленки титана В=363 Мпа [92]. Так как α1<α2,критическую толщину оксидного слоя h1, превышение которой повлечет егорастрескивание, можно рассчитать по формуле (2.6).111В таблице 3.5 представлены результаты расчетов максимальных толщиноксидного слоя титана, при превышении значения которой возможно растрескиваниеслоя. Там же для сравнения указаны расчетные толщины образованных наповерхности изделия оксидных слоев в виде штрих-кода и режимы для ихформирования.Таблица 3.5 – Результаты расчета толщины оксидных слоевдиодной линейки 13,5 Аток накачкиТехнологический режимчастотаскоростьF, ГцV, мм/сТолщина оксидного слоя, мформируемаямаксимальнодопустимая36859451,32∙10-61,8∙10-532764361,39∙10-62,14∙10-529488291,47∙10-62,65∙10-526807241,54∙10-63,48∙10-5Анализируя данные, представленные в таблице 3.5, можно отметить, чторассчитанные технологические параметры режимов позволяют получить толщинуокисных слоев на титане на порядок меньше критической.Исходными данными для расчета общего нагрева титановой трубы приформировании штрих-кода на ее поверхности под воздействием лазерногоизлучения являются:С = 523 Дж/(кг·К), m=0,02 кг; Pcp= 6 Вт; τВЗ = 40 нс.Результаты расчета максимально возможной температуры общего нагреваизделия при поверхностной лазерной обработке представлены в таблице 3.6.
Изполученных данных видно, что даже при минимальной скорости перемещениялуча лазера общий нагрев трубы не превышает допустимые пределы.Температураизделияпослеобработкиповерхностизначительнонижетемпературы окисления (600 ºС) и, тем более, ниже температуры фазовогоперехода. Таким образом, оптические изменения поверхностных свойствпроисходят только в зоне воздействия лазерного луча.112Таблица 3.6 – Результаты расчета температуры нагрева изделия (t) в зависимостиот режимов обработкиt, ºСV, мм/сF, Гц62,0453685977,5363276496,22929488116,32426807Для длины волны сканирующего излучения λ = 650 нм линейныйкоэффициент затухания света в оксиде титана составляет α = 2,3∙10 6 м-1 [92].
Заглубину проникновения можно принять толщину сформированного оксидного слоятитана.В таблице 3.7 представлены данные расчетов контрастности маркировкиштрих-кода в зависимости от толщины формируемого слоя.Таблица 3.7 – Степень контрастности штрих-кода в зависимости от толщины ицвета формируемого слоя, а также изображения полученных цветов на палитреh, мI0/I1,32∙10-62,592297071,39∙10-62,758000581,47∙10-62,905383311,54∙10-63,07175534ИзображениеПо результатам расчета, представленного в таблице 3.7, можно сделатьвывод,чтооксидныйслойтолщиной1,54∙10-6имеетнедостаточнуюпоглощательную способность и, соответственно, штрих-код может некорректносчитываться или не считываться вообще.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
