Нанесение штрихов и знаков по фотографическим эмульсиям

Категория:
Граверное дело


Нанесение штрихов и знаков по фотографическим эмульсиям

Изготовление шкал, сеток, лимбов и подобных им изделий на фотографических покрытиях начинается с вычерчивания вручную или на координатографе в укрупненном масштабе точного оригинала, с которого однократным или многократным фотографированием получают в уменьшенном масштабе негатив. Затем контактной печатью производят требуемое количество копий с оригинала. Фотографические методы изготовления необходимо применять в случае получения сложного, и трудоемкого рисунка.

Вопросам развития и совершенствования фотографических методов изготовления шкал, лимбов и подобных им изделий посвящены многочисленные работы канд. техн. наук В. А. Вейден-баха и его учеников. В этих работах указывается, что для успешного использования фотографических методов необходимо особое внимание уделять выбору объективов (которые должны иметь минимальные дисперсию и искривление поля), репродукционных камер и светочувствительных слоев, а также разработке необходимых требований к чертежу.

Чертеж оригинала наносят на координатографах на стеклянные или пленочные подложки, покрытые специальной легко удаляемой непрозрачной для белого света тонкой пленкой, которая имеет минимальные коэффициенты расширения при изменении внешних условий. Рекомендуется применять полиэфирные пленки, которые имеют одинаковые коэффициенты поперечного и продольного расширения, но изменяют свои размеры с изменением климатических условий.

Для изготовления чертежей оригиналов можно применять пленки толщиной 0,05—0,2 мм. Для устранения усадки пленки желательно выдерживать после изготовления в течение трех- четырех месяцев.

Стеклянные заготовки нарезаются из листового стекла толщиной 6—10 мм при допустимой неплоскостности не более 100 мкм. Это стекло изготовляется методом огневой полировки, обладает необходимой прочностью и удовлетворительной плоскостностью и должно иметь определенный спектр пропускания, т. е. должно быть прозрачно для света, к которому чувствительна фотографическая эмульсия. Перед нанесением рисунка на пробных нарезках выбирается оптимальная глубина и усилие резания. При этом необходимо обращать внимание на то, чтобы острие инструмента не царапало подложку.

Оборудование для фотографирования. Полученный на координатографе или ручным способом оригинал, содержащий топологию рисунка шкалы, сетки или подобной им детали, с помощью специальных высокоточных редукционных камер уменьшается до размеров рабочего изделия. Только иногда при больших размерах оригинала осуществляют двойное уменьшение.

Свет от источника, отразившись от экрана, через рассеивающее стекло освещает оригинал сетки, расположенный в специальном держателе. Изображение рисунка оригинала, минуя фильтр, объективом проецируется на фотопластинку, расположенную в кассете. Для наблюдения за оригиналом во время настройки камеры, фокусировки и изменения масштаба в приборе имеется микроскоп с окуляр-микрометром.

Общий вид редукционной камеры показан на рис. 2. На литой станине, установленной на амортизаторах, располагается экран и кассетодержатель с фотопластинкой. Освещение экрана осуществляется стержневыми люминесцентными лампами, управляемыми с центрального пульта. В приборе имеются специальные механизмы, позволяющие манипулировать перемещением кассеты с помощью маховичков. Объектив на резкость наводится вращением маховичка. Для фокусировки и измерения имеется микроскоп. При налаживании работы редукционной камеры особое внимание уделяется выбору наиболее подходящего объектива, который должен иметь минимальные дисперсию и искривление поля. Поэтому объективы представляют собой сложные дорогостоящие многолинзовые планехроматы.

Рис. 1. Общий вид редукционной камеры

При изготовлении эталонных сеток, фотошаблонов и подобных им изделий используются системы мультипликации, которые служат для уменьшения изображения структуры до требуемого размера. Часто осуществляют одновременно съемку и мультипликацию единичного изображения с помощью линзовых растров или последовательную мультипликацию на фотоповторителях. Кроме того, рисунок фотошаблона можно получать многоступенчатым уменьшением изображения с использованием специального оборудования, позволяющего обеспечивать наименьший элемент размером 5 мкм на поле 2,5—4,0 мм с нечеткостью края 0,5—1 мкм. Общая кратность уменьшения, выполняемая, в две ступени, составляется 250—5Q0, причем мультипликация-осуществляется на последней ступени уменьшения.

Одноступенчатое уменьшение с мультиплицированием микроизображений можно осуществлять с помощью линзово-растровой оптики (рис. 105, б). Этот способ позволяет получить минимальное изображение элемента (10—15 мкм) на поле 0,7—0,8 мм с нечеткостью края менее 1 мкм. Для осуществления обоих методов мультипликации имеется .специальное оборудование. Наиболее перспективным является метод, совмещающий процессы шагового размножения отдельного изображения с окончательным уменьшением на фотоповторителях, которые представляют собой камеру проекционной печати промежуточного фотошаблона на пластину со светочувствительным слоем. Пластина устанавливается на рабочем органе (столе), который перемещается в заданную координату специальными серводвигателями, управляемыми по программе от ЭВМ.

