Станок для рисования. Резьба по дереву фрезерными станками. Изменение разрешения изображения в зависимости от требований к результату

Like Love Haha Wow Sad Angry

«Гравитационные карты позволяют нам заглянуть внутрь планеты, подобно рентгену, который использует врач, чтобы увидеть внутренности пациента. Новая гравитационная карта будет полезна для будущего исследования Марса, потому что знания о гравитационных аномалиях помогут будущим миссиям более точно выходить на орбиту планеты. Кроме того, улучшенное разрешение нашей карты поможет понять тайны формирования некоторых регионов Марса», – сказал Антонио Дженова из Массачусетского технологического института, ведущий автор публикации об исследовании.

Улучшенная гравитационная карта предлагает новое объяснение того, как формируются некоторые особенности границы, отделяющей относительно пологие северные низменности от сильно кратерированного южного нагорья. Также команда исследователей путем анализа приливов в марсианской коре и мантии, вызванных гравитационным притяжением Солнца и двух спутников, подтвердила, что Марс имеет жидкое внешнее каменное ядро. И, наконец, наблюдая за изменением гравитации Марса в течение последних 11 лет, команда обнаружила огромное количество углекислого газа, который вымораживается из атмосферы над марсианскими полярными шапками в зимний период.

Карта марсианской гравитации. Взгляд на Северный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC

Карта была получена с помощью сети из трех космических аппаратов, кружащих на орбите Марса: Mars Global Surveyor (MGS), Mars Odyssey (ODY) и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Как и на других планетах, сила притяжения Марса ощущается космическими аппаратами, и их орбита немного изменяется. Например, притяжение над горой будет немного сильнее, а над каньоном – чуть слабее.

Незначительные изменения траектории полетов аппаратов фиксировались и отсылались на Землю. Именно эти колебания использовались для построения карты гравитационного поля Красной планеты.

Карта марсианской гравитации. Взгляд на Южный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC

«С новой картой мы смогли увидеть малые гравитационные аномалии около 100 километров в поперечнике. Мы определили мощность коры Марса с разрешением примерно 120 километров. Лучшее разрешение поможет интерпретировать, как кора планеты изменялась во многих регионах за марсианскую историю», – добавил Антонио Дженова.

Например, область с более низкой гравитацией между Acidalia Planitia и Tempe Terra объясняется системой подземных каналов, которые доставили воду и отложения из южного нагорья к северной низменности миллиарды лет назад, когда марсианский климат был влажным.

Карта марсианской гравитации, показывающая вулканический регион Tharsis. Синие регионы с наименьшей гравитацией могут быть трещинами в литосфере Марса. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC

Альтернативное объяснение этой аномалии заключается в том, что она может быть связана с прогибом или изгибом литосферы, внешнего слоя Марса, в связи с образованием области Tharsis. Эта область представляет собой вулканическое плато, простирающееся на тысячи километров и содержащее крупнейшие вулканы в Солнечной системе. Когда вулканы росли, литосфера прогибалась под их огромным весом.

Новая гравитационная карта позволила команде подтвердить мнение, что Марс имеет внешнее жидкое каменное ядро, а также уточнить измерения марсианских приливов и отливов.

Изменения в марсианской гравитации ранее измерялись миссиями MGS и ODY по наблюдению за полярными льдами. MRO был впервые применен для мониторинга массы планеты. Ученые определили, что в зимний период из атмосферы вымораживается 3-4 триллиона тонн углекислого газа, из которого и формируются полярные шапки. Это примерно от 12 до 16 процентов массы всей атмосферы Марса.

Like Love Haha Wow Sad Angry

Роман Захаров
главный редактор

Представим себе, что мы отправляемся в путешествие по Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее?

Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?

Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным.

Но Земля - не шар. Она сплюснута у полюсов и вытянута вдоль экватора. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот почему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего - на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах. Конечно, обнаружить это изменение веса можно только с помощью пружинных весов. Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в общей сложности примерно на 0,5 кг.

