[科普中国]-静电绘图机

简介

笔式绘图机虽然能以很高的精度绘图，但是，绘图所花时间相当长。因为它只能一根根线的绘制，并且只能按产生图形时输入数据的顺序进行。因此，当笔从一条直线转到下一条直线时，就会出现一些不必要的无规则移笔运动。可以想象，在图形十分复杂并且包含大量直线的情况下，绘图时间是相当长的。因此，在要求短时间内大量出图的应用中，常常使用静电绘图机。

静电绘图机由一块电子矩阵模板构成，此模板可以在电感纸上印出许多点。模板支承在一根棒上，将纸输送到一个滚简之上，从模板之下通过。当纸经过模板下面时，用光栅类型的格式来绘图。可以用相当高的密度打点，一般可达到每毫米约8个点，以一系列的点来形成直线。对于某些静电绘图机来说，可以绘制宽1.8米的图形。

和笔式绘图机相比，静电绘图机的绘图速度要快得多，有时要快3~4个数量级，但是价格要高出许多。由于它是一种光栅格式输出，绘图质量尚且说过得去，但不是很好。而且绘图必须用专用的纸和化学药品。在绘图之前，需要对图形数据作预处理，将计算机数据库中的图形数据转换成光栅格式，以达到高速度地绘图，这就需要额外的计算机机时费用。静电绘图机还可用作为文本输出的打印机。1

静电绘图机工作原理静电绘图机的工作过程包括潜像和着色两大部分，通过对写头针电极有选择地加电，使介质上建立细微的静电点，即在纸上形成潜像点。已形成潜像的介质通过充满墨的调色槽时就可以使图纸上的潜像着色而变成可见像。若输出为黑白图，图纸只需经过一次潜像和着色的过程。若为彩色图最少要经过黑、青、红和黄四次着色过程来产生全彩色，即图纸最少要往复进退四次进行套色绘图，其绘图过程如图3.87所示。第一遍绘黑色及左右两边等距离的测标（MARK），如图3.88所示，测标的作用是在套色时用来作为CCD（Charge Coupled Device）的检测标准，后三遍用来套青、红、黄色。

电子设计自动化（EDA）应用彩色静电绘图仪可识别所设计的电路板或芯片的层次，此外，它也应用在图形学、制图、机械CAD及建筑设计中，它可以在多种介质上绘图（包括纸和胶片），可以产生生动的全彩色图象。

静电绘图机的绘图过程是绘图机驱动辊移动介质，使其从潜像头上通过，然后再经过调色槽及干燥装置输出图象，其过程如图3.89所示。其输出的图象由每毫米16点扫描形成。它所用的介质经过特殊处理，在纸上覆盖一层几微米至几十微米厚的电介质，表面要求类似于普通纸。应有图象的位置在高压电场的作用下，静电记录纸上电介质的电阻率急剧下降，当高压电场去掉后，电阻率迅速地恢复到额定值，使介质上的电荷不能扩散，从而使介质上充电，此过程称为潜像过程，当带电的介质通过调色槽时，调色剂中的色粒就被吸附到潜像点处，使此点显像。

潜像头由14336个针电极和225个背电极组成，其作用是将静电电荷转移到介质上。由于针与针之间的绝缘强度的要求，把针电极排成单排很困难。若采用双排针排列方式，则既能确保针与针之间的绝缘强度要求，又能使相邻的潜像点相互重叠，从而提高了线条质量。一组针电极的排列如图3.93(a)所示，各组针电极之间的排列如图3.93(b)所示。由于潜像针电极共有14336个，若分别对每个针电极单独控制，则必须有14336路高压驱动电路，不仅成本高，而且可靠性低。可将潜像头针电极分组控制，如图3.94所示。

潜像头的背电极由位于针电极前后两边的两个背电极组成。若针电极分组驱动，则由背电极分别控制潜像针的组别，背电极的尺寸与一组潜像针的数目有关。相对的背电极为背电极对，每一个背电极对对应配置64个针电极，工作时对它们成对地触发，如图3.94所示。第一个针电极组与背电极一和背电极二配合称为A电极组。第二组针电极与背电极二和背电极三的配合称为B电极组。2

彩色静电绘图机技术要求彩色静电绘图机的关键技术是实现彩色套色精密定位。在绘图过程中，走纸机构驱动纸多次向前进纸及退纸，完成彩色绘图的套色过程。根据绘图机的精度每英寸406点（即每毫米16点），要求走纸的分辨率为16印点/mm。绘图的最大速度为30mm/min，最小速度为4mm/min。在绘制彩色图时，由于至少要分四次套色，为了保证套色准确，要求走纸速度准确，用控制电路来纠正微量速度波动。2