Znajdujesz się na:

Publikacje badań Badania przemysłowe

Publikacje badań przemysłowych

Projekt "MAGMET - Innowacyjny system metkowania regałów sklepowych techniką magnetodruku."

Urządzenie do generowania obrazu na mikrokapsułkowym podłożu magnetycznym.

	Stan techniki

	W ostatnich latach trwają intensywne prace badawcze nad technologią budowy wyświetlaczy które nie wymagają stałego zasilania.
	Energia jest w nich niezbędna jedynie w chwili zmiany wyświetlanej zawartości. 
	Największy postęp w tej dziedzinie zanotowała technologia e-paper, obecnie szeroko już stosowana w urządzeniach elektronicznych powszechnego użytku np. bookreaderach.

	Jednym z alternatywnych kierunków rozwoju w tej dziedzinie są kapsułkowe materiały magnetyczne. 
	Ich zasada działania polega na przemieszczaniu zamkniętych w kapsułce drobinek ferromagnetycznych na które oddziałuje zewnętrzne pole magnetyczne.
	Kapsułki, w których drobinki ułożyły się bliżej obserwatora są postrzegane jako czarne, pozostałe zaś – jako białe.
	Do niedawna zasadniczą barierą rozwoju tego rodzaju wyświetlaczy była ich niewielka rozdzielczość.

	Nowe rozwiązanie – tzw. mikrokapsułkowy papier magnetyczny pozwala na składanie obrazu z pikseli o wymiarach poniżej 1mm, kwalifikując ten materiał do zastosowania tam, gdzie potrzebne są wyświetlacze o większych wymiarach i jednocześnie niskich kosztach wytworzenia.

	Obecnie stosowana metoda tworzenia obrazu na mikrokapsułkowym papierze magnetycznym polega na wodzeniu po jego powierzchni odpowiednio ukształtowanym magnesem trwałym.
	W wyniku pobudzenia materiału polem magnetycznym – następuje zaczernienie w miejscu przyłożenia magnesu.
	Taki sposób generowania obrazu jest kłopotliwy i czasochłonny, zatem w istotny sposób ogranicza obszar zastosowania magnetycznych wyświetlaczy mikrokapsułkowych – w chwili obecnej praktycznie do zabawek i gadgetów.


	Przedmiot badań

	Przedmiotem badań jest urządzenie do automatycznego generowania obrazu na opisanym podłożu magnetycznym na podstawie danych przechowywanych w pamięci elektronicznej.


	Zasada działania urządzenia przyjętego do badań

	Do pamięci elektronicznej urządzenia są przekazywane dane opisujące mający powstać obraz. 
	Następnie, po przyłożeniu do miejsca w którym ma powstać obraz, urządzenie jest powoli przemieszczane.
	W trakcie ruchu głowica zapisująca generuje impulsy magnetyczne powodujące zaczernianie podłoża w wybranych punktach, z których jest budowany pożądany obraz.



	Budowa urządzenia badawczego

Urządzenie złożone jest z następujących podzespołów:

* Głowica pisząca
* Detektor położenia
* Pamięć obrazu
* Mikrokontroler


	W trakcie ruchu urządzenia następuje odczyt jego położenia (x,y) względem pozycji początkowej.
	Dane (x,y) trafiają do mikrokontrolera, który na ich podstawie określa, który fragment obrazu zapisanego w pamięci powinien zostać naniesiony w danej chwili.
	Następnie przeprowadzana jest analiza kolorów poszczególnych punktów wybranego fragmentu obrazu.
	W wyniku analizy następuje opracowanie sekwencji impulsów sterujących kierowanych do głowicy zapisującej.
	Impulsy sterujące powodują uruchomienie aktywnych elementów głowicy oddziałujących na zapisywane podłoże.
	Jakakolwiek zmiana położenia urządzenia względem podłoża powoduje wznowienie opisanego cyklu. 


	Budowa głowicy

	Głowica zapisująca złożona jest z wielu cewek z których każda wyposażona jest w rdzeń z materiału ferromagnetycznego.

	Zadaniem rdzenia jest transport strumienia magnetycznego na zewnątrz cewki, w obszar możliwie najbliższy zapisywanej powierzchni.
	Każda z cewek zatem, w wyniku zadanego impulsu elektrycznego, za pośrednictwem wyprowadzonego z niej rdzenia, może pobudzić (zaczernić) podłoże w obszarze jego kontaktu z rdzeniem.

	Ponieważ każda z cewek jest przemieszczana wraz z urządzeniem - generowane przez nią punkty utworzą linię o zmieniającym się kolorze – stosownie do tego czy w danym położeniu cewka była zasilana czy nie.