Теперь уместно спросить: а как будет изменяться вес человека, путешествующего по планетам Солнечной системы?

Наша первая космическая станция - Марс. Сколько же человек будет весить на Марсе? Сделать такой расчет нетрудно. Для этого необходимо знать массу и радиус Марса.

Как известно, масса "красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 * 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.

Теперь условимся, что на Земле космонавт-путешественник весит ровно 70 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса (планеты расположены в порядке возрастания веса):

Плутон 4,5 Меркурий 26,5 Марс 26,5 Сатурн 62,7 Уран 63,4 Венера 63,4 Земля 70,0 Нептун 79,6 Юпитер 161,2
Как видим, Земля по напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них - Сатурне и Уране - сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других - Юпитере и Нептуне - больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дан с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на экваторе на несколько процентов.

Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона.

На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.

А вот на Солнце гравитация (притяжение) в 28 раз сильнее, чем на Земле. Человеческое тело весило бы там 2 т и было бы мгновенно раздавлено собственной тяжестью. Впрочем, еще не достигнув Солнца, все превратилось бы в раскаленный газ. Другое дело - крошечные небесные тела, такие как спутники Марса и астероиды. На многих из них по легкости можно уподобиться... воробью!

Вполне понятно, что путешествовать по другим планетам человек может только в специальном герметичном скафандре, снабженном приборами системы жизнеобеспечения. Вес скафандра американских астронавтов, в котором они выходили на поверхность Луны, равен примерно весу взрослого человека. Поэтому приведенные нами значения веса космического путешественника на других планетах надо по меньшей мере удвоить. Только тогда мы получим весовые величины, близкие к действительным.

До изобретения телескопа было известно лишь семь планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Земля и Луна. Их количество многих устраивало. Поэтому, когда в 1610 г. вышла книга Галилея «Звездный вестник», в которой он сообщил, что с помощью своей «зрительной трубы» ему удалось обнаружить еще четыре небесных тела, «никем еще не виданные от начала мира до наших дней» (спутники Юпитера), то это вызвало сенсацию. Сторонники Галилея радовались новым открытиям, противники же объявили ученому непримиримую войну.

Уже через год в Венеции вышла книга «Размышления об астрономии, оптике и физике», в которой автор утверждал, что Галилей заблуждается и число планет должно быть обязательно семь, так как, во-первых, в Ветхом Завете упоминается семисвечник (а это означает семь планет), во-вторых, в голове имеется лишь семь отверстий, в-третьих, существует только семь металлов и, в-четвертых, «спутники не видны для простого глаза, а поэтому и не могут оказывать влияние на Землю, следовательно, они не нужны, а поэтому они не существуют».

Однако подобными аргументами нельзя было остановить развитие науки, и теперь мы точно знаем, что спутники Юпитера существуют и число планет вовсе не равно семи. Вокруг Солнца обращаются девять больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, из которых лишь первые две не обладают спутниками) и свыше трех тысяч малых планет, называемых астероидами.

Спутники обращаются вокруг своих планет под действием их гравитационного поля. Сила тяжести на поверхности каждой из планет может быть найдена по формуле F T = mg, где g = GM/R 2 - ускорение свободного падения на планете. Подставляя в последнюю формулу массу M и радиус R разных планет, можно рассчитать, чему равно ускорение свободного падения g на каждой из них. Результаты этих расчетов (в виде отношения ускорения свободного падения на данной планете к ускорению свободного падения на поверхности Земли) приведены в таблице 7.

Из этой таблицы видно, что наибольшее ускорение свободного падения и, следовательно, наибольшая сила тяжести на Юпитере. Это самая большая планета Солнечной системы; ее радиус в 11 раз, а масса в 318 раз больше, чем у Земли. Слабее всего притяжение на далеком Плутоне. Эта планета меньше Луны: ее радиус всего лишь 1150 км, а масса в 500 раз меньше, чем у Земли!