Рис. 2. Схема технологических процессов многоступенчатого (а) и одноступенчатого (б) уменьшения оригинала: 1 — оригинал — единичное топологическое изображение слоя схемы с увеличением в 250 —500х; 2 — оптическое устройство для первичного уменьшения в 25—50х; 3—4 — промежуточный фотошаблон — единичное изображение слоя схемы с увеличением в 5 — 10х; 5 — оптическое устройство для окончательного уменьшения в 5—10х и мультипликации; 6 — эталонный фотошаблон; 7 ‘— рабочий фотошаблон, полученный контактным перепечатыванием с эталонного; 8 — линзово-растровая оптика, служащая для одноступенчатого уменьшения в 250—500х и оптического мультиплицирования

Контроль перемещения рабочего органа производится прецизионными измерительными системами.

Схема однопозиционного фотоповторителя показана на рис. 106, а, для повышения производительности изготовления фотошаблонов используются многопозиционные фотоповторйтели.

Существуют разнообразные по принципу действия и конструктивным особенностям приборы, позволяющие методом фотолитографии получать фотошаблоны. Наиболее распространенным является метод проекционного печатания с уменьшением оригинала, изготовленного в увеличенном виде.

Затем на стадии совмещения фотошаблон перемещают относительно подложки с фоторезистом, чтобы их элементы совпали, после чего осуществляются операции экспонирования, проявления, травления и удаления фоторезиста с напыленной на нем металлической пленкой.

Кроме того, можно получить фотошаблон без фотоповторителя в мультипликацией увеличенного оригинала фотошаблона и уменьшением его без фотоповторителя. Использование растрового объектива позволяет иметь в увеличенном размере промежуточный шаблон, содержащий все множество элементов. Изображение элементов промежуточного фотошаблона проектируется объективом непосредственно на подложку. Обычное совмещение фотошаблона с подложкой заменяется совмещением элементов подложки с фотошаблоном. С эталонного фотошаблона контактным печатанием получают рабочие фотошаблоны.

Рис. 3. Схемы однопозициоиного (а) и многопозиционного (б) фотоповторителей: 1 — источник; 2 — конденсор; 3 — промежуточный оригинал; 4 — объектив; 5 — фотопластинка; 6 — координатный стол; 7 — измерительная система: 8 — система управления работой блока экспонирования

Рис. 4. Схемы проекционного изготовления шкал и сеток

Рис. 5. Проекционная система фотоповторителя

Весьма важным узлом фотоповторителей является проекционная система (рис. 108), состоящая из осветителя, конденсора, светофильтра, промежуточного фотошаблона, базировочной рамки, объектива и фотопластинки. Выбор источника света и объектива в сильной степени зависит от марки светочувствительных материалов, но источник света должен иметь достаточную мощность, стабильное во времени и пространстве светящееся тело и т. д.

При выборе проекционной системы необходимо особое внимание уделять техническим характеристикам объективов и методам их фокусировки. Имеется несколько конструктивных решений механизмов подфокусировки и автоподфокусировки фотоповторителей.

Объективы характеризуются высокой разрешающей способностью, достигаемой 500—1000 лин/мм в зависимости от требуемой минимальной ширины линии и минимальной аберрации в центре изображения, минимальными потерями разрешающей способности по полю изображения, плоскостью изображения и т. д. Оценка качества объективов производится на оптической скамье, на которой производят оценку качества сборки и юстировки оптической системы дифракционным методом, измерение визуальной разрешающей способности и другие испытания.

Оценка основных параметров фотоповторителей осуществляется по. специальной методике с получением фотошаблонов с заданными характеристиками. Разрешающая способность оптической проекционной системы проверяется по специальным тестам.

Фотографические материалы. Светочувствительные слои должны позволять получать изображения миниатюрных размеров элементов с высокой резкостью и точностью воспроизведения и должны быть чистыми, т. е. не иметь вкраплений (черных точек на прозрачном фоне или светлых точек на черном фоне). Все светочувствительные слои созданы на основе соединений серебра (преимущественно галогенидосеребряных хромированных) и полимеров или их композиций (фоторезистов) и их можно отнести к двум группам: микрокристаллические (высокодисперсные) и субмикрокристаллические. Из большого количества микрокристаллических светочувствительных слоев в точной фотографии нашли распространение технические фотопластинки и фотопленки и материалы группы ЛИТ.

