Плоттеры

Задача вывода информации, представленной в графическом форме, возникла одновременно с появлением ЭВМ, и ее решение одна из основных целей вычислительных средств, применяемых и системах автоматизации проектирования (САПР). Устройства, выполняющие функции вывода графической информации на бумажные и некоторые другие типы носителей, называются графопостроителями или плоттерами (от англ. plotter) - термин, который, как и многие другие транслитерированные англоязычные термины, вы теснил свой русскоязычный аналог.

Большинство рассмотренных ниже технологий используется г. плоттерах не только большого (АО, А1) формата, но и в плоттерах меньшего формата, а также принтерах.

Перьевые плоттеры (ПП, pen plotter)

Перьевые плоттеры — это электромеханические устройства век торного типа, и на ПП традиционно выводят графические изображения различные векторные программные системы наподобие AutoCAD. ПП создают изображение с помощью пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя имеется несколько видов таких элементов, отличающихся друг от друга используемым видом жидкого красителя. Различают одноразовые и многоразовые (допускающие перезарядку) пишущие элементы. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существует два типа ПП: планшетные, в которых бумага неподвижна, а перо перемещается по всей плоскости изображения, и барабанные (или рулонные), в которых перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага вдоль другой за счет захвата транспортным валом, обычно фрикционным. Перемещения выполняются с помощью шаговых (в подавляющем большинстве плоттеров) или пшенных электродвигателей, создающих довольно большой шум. Хотя точность вывода информации барабанными плоттерами не­сколько ниже, чем планшетными, она удовлетворяет требованиям большинства задач. Эти плоттеры более компактны и могут автоматически отрезать от рулона лист необходимого размера, что определило их доминирование на рынке больших ПП (ПП формата A3 обычно планшетные).

Отличительной особенностью ПП являются высокое качество получаемого изображения и хорошая цветопередача при использовании цветных пишущих элементов. Однако скорость вывода информации в ПП невысока, несмотря на все более быструю механику и попытки оптимизации процедуры рисования; существует и проблема подбора пары носитель - чернила.

Карандашно-перьевые плоттеры (КПП, pen/pencil) — разновидность перьевых — отличаются возможностью установки специализированного пишущего узла с цанговым механизмом для использования обычных карандашных грифелей, который обеспечивает постоянное усилие нажима грифеля на бумагу и его автоподачу при истачиваний. В результате не требуется постоянно следить за процессом вывода информации, как при эксплуатации ПП, в которых может засоряться канал истечения красителя.

Дополнительные преимущества карандашной технологии:

ü карандашный грифель не высыхает, и карандаш пишет на любой скорости (при использовании жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и время высыхания);

ü карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества; при этом изображения качественны, дают хорошие оттиски при копировании, и в то же время их можно корректировать ластиком;

ü грифели легко приобрести, значительно экономя расходные материалы.

ПП и КПП особенно привлекательны для тех, кому важнее ка­чество, нежели количество изображений, и кто имеет скромный бюджет.

Все остальные типы плоттеров образуют изображения на носи­теле информации, используя различные физические процессы, в ча­стности прибегая к дискретному (растровому) способу его создания.

Струйные плоттеры (СП, ink-jet plotter)

Струйная технология была описана выше, здесь же отметим лишь, что приемлемая цена, высокое качество и большие возмож­ности делают СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на СП со стороны пользователей, работающих с настольны­ми издательскими системами и САПР, выпускающих сложные чер­тежи формата АО, растет, однако невысокая скорость вывода графи­ческой информации и выцветание со временем полученного цвет­ного изображения без принятия специальных мер (использования ламинирования или специальной «самоламинирующейся» бумаги) несколько ограничивает их применение.

Электростатические плоттеры (ЭП, electrostatic plotter)

Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя — специальной электростатической бумаги, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями для обеспечения требуе­мых влажности и электропроводности. Потенциальный рельеф фор­мируется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных за­рядов, образующихся при подаче на тончайшие электроды записы­вающей головки высоковольтных импульсов.

Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким на­магниченным тонером, частицы тонера притягиваются к заряжен­ным участкам бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через че­тыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Электростатические плоттеры можно было бы считать идеаль­ными устройствами, если бы не необходимость поддержания стабильных температуры и влажности в помещении, необходимость тщательного обслуживания и относительно высокая стоимость.

Для достижения максимальной эффективности ЭП обычно ра­ботают в качестве сетевых устройств, для чего снабжены адаптерами сетевого интерфейса. Немаловажны также высокая устойчивость изображения к воздействию ультрафиолетовых лучей и невысокая стоимость электростатической бумаги (на уровне высококачествен­ной типографской). ЭП применяют при высокой степени автомати­зации проектных работ в крупных организациях и в геоинформационных системах (ГИС).