Еще меньшей массой обладают малые планеты Солнечной системы. 98% этих небесных тел обращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. Первый и самый большой астероид - Церера был открыт в 1801 г. Его радиус около 500 км, а масса примерно 1,2*10 21 кг (т. е. в 5000 раз меньше, чем у Земли). Нетрудно подсчитать, что ускорение свободного падения на Церере примерно в 32 раза меньше, чем на Земле! Во столько же раз меньше там оказывается и вес любого тела. Поэтому космонавт, оказавшийся на Церере, смог бы поднять груз массой 1,5 т (рис. 110).

На Церере, однако, пока еще никто не был. А вот на Луне люди уже побывали. Впервые это произошло летом 1969 г., когда космический корабль «Аполлон-11» доставил на наш естественный спутник трех американских астронавтов: Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза. «Конечно, - рассказал потом Армстронг,- в условиях лунного притяжения хочется прыгать вверх... Наибольшая высота прыжка составляла два метра - Олдрин прыгнул до третьей ступеньки лестницы лунной кабины. Падения не имели неприятных последствий. Скорость настолько мала, что нет оснований опасаться каких-либо травм».

Ускорение свободного падения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Поэтому, прыгая вверх, человек поднимается там на высоту, в 6 раз большую, чем на Земле. Чтобы подпрыгнуть на Луне на 2 м, как это сделал Олдрин, требуется приложить такое же усилие, что и на Земле при прыжке на высоту 33 см.

Первые астронавты находились на Луне 21 ч 36 мин. 21 июля они стартовали с Луны, а 24 июля «Аполлон-11» уже приводнился в Тихом океане. Люди покинули Луну, но на ней осталось пять медалей с изображениями пяти погибших космонавтов. Это Ю. А. Гагарин, В. М. Комаров, В. Гриссом, Э. Уайт и R Чаффи.

1. Перечислите все большие планеты, входящие в состав Солнечной системы. 2. Как называется самая большая из них и самая маленькая? 3. Во сколько раз вес человека на Юпитере превышает вес того же человека на Земле? 4. Во сколько раз сила тяжести на Марсе меньше, чем на Земле? 5. Что вы знаете о Церере? 6. Почему походка астронавтов на Луне напоминала скорее прыжки, чем обычную ходьбу?

Подготовка изображения для 2D-фрезерования / рисования

Для 2D-фрезерования на самодельном станке с ЧПУ нам понадобится изображение. Находим в интернете или рисуем картинку.

Изменение разрешения изображения в зависимости от требований к результату

В зависимости от размера будущего результата имеет смысл изменить размер картинки в пикселях. Для начала рекомендуется установить размер изображения исходя из следующего соответствия: 2 пикселя на миллиметр. То есть, если планируемое изображение будет размером 100x60 мм, то исходное изображение можно сохранить в разрешении 200x120 пикселей.
В Paint это делается в пункте меню Рисунок->Растянуть/Наклонить , далее в появившемся окне в блоке Растянуть необходимо выбрать в процентах, как изменить изображение. Примерно приводим картинку к нужному размеру. Абсолютной точности не требуется. Если исходное изображение мало, то увеличивать его не требуется: программа для ЧПУ сама рассчитает коэффициенты масштабирования.
В программу управления ЧПУ включены алгоритмы сглаживая, тем не менее, чем больше пикселей исходного изображения приходится на 1 мм готового, тем точнее будет результат. Однако, необходимо учитывать погрешность работы нашего самодельного станка с ЧПУ, связанную с точность изготовления его составляющих, именно поэтому я рекомендую соотношение 2 пикселя на 1 мм. Просто дальнейшее увеличение разрешения исходного изображения скорее всего не даст увеличения точности, а программу для работы с ЧПУ замедлит.