По светочувствительности эти материалы распределяются в следующем порядке: более чувствительные фотопластинки фирмы «Агфа-Геверт» (ГДР) марки 23D56, затем репродукционные штриховые сверхконтрастные пленки марок ФТ-41П и фуджилит; менее чувствительны микрорадиографические пластинки и пленки марок ФТ-СК и ФТ-81. Спектросенситометрические испытания этих материалов показывают, что они относятся к ортохроматическим, а технические микрорадиографические фотопластинки относятся к несенсибилизированным. Фотоматериалы группы ЛИТ позволяют получать максимальное расширение линии при относительно малой размытости изображения. Наиболее чистыми являются фотопластинки фирмы «Агфа-Геферт».

При использовании микрокристаллических слоев необходимо помнить, что область их сенсибилизации не совпадает с областью спектра, имеющего наибольшее значение разрешающей способности. Лучшими являются литографические материалы, но они требуют инфекционного гидрохинон-формальдегидного проявителя.

Наибольшее распространение в точной фотографии находят липпмановские слои. Для обеспечения высокой дисперсности эти слои изготовляются и применяются при температуре 35—40 °С. Иногда создают смешанные хлорбромосеребряные слои, которые после проявления в пирогалловом проявителе имеют разрешение 250 лин/мм. Заменяя хлористый натрий на литий и проявляя в глинциновом проявителе, получают разрешение 800 лин/мм. Разнообразные светочувствительные липпмановские слои выпускает фирма «Кодак» (Великобритания). Эти слои не дают искажения штриха в зависимости от времени проявления. В целях повышения чувствительности слоев рекомендуют высокодисперсный слой хлористого серебра. Для приготовления этого слоя наносят на подложку декстриновый раствор с колларголом и очувствляют его в растворе соли двухвалентной меди.

Интересный метод получения светочувствительных слоев, названный адсорбционной фотографией, основанной на светочувствительности кремнекислого серебра, образующегося в пленке кремниевой кислоты на специально обработанной стеклянной подложке, предложил Ф. Л. Бурмистров.

В фотографической технике широко используются слои сухого коллодиона. Сначала изготовляют бромосеребряные соли, которые затем переводят в йодосеребряные с избыточной адсорбцией катионов серебра, что позволяет получать мелкозернистые слои. Негативы шкал, получаемые на слоях сухого коллодиона, имеют высокие качества: размытость края линий минимальная, отсутствуют вуали, имеется высокая контрастность линий, после сушки слои свободны от липкости, и фотошаблоны могут долго сохраняться. Кроме рассмотренных фоточувствительных слоев в практике точной фотографии иногда применяют для грубых работ хромированный желатин, клей и шеллак.

В последние годы природные хромированные вещества заменяются синтетическими, такими как хромированные поливиниловый спирт и полиамидные смолы. Но эти слои вытесняются светочувствительными слоями, называемыми фоторезистами, которые бывают позитивными, когда под действием облучения происходит сшивание молекул- вещества в полимерные структуры, и негативными, когда под действием облучения происходит разрушение межмолекулярных связей. В позитивных слоях в местах облучения под воздействием проявителя происходит переход вещества из нерастворимого состояния в растворимое, т. е. под действием растворителя облученные места вымываются, образуя окошки, а для негативных фоторезистов происходят обратные явления.

В позитивных фоторезистах носителями светочувствительности являются диазо- и азидные группы, представляющие собой композиции, состоящие из высокомолекулярного синтетического соединения: эпоксидной смолы, новолака и светочувствительного диазо-соединения. К негативным фоторезистам относятся поливинил-циниамат, его гомологи и производные, циклокаучук, кремнийор-ганические соединения и т. д.

Позитивные фоторезисты после облучения светом с длиной волны 460—480 мм хорошо растворяются в щелочных проявителях, а негативные, облученные ультрафиолетовым светом, растворяются в органических растворителях: смеси толуола с хлорбензолом, ацетата метиленгликоля с метансилолом и др.

Разрешающая способность фоторезистов зависит от толщины слоя и при толщине 0,2—0,3 мкм равняется 1200—2000 лин/мм, что позволяет воспроизводить линии толщиной менее 1 мкм. Для контроля разрешающей способности светочувствительных слоев используется универсальный резольвометр.

Часто фотопластинки, покрытые фоторезистом, подвергаются воздействию соляной, азотной и плавиковой кислот, а для повышения кислотостойкости в состав фоторезиста вводят наволочные смолы, представляющие собой сложную смесь продуктов с различной молекулярной массой.

Так как позитивные фоторезисты обладают высокой чувствительностью на длинах волн порядка 450 мм, то можйб в качестве материала для подложек использовать стекло марки СЁВ вместо дорогостоящего оптического стекла марки КВ.