Плоттеры прямого вывода изображения (ППВИ, direct imaging plotter)

Изображение в ППВИ создается на специальной термобумаге (бумаге, пропитанной теплочувствительным веществом) длинной (на всю ширину плоттера) «гребенкой» миниатюрных нагревателей. Термобумага, которая обычно подается с рулона, движется вдоль «гребенки» и меняет цвет в местах нагрева. Изображение получается высококачественным (разрешение до 800 тнд), однако только моно­хромным.

Сейчас цены на термобумагу снижаются, недостатки, в про­шлом присущие ей (чувствительность к изменениям температуры окружающей среды и низкая контрастность изображения), устране­ны, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бу­магу, кальку и полиэфирную пленку. Качество этих носителей удов­летворяет самым строгим архивным требованиям.

Учитывая высокую надежность ППИ, производительность (мо­жет достигать 50 листов формата АО в день) и низкие эксплуатаци­онные затраты, их применяют в крупных проектных организациях для вывода проверочных копий. В связи с этим в их стандартную конфигурацию обычно входит сетевой адаптер. Технические харак­теристики ППВИ соответствуют требованиям прикладных задач ин­женерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.

Плоттеры на основе термопередачи (ПТП, thermal transfer plotter)

Отличие этих плоттеров от ППВИ состоит в том, что в них меж­ду термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой) разме­щается «донорный цветоноситель» — тонкая, толщиной 5—10 мкм, лента (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе с низкой (менее 100 °С) и температурой плавления.

На донорной ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист наложенной на него донорной лентой проходит под печатающей головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется, и пигмент остается и листе. За проход наносится один цвет, и изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в 4 раза больше красящей ленты, чем на лист монохромного.

Ввиду дороговизны каждого отпечатка эти плоттеры используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, в системах картографии, где требуется высокое качество воспроизведения цветов, и рекламными агентствами для вывода цветопроб плакатов и транспарантов для красочных презентаций.

Лазерные (светодиодные) плоттеры (ЛП, laser/led plotter)

Данные плоттеры базируются на электрографической техноло­гии, в основе которой находятся физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое воздействие электростатиче­ского поля. Промежуточный носитель изображения (вращающийся селеновый барабан) заряжается в темноте до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростати­ческое изображение, которое притягивает мелкодисперсный тонер, переносимый затем механическим путем на бумагу. Бумага с нане­сенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего час­тицы тонера запекаются, создавая изображение.

Некоторое время назад создание скрытого изображения на ба­рабане осуществлялось исключительно с помощью лазера. Для управления перемещением лазерного луча служила сложная система вращающихся зеркальных многогранников или призм, или линз. Вследствие этого плоттеры, использующие лазеры, боятся тряски и ударов, которые могут сбить настройку.

Чтобы избежать сложностей с оптикой и сделать систему про­ще, легче и надежнее, перешли к применению линеек точечных по­лупроводниковых светодиодов (light-emitting diode - LED).

Лазерные и LED-плоттеры ввиду высокого быстродействия лист формата А1 выводится менее чем за полминуты) удобно использовать как сетевые устройства, и они имеют в стандартной ком­плектации адаптер сетевого интерфейса. Кроме того, эти плоттеры могут работать на обычной бумаге, что сокращает эксплуатацион­ные затраты.

LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по стоимости сравнимы с монохромными электростатическими.

Область их применения: сложный технический дизайн, архитектура, картография и другое, т. е. везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не тре­буется.

Основные параметры плоттеров

Рассмотрим основные параметры, приводимые производителя­ми плоттеров.

Носитель и изображение. Характеризуют тип, формат, размер носителя и т. д.

1. Тип носителя (media type) напрямую влияет на эксплуатаци­онные расходы: чем дороже и сложнее носитель, тем они выше.

2. Максимальный размер листа (max. media size) при использо­вании нарезанных заранее или максимальная ширина листа носите­ля (max. media width) при использовании рулонного носителя боль­ше фактических соответственно размера рабочего поля носителя (image size) или ширины рабочего поля (image width), т. е. простран­ства, где плоттер рисует, на размер полей по краям листа (border, margins) из-за необходимости его перемещения в процессе создания изображения.

3. Формат листа (drawing size) определяет максимальный стан­дартный формат, который может быть вписан в размер рабочего поля.

4. Длина носителя (media length) для рулонных плоттеров зави­сит от его толщины (чем тоньше носитель, тем он длиннее), так как допустимый диаметр рулона ограничен. Иногда можно встретить параметр — максимальную толщину носителя (max. media thickness). Понятно, что малая толщина носителя сужает возможности исполь­зования плоттера.

Параметры точности. Насколько плоттер удовлетворяет потреб­ности пользователя, во многом определяется его параметрами точ­ности. Данные, обычно приводимые в технической документации, требуют дополнительного анализа, так как, во-первых, не существует универсального показателя точности, а во-вторых, эти показатели у разных типов плоттеров характеризуют фактически разные параметры.

1. Механическая точность (mechanical resolution, resolution) икн­ет смысл только для перьевых плоттеров и характеризует то, с какой точностью их механическая система способна позиционировать пишущий узел. Она всегда существенно лучше фактической точности, обеспечиваемой плоттером, поскольку, с одной стороны, центр пишущего элемента совсем необязательно попадет строго в установленную позицию, а с другой - пятно, создаваемое пишущим элементом, имеет ненулевые размеры.

2. Программно задаваемое разрешение (software resolution) определяет, с какой точностью (разрядностью) могут кодироваться координаты в графическом файле, пересылаемом плоттеру. К точности координат в выходном чертеже этот параметр имеет весьма отдаленное отношение, так как обычно существенно превышает механическую точность плоттера.

3. Разрешение печати (resolution). Этот параметр используется и растровых плоттерах и измеряется числом точек на дюйм (тнд) и зарубежным плоттерах и числом точек на миллиметр - в отечественных. Следует иметь в виду, что разрешение полноцветной печати для некоторых видов цветных плоттеров (например, струйных) меньше чем разрешение монохромной печати. Так, например, при разрешении 1200 тнд в монохромном режиме тот же плоттер в полноцветном режиме будет обеспечивать разрешение 1200/N (N = 2—4, в зависимости от конструктивных особенностей пишущей головки плоттера).

4. Точность (accuracy). Когда этот параметр указан в явном виде для перьевых плоттеров, надо учитывать, что он соответствует только некоторым, весьма определенным условиям работы плоттера. Например, применение бумаги с повышенной шероховатостью (отечественный ватман) или другого пишущего узла отличающегося от тестового, а также износ механики плоттера вследствие эксплуатации существенно повлияет на эту характеристику.

5. 5.Повторяемость (repeatability). Этот параметр весьма значим для перьевых плоттеров и определяет точность, с которой плоттер многократно позиционирует пишущий узел в одной и той же точке в процессе рисования.

6. Погрешность остановки пера (end point accuracy) характеризует величину погрешности позиционирования пишущего узла перьевых плоттеров, возникающую при установке пишущего узла в начальную точку вектора после холостого перемещения, происходя­щего на максимальной скорости.

Параметры производительности - скоростные характеристики устройства.

1. Скорость печати, или перемещения носителя (media travel speed). Эта характеристика присуща растровым плоттерам и обычно определяет максимально технически возможную скорость печати уже подготовленной информации. В то же время для высокопроиз­водительных плоттеров узкими местами являются процессы пере­сылки графической информации и ее интерпретации в плоттере, и реальная скорость печати с учетом этих процессов ниже. Поэтому тип интерфейса (interface, input ports) - весьма важный параметр, характеризующий не только то, каким образом можно подключать плоттер, но и скорость печати. Стандартными для плоттеров явля­ется последовательный интерфейс RS-232C и параллельный интер­фейс Centronics. Для высокопроизводительных растровых плоттеров с большими объемами передаваемой информации желательно на­личие нескольких одновременно работающих стандартных интер­фейсов.

При выборе плоттера для некоторых приложений полезно знать быстродействие его процессора (контроллера). Например, это суще­ственно, если необходимо готовить данные на языке PostScript и ис­пользовать растровый плоттер, имеющий встроенный интерпрета­тор файлов PostScript.

2. Максимальная скорость взаимного перемещения пишущего узла и носителя (max. speed). Этот параметр, приводимый для перье­вых плоттеров, часто только вводит в заблуждение. Техническая воз­можность перемещать пишущий узел с большой скоростью и реаль­ная скорость рисования — это, как говорится, две большие разницы. Реальная скорость рисования определяется максимальной скоро­стью нанесения непрерывной линии пишущим узлом (max. plotting speed) и максимальным ускорением перемещения (acceleration) пи­шущего узла. Максимальная скорость нанесения непрерывной ли­нии указана на упаковке пишущего узла, а не в технических характе­ристиках плоттера и определяется, например, скоростью истечения чернил. Максимальное ускорение, которое может быть придано пи­шущему узлу, сродни термину «приемистость автомобиля» и влияет на потери времени при изменении направления пишущего узла, что происходит постоянно. На потери времени также влияет скорость подъема/опускания пера (pen response time).

Память. Для улучшения функциональных показателей (быстро­действие, удобство работы, автономность и др.) плоттер имеет встроенную память, в которую загружается графическая информация, обрабатываемая процессором плоттера в процессе создания изображения.

Стандартный буфер – это оперативная память в плоттере стандартной конфигурации. Современные модели плоттеров большого формата имеют стандартный буфер (memory) емкостью от 1 Мбайт. В некоторых моделях плоттеров можно устанавливать дополнительные блоки памяти, так называемое расширение буфера емкостью до 64 Мбайт. У высокопроизводительных плоттеров с несколькими каналами приема информации также может быть встроенный жесткий диск, на который записывается графическая информация.

Для перьевых плоттеров размер памяти задает только способность работать в режиме off-line (т.е. автономно после загрузки файла чертежа). Для растровых – определяет разрешение и формат изображения, обеспечиваемые плоттером.

Для разных видов плоттеров существуют различные чертежные характеристики.