Изменение палитры изображения, перевод в черно-белый формат

Для качественного 2D-фрезерования или рисования понадобится перевести картинку к черно-белый формат, чтобы убрать промежуточные значения цвета. Ничего страшного не будет, если программа для ЧПУ будет работать с картинкой в градациях серого, однако фреза или ручка по высоте будут постоянно гулять в зависимости от "яркости" границы обводимой области.
Для того, чтобы привести картинку к черно-белому формату необходимо открыть изображение в графическом редакторе Paint. Далее в меню выбрать Рисунок->Атрибуты и на всплывшем окне установить галку черно-белая в блоке Палитра . Нажимаем ОК , соглашаемся с сообщением о том, что будет потеряна первичная информация об изображении. Редактор переведет картинку в черно белый формат.
Теперь сохраняем полученный результат. На форме сохранения файла в пункте Тип файла: обязательно выбираем 24-разрядный рисунок (*.bmp,*.dib) .

Работа с самодельным станком с ЧПУ на Ардуино

Настройка размеров области фрезеровки, установка начального положения фрезы

Закрепляем на нижней подвижной платформе самодельного станка с ЧПУ заготовку, на которой будет производиться 2D-фрезерование / рисование. Заходим в папку, куда установлена программа управления простейшим станком с ЧПУ. Запускаем программу cnc.exe и в главном меню выбираем пункт Фрезерование . На открывшейся форме в левом верхнем блоке Выбор файла выбираем файл, в котором находится подготовленная картинка.
Убеждаемся в том, что имеется связь по виртуальному COM-порту с Ардуино. Об этом нас уведомит надпись Статус: Com-порт открыт . Если выведено сообщение Статус: ошибка открытия Com-порта , то необходимо правильно настроить программу для работы с ЧПУ. Инструкция по настройке: Настройка программы управления станком с ЧПУ .
Далее, если соединение с Ардуино установлено, задаем размер области в мм, на которой будет фрезероваться изображение. Это делается в блоке Размер готового изображения . Глубина соответствует вертикальному перемещению фрезы вниз от текущего положения.
На фото, указана глубина 10 мм. То есть, если на исходном изображении имеется черная фигура, то при её обрисовке (фрезеровке), фреза будет опущена на 10 мм. Глубина, на которую будет опущена фреза соответствует тому, на сколько "черная" граница у обводимой фигуры.
Теперь необходимо установить фрезу в исходное положение. Для этого в блоке Настройка устанавливаем галку Фрезеровать . Ниже в три поля вводим в миллиметрах необходимые значения перемещений по осям X, Y и Z и нажимаем кнопку Ручная уст-ка . Дожидаемся, когда фреза переместится в нужное положение. Начальное положение соответствует левому верхнему углу фрезеруемой картинки.

Непосредственно 2D-фрезерование / рисование на самодельном станке с ЧПУ

Итак, изображение загружено, установлены размеры готового изображения, фреза установлена в начальное положение.
Теперь нажимаем кнопку Разобрать , что вызовет функцию разбора изображения, результатом работы функции является дерево принадлежности фигур. Дерево необходимо при 2D-фрезерование фигур, которые включают другие фигуры. В этом случае фрезеровать необходимо начиная с фигур с максимальным уровнем вложения. Перемещаясь по дереву с помощью мышки можно видеть, как выделяется соответствующая фигура или её часть на общем изображении в левом нижнем окне.

Если вы хотите обвести конкретную фигуру, то необходимо её найти и выбрать в дереве принадлежности, и нажать на кнопку Выделенная . И дождаться конца фрезеровки / рисования.

Если вы хотите обвести все фигуры, то необходимо нажать на кнопку Все . И дождаться завершения фрезерования / отрисовки.

Рисунки для ЧПУ станков по дереву – визуальные проекции, позволяющие оригинально оформить мебельные изделия. Рисунок на ЧПУ наносится на поверхность при помощи фрезерного станка. Использование числового программного управления позволяет выполнять процесс в автономном режиме. Для по заданному рисунку используется программоноситель, после установки которого задача будет выполнена автоматически.