	Jeżeli cewki zostaną ułożone względem siebie tak, aby wykreślane przez nie linie przylegały do siebie, wówczas cały obszar znajdujący się pod przesuwaną głowicą zostanie pokryty punktami których kolor wynika z podania lub nie napięcia do danej cewki w danym jej położeniu.

	Tak utworzone punkty złożą się na oczekiwany obraz.

Schematy korzystnego ułożenia cewek głowicy przedstawiają przykłady:

Badania oparte o symulację komputerową ruchu głowicy jak i przeprowadzone później testy empiryczne wykazały, że układ cewek w istotny sposób wpływa na jakość uzyskiwanego druku.

	Związane jest to z niepewnością pomiarową układu rejestracji przemieszczenia głowicy oraz faktu niezerowego odstępu czasowego pomiędzy impulsami magnetycznymi poszczególnych cewek.
	Badania przeprowadzono dla dwóch, pokazanych na rysunkach układów.
	Jakość uzyskiwanego obrazu była oceniana na podstawie odchyleń kształtu linii prostopadłej do kierunku druku (patrz: surowe wyniki badań).
	Najlepsze wyniki uzyskano dla układu nr 2.
	Zmierzone odchylenia kształtu pozostawały bez związku z szybkością ruchu głowicy,
pod warunkiem, że nie przekraczała ona założonych maksymalnych wartości nominalnych - (patrz: surowe wyniki badań).

Badanie warunków zasilania cewek głowicy

	Istotnym praktycznym problemem wymagającym rozwiązania okazało się zasilanie cewek głowicy.
	Uzyskanie pola magnetycznego o natężeniu wystarczającym do pobudzenia materiału magnetycznego wymaga znacznej ilości zwojów w cewce i znacznej wartości natężenia przepływającego przez nią prądu.
	Tak pierwszy jak i drugi czynnik (im większy prąd – tym grubszy drut nawojowy) wpływają na wzrost gabarytów elementu.
	Łatwo ustalić, tak teoretycznie jak i praktycznie, że gabaryty cewki generującej pole magnetyczne o natężeniu porównywalnym do stosowanych magnesów trwałych – wykluczą praktyczną przydatność urządzenia.
	Opracowano impulsowy system zasilania cewki eliminujący wymienioną niedogodność.
	Cewka jest zasilana prądem o dużym natężeniu.
	Przy zasilaniu ciągłym, ze względu na małą średnicę drutu nawojowego nastąpiłoby jej natychmiastowe uszkodzenie. 
	W związku z tym zasilanie jest podawane w krótkich impulsach, których długość i moment wystąpienia są na bieżąco kalkulowane przez mikrokontroler.
	Przerwy w zasilaniu nie wpływają na pogorszenie jakości obrazu, gdyż następują w chwili, gdy rdzeń znajduje się w miejscu, które zostało już wcześniej poddane ekspozycji polem magnetycznym.

Rozpraszanie pola magnetycznego

	Badania empiryczne okazały, że istotnym problemem jest niekorzystny rozkład sił linii pola magnetycznego w miejscu styku rdzenia z podłożem magnetycznym.
	W wyniku tego - tylko część strumienia magnetycznego generowanego przez cewkę oddziałuje na drobinki ferromagnetyczne w mikrokapsułkach zatopionych w podłożu.
	W zasadniczy sposób fakt ten pogarszał kontrast druku, stawiając pod znakiem zapytania użyteczność badanego urządzenia a co za tym idzie zasadność dalszych prac badawczych.
	Opracowano odpowiednio ukształtowany element z materiału ferromagnetycznego, tzw. soczewkę magnetyczną, której usytuowanie w miejscu styku głowicy zapisującej z podłożem korzystnie zmienia rozkład linii sił pola magnetycznego, dzięki temu znacznie większa część strumienia magnetycznego jest kierowana w obszar docelowy.

Uzyskane wyniki zdecydowanie poprawiły kontrast druku, w porównaniu do urządzenia bez soczewki magnetycznej.

	Podsumowanie:

	W trakcie prac badawczych opracowano koncepcję urzadzenia generującego obraz na mikrokapsulkowym podłożu magnetycznym.
	Zbudowano dwa prototypowe urządzenia które następnie poddano testom.
	Testy wykazały, że elektroniczne generowanie obrazu na mikrokapsułkowym podłożu magnetycznym jest możliwe a kontrast i rozdzielczość otrzymanego obrazu wystarczająca do zastosowań praktycznych.

	Planowane kierunki dalszych prac badawczych:
  • Optymalizacja algorytmów sterujących pracą głowicy.
  • Opracowanie metody skutecznej eliminacji wpływu histerezy magnetycznej rdzeni na jakość obrazu.
  • Optymalizacja parametrów geometrycznych soczewki magnetycznej 
  • Ocena wpływu dynamiki mechanicznej ruchu rdzeni piszących na jakość uzyskiwanego obrazu.