Технология изготовления сеток и шкал. Рассмотрим последовательность процесса изготовления сеток, штриховых мер, испытательных таблиц и подобных им изделий фотографическим способом на слое сухого коллодиона. Технологический процесй состоит из следующих операций.

1. По дготовка деталей.

А. Химическая обработка детали. Заготовки в течение двух или более часов подвергают окислению в хромовой кйсЛоте. Еслй на поверхности заготовок имеются жировые или восковые пятна, следы пальцев и т. д., то заготовки обрабатывают в растворе едкой щелочи, а затем после промывания переносят в хромовый раствор.

Б. Чистка деталей. Промытые после химической обработки детали вытирают фланелевой салфеткой, затем салфеткой, пропитанной спиртом, до полной чистоты. Иногда применяют чистку мелкоотмученным крокусом и салфеткой, пропитанной спиртом.

2. Полив подслоем. Подслой представляет собой тонкий слой каучука или желатина, наносимый на стеклянную заготовку на центрифуге. Большие.заготовки поливаются подслоем вручную. Подслой необходим для обеспечения связи коллоидного слоя с поверхностью стекла.

3. Полив коллодионом. Полив светочувствительным слоем заготовки осуществляется вручную со сливом излишков или с застуденением на горизонтальной поверхности. Колло-дион выливается из специальной склянки с капельником при свете темного фонаря, так как полив осуществляется одновременно с очувствлением ранее политых деталей.

4. Очувствление. Эта операция осуществляется в ваннах, наполненных раствором азотнокислого серебра. Особое внимание уделяется проблемам опускания заготовки в кювету. Заготовка должна быть сразу облита вся раствором, так как в противном случае на слое будут пятна и разводы.

5. Промывка после очувствления. Детали из кюветы вынимаются фарфоровой палочкой и переносятся в кювету с дистиллированной водой, а затем в бак с проточной водой. Промывка производится в течение 3/4 ч.

6. Обработка таннином. На этой операции осуществляется разрыхление волокон коллодия, что обеспечивает проникновение проявителя в глубь слоя. Обработка заготовок в свежем растворе должна быть не менее двух минут, а затем заготовка слегка ополаскивается и закрепляется на центрифуге для сушки. Сушка слоя производится при вращении детали на центрифуге для сушки. Сушка слоя производится при вращении детали на центрифуге с подогреванием электрической грелкой до температуры 40—50 °С сверху. Затем сушка продолжается в специальных сушильных шкафах.

7. Засветка светочувствительного слоя. Засвечивание осуществляется контактным или проекционным способами. Время засвечивания зависит от многочисленных факторов и выбирается экспериментально.

8. Проявление. Перед проявлением пластину размачивают в дистиллированной воде, а затем опускают в проявитель, в который перед работой прибавляют несколько капель 5%-ного раствора азотнокислого серебра. В процессе проявления скрытые изображения превращаются в видимые.

9. Фиксирование. Проявленную деталь с помощью целлулоидных щипчиков переносят в кювету с проточной водой и промывают в течение одной минуты. Затем переносят в кювету, заполненную 5%-ным цианистым калием или фиксажем из гипосульфита для фиксирования. Для получения тонких штрихов пользуются гипосульфитом, так как цианистый калий растравливает тонкое изображение. После фиксирования деталь промывают в проточной воде. Время фиксирования зависит от состава фиксажа.

10. Контрастное ослабление. Эта операция применяется тогда, когда прозрачные места изображения получились не вполне чистыми — на изображении имеется вуаль. Ослабление осуществляют йодоцианистым или фармеровским ослабителем. В йодоцианистый калий добавляют несколько капель раствора йодистого калия. Время ослабления длится несколько секунд, а затем пластинку промывают в проточной воде и контролируют под микроскопом.

11. Физическое усиление. Усиление изображения осуществляют в растворе проявителя, разбавленного раствором азотнокислого серебра. Плотность изображения, контролируемого на глаз, можно увеличить, если применить медные растворы. При достижении требуемой плотности деталь промывают в течение 10—15 мин в проточной воде.

12. Ретушь. Детали после физического усиления и тщательного промывания устанавливаются в сушильный шкаф, где они сушатся в течение 15 мин. Небольшие детали сушатся на центрифуге. Затем негативное изображение и изображение, имеющее непрозрачные фигуры, подвергают ретушированию, просматривая деталь через бинокулярный микроскоп. При ретушировании прозрачные точки замазываются акварельной краской или китайской тушью.

13. Покрытие детали защитным слоем. Для удержания изображения на поверхности детали ее покрывают желатином или лаком. Составы растворов, применяемых при фотографическом изготовлении негативов шкал, сеток и подобных им изделий на слое сухого коллодиона, можно найти в руководящих нормалях.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум