Цель работы

Ознакомление с техникой и метрологическими аспектами линейных измерений в применении к практике полиграфического производства. Получение навыков в работе с прецизионным средством линейных измерений - с компаратором длин ИЗА - 2.

Содержание работы

Ознакомиться с методикой измерений линейных объектов на микроскопе -компараторе ИЗА - 2. Измерить размеры растровых элементов и пробельных полей на фотоформах и на негативах-копиях, сделанных с фотоформ.

На основе результатов измерений и анализа погрешностей измерений следует сделать вывод о влиянии искажений при репродуцировании на качество воспроизведения фотоформ.

Теоретическое обоснование

Стандартная растровая фотоформа, например, Syntex Test Scale представляет собой совокупность чередующихся с определенной периодичностью системы квадратных или круглых "абсолютно черных" и "абсолютно светлых" элементов (Рис. 1).

Число таких элементов на единицу длины или на единицу площади определяется линеатурой растра. При аттестации какого-либо элемента фотоформы указывается относительное значение площади темных полей к единице площади элемента фотоформ.

Например, индекс 40% у элемента фотоформы означает, что темные поля составляют 0.4 от площади элемента и, соответственно 0.6 площади занимают светлые поля. Оптическая плотность элемента фотоформы  в соответствии с определением для пучка света, заполняющего весь элемент фотоформы, оказывается равной

Аналогичным образом находится оптическая плотность любого другого элемента стандартной растровой шкалы, поскольку по определению оптической плотности

где  S - относительная площадь темных полей, указанная на шкале.

Формулы 1 и 2 являются идеальным приближением и дают хорошие результаты при линеатуре растра до 25 линий/см, поскольку они получены при целом ряде допущений:

1. Темные и светлые поля предполагаются идеальными квадратами.
2. Граница между темным и светлым полем резкая настолько, что её размытость пренебрежимо мала в сравнении с размером растрового элемента.
3. Пропускание светлого поля равно 100%.
4. Размеры растровых элементов в точности одинаковы по всему полю элемента фотоформы.

Невыполнение каждого из этих допущений может привести к снижению качества всех дальнейших технологических операций, выполняемых на допечатной и печатной стадиях полиграфического процесса.

На практике в равенство (2) вводятся эмпирические поправки в соответствии с формулой, называемой формулой Юла - Нильсена, т. е.

где Dn - оптическая плотность темного поля, Dном - оптическая плотность прозрачной или непрозрачной копии, изготовленной с данной шкалы, S - относительная затемненная площадь, равная 0 на светлом поле и равная 1 на темном поле, n - эмпирический коэффициент, учитывающий все перечисленные причины отступлений параметров фотоформы от идеальных.

Измерения координат темных полей растровых точек стандартных шкал на компараторе ИЗА-2

Размеры растровых точек в данной работе необходимо измерить на компараторе длин ИЗА-2, позволяющем измерять линейные размеры с точностью до 0.0003 мм (или 0.3 мкм).

Компаратор длин представляет собой жестко соединённую пару микроскопов, один из которых наводится на какую – либо часть измеряемого объекта, а во второй наблюдается прозрачная шкала с миллиметровыми делениями (рис. 2).

1. Измеряемый объект-фотоформа
2. Измерительная стеклянная линейка с делениями ценой 1 мм
3. Микроскоп.
4. Станина,
5. Предметный подвижный столик.
6. Стопорный винт.

Принцип измерения состоит в сравнении (компарировании) координаты объекта, на который наведены риски измерительного микроскопа, с координатами прецизионной стеклянной линейки. Линейные размеры по одной координате находятся как разность отсчетов начальной и конечной точек измеряемого объекта:

L = X1 - X2

где  X1 и X2 - координаты правого и левого краев растровой точки, измеренной на микроскопе.

Для достижения высокой точности измерения в микроскопе – компараторе ИЗА-2 установлено устройство, называемое окулярный микрометр со спиралью Архимеда. Это устройство сочетает в себе преимущества нониуса к микрометрического винта одновременно. Принцип действия поясняется рисунком 3, где показана шкала измерительного микроскопа, видимая в окуляр.

В поле зрения микроскопа помещена визирная сетка с прямолинейной шкалой, разделенной на 10 делений - нониус. На эту неподвижную шкалу наложена другая стеклянная шкала, на которую нанесена спираль Архимеда с шагом, равным цене деления прямолинейной шкалы (0,1 мм). Соответственно, шаг спирали Архимеда, равный полному обороту лимба спирали, можно разделить на более мелкие деления, чем 0,1 мм. В компараторе ИЗА-2 лимб разделен да 100 делений. Шкала лимба наблюдается в правом (измерительном) микроскопе в левом верхнем углу поля зрения. Таким образом  отсчет координаты может быть проведен по шкале лимба с точностью 0,1 мм/100 т.е. 0,001 мм. Кроме того визуально оператор может оценить часть деления лимба по крайней мере с погрешностью не более, чем в 1/3 цены деления. Из совокупности значений координаты, считанной с миллиметровой линейки, с нониуса, с лимба, погрешность измерения координаты тачки, на которую наведен левый микроскоп компаратора ИЗА-2 составляет 0,0003 мм или 0,3 мм.

При измерения - снятии отсчета координаты - пластинка со спиралью поворачивается вокруг центра спирали. Начало круговой шкалы (отсчет 0) соответствует тому положению спирали, когда каждый из ее витков совпадает с соответствующей риской прямоугольной шкалы (число витков спирали равно числу делений прямоугольной шкалы). Витки спирали делают двойными, так как это облегчает совмещение риски миллиметровой шкалы с серединой между двумя линиями спирали Архимеда.

В измерительный микроскоп наблюдается одновременно три шкалы:

1. Миллиметровая подвижная шкала, жестко связанная с предметным столиком в с объектом.
2. Неподвижная шкала с ценой деления 0,1 мм, выделенная красным цветом. Отсчет по этой шкале определяется положением нуля этой шкалы на миллиметровой шкале и поворотом круговой шкалы до совмещения спирали Архимеда с миллиметровым делением подвижной шкалы.
3. Круговая вращающаяся микрометрическая шкала.

Для того, чтобы измерить координату точки объекта, необходимо вращать спираль Архимеда до совпадения ее витка с штрихом миллиметровой шкалы Тогда целое число миллиметров будет равно меньшему значению из тех, между которыми попал нуль прямоугольной шкалы. Десятые доли миллиметра считываются о прямоугольной шкалы - также меньшее из двух значений среди которых находится штрих миллиметровой шкалы. Сотые и тысячные доли миллиметра считываются с круговой шкалы. Десятитысячные доли миллиметра оцениваются на глаз как дали деления круговой шкалы. Это можно сделать с погрешностью не хуже 1/3 целого деления, т.е. 0,0003 мм. Окончательно координата точки определяется как

где A - отсчет по подвижной миллиметровой шкале, B - отсчет по прямоугольной шкале, десятые доли миллиметра, C - отсчет по круговой шкале, сотые и тысячные доли миллиметра, D - опенка доли деления на круговой шкале, десятитысячные доли миллиметра

При измерении на компараторе ИЗА-2 возможны следующие погрешности:

1. Погрешность нанесения основной шкалы. Эта погрешность в мкм , выражается формулой :  , где L - измеряемая длина в мм. При измерении малых длин (меньших 1 мм) эту погрешность можно не учитывать.
2. Погрешность изготовления спирали, составляющая не более 0,1 мкм.
3. Погрешность считывания по шкале.
4. Погрешность визирования объекта.
5. Погрешность совмещения спирали с делением шкалою.

Погрешности пп 1-2 являются систематическими и минимизации накоплением статистических данных не поддаются. Погрешности пп 3,4,5 носят случайный характер и могут быть оценены проведением серии измерений с дальнейшей обработкой по распределению Стыодента для ограниченного числа измерений с нормальным распределением результатов. В данной работе следует координату каждой точки определять по трем независимым измерениям. За истинное значение нужно принимать среднее арифметическое из результатов трех измерений:

По этим же измерениям нужно вычислить среднеквадратическое отклонение, равное:

где n=3 - число независимых измерений

Погрешность полученного результата будет составлять значение  с доверительной вероятностью 0,9.

Окончательно, результат измерения координаты  края непрозрачного элемента растровой шкалы будет равен;