Особенности резьбы по дереву

Резьба по дереву – сложный процесс, зародившийся задолго до возникновения станочного оборудования. Фрезерным станком можно нанести на поверхность сложные орнаменты. Прибор имитирует ручную резьбу, но его действия менее затраты по времени и усилиям.

Станок с ЧПУ наиболее популярен для фрезерования в мебельном производстве. С его помощью оформляются кухонные фасады, и другие предметы мебельного интерьера. Наличие программоносителя дает возможность осуществлять серийное производство заданного орнамента, или же выполнить индивидуальные нарисованные композиции.

Наиболее популярными фрезами, используемыми на станках с ЧПУ по дереву, являются:

• фасонные;
• V-образные.

Не обязательно применимым к мебельным заготовкам. Их можно использовать по отношению к большинству поверхностей из древесины. Одним из самых распространенных применений данных инструментов является обработка картинных рамок.

Помимо фасадов фрезеровка позволяет обработать:

• филенку;
• вензель;
• балясин.

Проект задачи для программоносителя можно разработать как самостоятельно, так и при помощи специальных организаций, занимающихся подобной работой.

Проект

Качество дизайна заготовки будет зависть от того, насколько профессионально был создан проект. Существует множество онлайн-ресурсов, позволяющих спроектировать необходимый рисунок на программоноситель. Их использование дает возможность визуализировать дизайн, а также получить трехмерное изображение будущей работы, до начала ее выполнения.

Составление программы, используемой на производится по следующей схеме:

• внесение габаритов заготовки, которая будет использована для нанесения рисунков;
• создание виртуального рисунка, наносимого на поверхность;
• выставление соотношения заданных параметров, и их сохранение.

После этого проект импортируется на программоноситель, который загружается в комплектацию аппарата при фрезеровке. С запуском прибора он начнет выполнять поставленную задачу. Сложность заданной композиции зависит от возможностей самого оборудования.

Если станок с ЧПУ представлен сборкой старого типа с малым функционалом, выполнить сложную резьбу по дереву с его помощью нельзя, насколько бы профессионально не была составлена программа.

Резьба по дереву фрезерными станками

Фрезерный станок с ЧПУ осуществляет плоскорельефную резьбу. Данный тип работы выполняет несколькими способами:

• «в теле»;
• порезным плоскорельефным;
• с формированием наружной стенки наполовину;
• с формированием наружной стенки полностью;
• комбинированным.

Вырезанный рисунок может служить в качестве украшения, или же исполнять основную роль композиции. Формируя рисунок для станков с ЧПУ, нужно учитывать технические и художественно-композиционные особенности.

Формирование рисунков требует соблюдения ряда правил:

• фоновая деталь не должна быть слишком маленькой в сравнении с размерами используемой фрезы;
• не рекомендуется использование слишком широких линий;
• композиция должна содержать минимальное количество острых углов (в большом количестве они создают сложный орнамент, с выполнением которого сможет справиться не каждый прибор с ЧПУ).

Качество используемого инструмента является важным моментом в придании рисункам точных форм. В процессе работы на инструмент осуществляется большая нагрузка. Аппарат низкокачественного типа быстро износится.

Наиболее качественными являются гравировальные фрезы, известные также под названием граверы.

Данные приборы имеют схожие характеристики, но отличаются углом наклона.

На втором месте по популярности находятся фрезы концевого цилиндрического типа. Преимущество такого инструмента заключается в возможности обрезки резьбы по установленному контуру.

Виды фрез

Наиболее популярными и высококачественными фрезами, отличающимися большой производительностью, изготовлены:

• израильской фирмой Dimar;
• американской фирмой SGS Tool Company.

Первый тип представлен твердосплавными сменными граверами. Благодаря этому устройству можно получить качественную плоскорельефную гравировку. Для гравировки рекомендуется использовать держатели. Станочное оборудование с системой числового программного управления, оснащенное держателями, предполагает выполнение более точных линий. Оно способно справится с твердыми породами древесины.