EP2683553B1

EP2683553B1 - Process and device for machining a cylinder, in particular an impression or embossing cylinder

Info

Publication number: EP2683553B1
Application number: EP12710024.6A
Authority: EP
Inventors: Jörg POHÉ
Original assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: EP2683553A1; WO2012119704A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Zylinders, insbesondere eines Druck- oder Prägezylinders.Method and device for processing a cylinder, in particular a printing or embossing cylinder.

Wenn Druckzylinder oder Prägezylinder durch Direktgravur mittels eines Laserstrahls bearbeitet werden, um an der Zylinderoberfläche eine zum Drucken bzw. Prägen benötigte unebene Oberflächenstruktur zu erzeugen, verdampft am Auftreffpunkt des Laserstrahls durch dessen thermische Energie ein an die Zylinderoberfläche angrenzender Teil des Materials des Zylinders. Dies gestattet es, in der Zylinderoberfläche kraterförmige Vertiefungen auszuheben, die zu rinnenförmigen Vertiefungen verlängert werden können, wenn der Laserstrahl entlang einer Spur über die Zylinderoberfläche bewegt wird. Größere Vertiefungen können ausgehoben werden, indem der Laserstrahl entlang von mehreren nebeneinander liegenden parallelen Spuren über die Zylinderoberfläche bewegt wird. Zu diesem Zweck wird der Zylinder mit hoher Geschwindigkeit in Drehung versetzt, während der Laserstrahl aus einem in axialer Richtung des Zylinders bewegten Laserbearbeitungsorgan, das auch als Laserbearbeitungskopf bezeichnet wird, auf den Zylinder gerichtet wird, so dass der Laserstrahl entlang von nebeneinander liegenden schraubenförmigen Spuren auf die Zylinderoberfläche auftrifft.When printing cylinders or embossing cylinders are processed by direct engraving by means of a laser beam to produce an uneven surface structure required for printing on the cylinder surface, at the point of impact of the laser beam by its thermal energy, a part of the material of the cylinder adjacent to the cylinder surface evaporates. This makes it possible to excavate crater-shaped depressions in the cylinder surface, which can be extended to groove-shaped depressions, when the laser beam is moved along a track over the cylinder surface. Larger depressions can be excavated by moving the laser beam across multiple cylinder surfaces along multiple parallel tracks. For this purpose, the cylinder is rotated at a high speed while the laser beam is directed onto the cylinder from a laser processing member, which is also referred to as a laser processing head, in the axial direction of the cylinder, so that the laser beam travels along adjacent helical tracks the cylinder surface impinges.

Bei der Lasergravur von Tiefdruckzylindern, bei der das an die Zylinderoberfläche angrenzende Material aus Kupfer besteht, werden üblicherweise Näpfchen in die Zylinderoberfläche graviert, deren seitliche Abmessungen je nach Druckdichte zwischen 20 und 240 µm betragen, während ihre Tiefe bis etwa 35 µm beträgt. Um die Bildschärfe des zu druckenden Bildes zu verbessern und Halbtonverläufe besser wiederzugeben, wurde in der EP 1 568 490 B1 der Anmelderin bereits vorgeschlagen, die Näpfchen aus einer vorbestimmten Anzahl von einzeln gravierten Bildpunkten aufzubauen. Zur Gravur dieser Bildpunkte wird der Laserstrahl entlang von nebeneinander liegenden Spuren mit einer Breite von etwa 20 bis 30 µm über die Zylinderoberfläche bewegt und dabei seine Intensität mit einem im Strahlengang befindlichen Modulator moduliert, um die Tiefe und die Länge der Spuren so zu steuern, dass sich theoretisch die gewünschte Näpfchenform und das gewünschte Näpfchenvolumen ergibt.In the laser engraving of gravure cylinders, in which the adjoining the cylinder surface material consists of copper, usually wells are engraved in the cylinder surface, the lateral dimensions depending on the print density between 20 and 240 microns, while their depth is up to about 35 microns. In order to improve the image sharpness of the image to be printed and to reproduce halftone progressions better, was in the EP 1 568 490 B1 the Applicant already proposed to build the wells from a predetermined number of individually engraved pixels. For engraving these pixels, the laser beam is moved along adjacent tracks with a width of about 20 to 30 microns over the cylinder surface and thereby modulated its intensity with a modulator located in the beam path to the depth and the length of the tracks so control that theoretically results in the desired well shape and the desired well volume.

Allerdings tritt vor allem bei der Lasergravur von Kupfer oder anderen Metallen an der Oberfläche von Tiefdruckzylindern das Problem auf, dass das Metall nicht immer vollständig verdampft, sondern zum Teil nur schmilzt, wobei die entstehende Schmelze durch die Volumenausdehnung des verdampfenden Metalls in Form von kleinen Metalltröpfchen aus den Näpfchen ausgeworfen wird. Zwar wird dieser Schmelzauswurf abgesaugt, jedoch gelingt dies meist nicht vollständig, so dass sich ein Teil des flüssigen Metalls zusammen mit anderen Verunreinigungen, wie Schmauch aus Metalloxiden, als Abraum innerhalb eines gerade ausgehobenen Näpfchens, auf dem Rand dieses Näpfchens oder in einem zuvor ausgehobenen benachbarten Näpfchen niederschlägt oder ablagert. Während der Abraum im Inneren von Näpfchen dazu führt, dass geometrische Näpfchenparameter, vor allem die Näpfchentiefe aber auch Querschnittsabmessungen innerhalb der Näpfchen, nicht dem gewünschten Sollwert entsprechen, hat der Abraum auf dem Rand der Näpfchen zur Folge, dass beim Drucken die Rakel auf einer unebenen Zylinderoberfläche aufliegt und überschüssige Druckfarbe nicht sauber abgestreift werden kann.However, especially in the case of laser engraving of copper or other metals on the surface of gravure cylinders, the problem arises that the metal does not always completely evaporate but partly melts, with the resulting melt being formed by the volume expansion of the evaporating metal in the form of small metal droplets is ejected from the wells. Although this melt ejection is sucked off, but usually succeeds not completely, so that a portion of the liquid metal together with other impurities such as smoke from metal oxides, as overburden within a just excavated well on the edge of this cup or in a previously excavated adjacent Cup precipitates or deposits. While the overburden in the interior of wells results in geometrical cup parameters, in particular the well depth but also cross-sectional dimensions within the wells, not meeting the desired target value, the overburden on the edge of the wells results in an uneven surface during printing Cylinder surface rests and excess ink can not be stripped clean.

Ähnliche Probleme können jedoch auch bei der Gravur von metallischen Prägezylindern oder von Druckzylindern für den Flexodruck auftreten.However, similar problems can also occur when engraving metallic embossing cylinders or printing cylinders for flexographic printing.

Aus der US-A-5 652 804 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Tiefdruckzylindern bekannt, wo mit einem Gravierstichel oder mit einem Laserstrahl Näpfchen in der Oberfläche des Tiefdruckzylinders ausgehoben werden. Zur Ermittlung von fehlerhaften Näpfchen ist dort eine Bildverarbeitungseinrichtung vorgesehen, die ein Bild der zuvor gravierten Näpfchen aufnimmt und auswertet, um aus dem Umriss der Näpfchen deren Tiefe zu berechnen. Die berechnete Näpfchentiefe wird dann mit einem aus den Bild- oder Gravurdaten abgeleiteten Sollwert der Näpfchentiefe verglichen. Bei einer Abweichung, zum Beispiel wenn die Näpfchentiefe flacher ist als sie sein sollte, können Korrekturinformationen zu einer Gravierstichel- oder Laserkopf-Steuerung rückgekoppelt werden, um nachfolgend gravierte Näpfchen mit einer korrigierten Näpfchentiefe auszuheben. Dies bedeutet jedoch, dass zumindest bei den unmittelbar vor der Korrektur gravierten Näpfchen die Näpfchentiefe nicht dem Sollwert entspricht, so dass diese Näpfchen ggf. später nicht das gewünschte Druckbild liefern. Darüber hinaus funktioniert das aus der US-A-5 652 804 bekannte Verfahren nur, wenn es sich bei dem Fehler um einen Fehler handelt, der bei den vermessenen Näpfchen und bei den nachfolgend gravierten Näpfchen identisch auftritt, wie beispielsweise ein durch Abnutzung eines Gravierstichels verursachter Fehler. Das Verfahren funktioniert jedoch nicht, wenn die Fehler in unterschiedlichen Näpfchen unterschiedlich sind, wie zum Beispiel Fehler, die durch Schmelzauswurf aus benachbarten Näpfchen verursacht werden, da dessen Menge oder Verteilung unter anderem von der Anzahl, der Tiefe und/oder den Abmessungen der Nachbarnäpfchen bzw. von dem jeweiligen Abstand zu den Nachbarnäpfchen abhängt.From the US-A-5,652,804 already a method and an apparatus for processing gravure cylinders are known, where wells are dug in the surface of the gravure cylinder with a Engraving stylus or with a laser beam. In order to determine defective cells, an image processing device is provided there which takes and evaluates an image of the previously engraved wells, in order to calculate its depth from the outline of the wells. The calculated well depth is then compared with a set value of the well depth derived from the image or engraving data. In the event of a deviation, for example if the well depth is shallower than it should be, correction information may be fed back to an engraving stylus or laser head controller for subsequent engraving Dump wells with a corrected well depth. However, this means that, at least in the case of the wells engraved immediately before the correction, the well depth does not correspond to the desired value, so that these wells may not later deliver the desired print image. In addition, that works out of the US-A-5,652,804 Known method only if the error is an error that occurs identically in the surveyed wells and in the subsequently engraved wells, such as an error caused by wear of a engraving stylus. However, the method does not work if the errors in different wells are different, such as errors caused by melt ejection from adjacent wells, since the amount or distribution thereof depends, inter alia, on the number, depth and / or dimensions of the well cups depends on the distance to the neighborsäpfchen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bekannte Verfahren und Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, dass sich auch unregelmäßig auftretende Abweichungen korrigieren lassen.Proceeding from this, the object of the invention is to improve known methods and devices in such a way that it is also possible to correct irregular deviations.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei der Korrektur diejenigen Strukturelemente mit dem Laserstrahl nachbearbeitet werden, bei denen die Abweichung des Messwerts vom Sollwert in einer Richtung ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Hingegen ist die Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung den Schlitten und den Laser steuert, um Strukturelemente, bei denen der Messwert vom Sollwert abweicht, mit dem Laserstrahl nachzubearbeiten, wenn die Abweichung ein vorgegebenes Maß übersteigt.This object is achieved in the method according to the invention in that in the correction those structural elements are reworked with the laser beam, in which the deviation of the measured value from the desired value in one direction exceeds a predetermined level. By contrast, the device according to the invention is characterized in that the control device controls the carriage and the laser in order to rework structural elements, in which the measured value deviates from the nominal value, with the laser beam, if the deviation exceeds a predetermined amount.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, der Korrektur jedes zu korrigierenden Strukturelements das Maß zugrunde zu legen, um das der Messwert dieses Strukturelements vom Sollwert dieses Strukturelements abweicht. Mit anderen Worten wird durch eine Vermessung quantitativ festgestellt, bei welchen Strukturelementen der Messwert vom Sollwert abweicht und wie groß die Abweichung ist. Anschließend wird das Maß der Abweichung mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen, um dann nur diejenigen Strukturelemente durch Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl zu korrigieren, bei denen die Abweichung das vorbestimmte Maß bzw. den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Durch den Begriff Nachbearbeitung wird zudem klar gestellt, dass bereits vor der Vermessung eines Teils des Zylinders eine Bearbeitung dieses Teils mit dem Laserstrahl stattgefunden hat. Da im Zuge einer Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl ebenso wie bei der Bearbeitung mit dem Laserstrahl nur ein Materialabtrag möglich ist, jedoch kein Material hinzugefügt werden kann, lassen sich durch die Nachbearbeitung nur Abweichungen korrigieren, bei denen die Abweichung des Messwerts vom Sollwert einem Zuviel an Material entspricht. Strukturelemente der Struktur, bei denen keine oder nur eine geringe, unterhalb des vorbestimmten Maßes oder Schwellenwerts liegende Abweichung des Messwerts vom Sollwert festgestellt wird, werden keiner Korrektur unterzogen.The invention is based on the idea of applying the correction of each structural element to be corrected to the extent to which the measured value of this structural element deviates from the nominal value of this structural element. In other words, a measurement is used to determine quantitatively in which structural elements the measured value deviates from the nominal value and how large the deviation is. Subsequently, the degree of deviation is compared with a predetermined threshold value, to then correct only those structural elements by post-processing with the laser beam, in which the deviation exceeds the predetermined level or the predetermined threshold. The term post-processing also makes it clear that processing of this part with the laser beam has already taken place before the measurement of a part of the cylinder. Since in the course of a post-processing with the laser beam as well as during the processing with the laser beam only a material removal is possible, but no material can be added, can be corrected by the post only deviations in which the deviation of the measured value of the target value too much of material equivalent. Structural elements of the structure in which no deviation or only a small deviation of the measured value from the desired value lying below the predetermined dimension or threshold value are not corrected.

Wenn im Folgenden der Begriff Messwert verwendet wird, muss dies kein direkt gemessener Wert sein, sondern kann auch ein Wert sein, der aus einem direkt gemessenen Wert abgeleitet wird. Jedoch handelt es sich bei dem Messwert um einen quantitativen Messwert, der eine Aussage über das Maß der Abweichung vom Sollwert gestattet. Der Begriff Zylinder oder Zylinderoberfläche umfasst auch ein auf den Zylinder aufgespanntes Material bzw. dessen Oberfläche.In the following, when the term measured value is used, this need not be a directly measured value, but may also be a value derived from a directly measured value. However, the measured value is a quantitative measured value which allows a statement about the degree of deviation from the nominal value. The term cylinder or cylinder surface also includes a material spanned on the cylinder or its surface.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nicht nur wie im Stand der Technik einzelne Strukturelemente der erzeugten Struktur vermessen werden, sondern sämtliche Strukturelemente, bei denen infolge einer Ablagerung von Abraum, wie Schmelzauswurf oder dergleichen, Abweichungen des Messwerts vom Sollwert auftreten können, die ein Zuviel an Material anzeigen. Der Messwert von sämtlichen vermessenen Strukturelementen wird mit dem entsprechenden Sollwert jedes Strukturelements verglichen und dann sämtliche Strukturelemente nachbearbeitet, bei denen die Abweichung das vorbestimmte Maß oder den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.A preferred embodiment of the method according to the invention provides that not only individual structural elements of the structure produced are measured, as in the prior art, but all structural elements in which, as a result of deposition of overburden, such as melt ejection or the like, deviations of the measured value from the nominal value can occur. which show too much material. The measured value of all the measured structural elements is compared with the corresponding nominal value of each structural element and then all the structural elements in which the deviation exceeds the predetermined level or the predetermined threshold value are reworked.

Bei der Nachbearbeitung eines Strukturelements wird mit dem Laserstrahl Material abgetragen, wobei der Abtrag durch eine entsprechende Modulation des Laserstrahls so gesteuert wird, dass das Maß des Abtrags etwa dem Maß der Abweichung des Messwerts vom Sollwert entspricht. Aufgrund der individuellen Anpassung des Materialabtrags an die Abweichung wird in der Regel der Messwert nach der Nachbearbeitung ziemlich genau dem Sollwert entsprechen, zumal es bei der Nachbearbeitung sehr viel seltener als bei der erstmaligen Bearbeitung zu einer Ablagerung von Schmelzauswurf oder anderem Abraum kommen wird, da die gegenseitigen Abstände der nachbearbeiteten Näpfchen größer sind und insgesamt weniger Material abgetragen wird, wodurch eine bessere Verdampfung des Materials durch den Laserstrahl gewährleistet wird.In the post-processing of a structural element material is removed with the laser beam, wherein the removal is controlled by a corresponding modulation of the laser beam so that the degree of erosion about the degree of deviation of the measured value from the setpoint. Due to the individual adaptation of the material removal to the deviation, the measured value after the post-processing will generally correspond to the nominal value, especially since post-processing will lead to a deposition of melt ejection or other overburden much less frequently than during initial processing mutual distances of the reworked wells are larger and overall less material is removed, whereby a better evaporation of the material is ensured by the laser beam.

Um die für die Bearbeitung des Zylinders benötigte Gesamtzeit so gering wie möglich zu halten, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Bearbeitung des Zylinders mit dem Laserstrahl und die Vermessung der dabei erzeugten Strukturen gleichzeitig erfolgen. Sofern die Bearbeitung und die Vermessung mit derselben Geschwindigkeit vorgenommen werden können, sind ein zur Abstrahlung des Laserstrahls dienendes Laserbearbeitungsorgan und ein zur Vermessung der Strukturen bzw. der einzelnen Strukturelemente dienender Sensor zweckmäßig auf einem gemeinsamen Schlitten oder Wagen montiert, der sich während der Drehung des Zylinders in axialer Richtung an diesem entlang bewegen lässt, so dass ein konstanter Abstand zwischen dem Laserbearbeitungsorgan und dem Sensor aufrechterhalten wird. Sofern eine Bearbeitung und Vermessung mit derselben Geschwindigkeit nicht möglich ist, ist der zur Vermessung dienende Sensor bevorzugt getrennt vom Laserbearbeitungsorgan auf einem separaten Schlitten oder Wagen angeordnet, der einen eigenen Antrieb besitzt und dem Schlitten oder Wagen mit dem Laserbearbeitungsorgan zweckmäßig in einem veränderlichen axialen Abstand folgt.In order to keep the total time required for machining the cylinder as low as possible, another preferred embodiment of the invention provides that the machining of the cylinder with the laser beam and the measurement of the structures produced thereby take place simultaneously. If the processing and the measurement can be carried out at the same speed, a laser processing element serving to irradiate the laser beam and a sensor used to measure the structures or the individual structural elements are expediently mounted on a common carriage or carriage which moves during the rotation of the cylinder in the axial direction can move along this, so that a constant distance between the laser processing member and the sensor is maintained. If a processing and measurement at the same speed is not possible, the serving for measuring sensor is preferably arranged separately from the laser processing organ on a separate carriage or carriage, which has its own drive and the carriage or carriage with the laser processing organ expediently follows in a variable axial distance ,

Um sicherzustellen, dass die Form der Strukturelemente nach deren Vermessung durch eine spätere Ablagerung von Abraum nicht mehr verändert wird, erfolgt die Vermessung der Strukturen vorteilhaft in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung des Zylinders in einem ausreichenden Abstand von der Bearbeitung mit dem Laserstrahl. Grundsätzlich reicht bereits ein Abstand von wenigen Spuren in axialer Richtung des Zylinders oder ein Abstand von etwa 10 Grad in Umfangsrichtung des Zylinders aus, jedoch wird der Abstand bevorzugt etwas größer gewählt.To ensure that the shape of the structural elements is no longer changed after their measurement by a subsequent deposition of overburden, the measurement of the structures is advantageously carried out in the circumferential direction and / or in the axial direction of the cylinder at a sufficient distance from the processing with the laser beam. Basically, a distance of only a few tracks in the axial direction of the cylinder or a distance of about 10 degrees in the circumferential direction of the cylinder is sufficient, but the distance is preferably selected to be slightly larger.

Zum Beispiel kann der Sensor auf der zum Laserbearbeitungsorgan entgegengesetzten Seite des Zylinders, d.h. in Umfangsrichtung im Winkelabstand von etwa 180 Grad vom Laserbearbeitungsorgan positioniert werden, weil an dieser Stelle eine Beeinflussung durch Schmelzauswurf von der Laserbearbeitung praktisch ausgeschlossen ist.For example, the sensor may be located on the opposite side of the cylinder from the laser processing member, i. be positioned in the circumferential direction at an angular distance of about 180 degrees from the laser processing element, because at this point an influence by melt ejection of the laser processing is practically impossible.

Da die an der Zylinderoberfläche erzeugte Struktur nicht nur die mit dem Laserstrahl ausgehobenen Vertiefungen sondern auch Bereiche zwischen oder neben den Vertiefungen umfasst, in denen es bei der Bearbeitung mit dem Laserstrahl ebenfalls zu einer Ablagerung von Schmelzauswurf oder anderem Abraum kommen kann, werden vorzugsweise nicht nur Strukturelemente innerhalb der Vertiefungen vermessen und mit dem Laserstrahl nachbearbeitet, wenn die Abweichung des Messwerts vom Sollwert das vorbestimmte Maß übersteigt, sondern auch mindestens ein Teil der zuvor nicht mit dem Laserstrahl bearbeiteten Bereiche der Zylinderoberfläche, wobei diese Bereiche mindestens an die Ränder der Vertiefungen angrenzende Flächen und insbesondere die Oberflächen von schmalen Stegen zwischen benachbarten Vertiefungen umfassen, auf denen es ebenfalls häufig zu einer Ablagerung von Abraum kommt. Derartige Stege sind vor allem Stege zwischen benachbarten Näpfchen von Tiefdruckzylindern, die beim Drucken als Auflage für eine Rakel dienen und daher keine durch Abraum verursachten Unebenheiten aufweisen sollten.Since the structure produced on the cylinder surface includes not only the wells excavated with the laser beam but also areas between or adjacent to the wells in which deposition of melt discharge or other overburden may also occur during processing with the laser beam, preferably not only Measured structural elements within the wells and post-processed with the laser beam when the deviation of the measured value from the desired value exceeds the predetermined level, but also at least a portion of the previously un-laser-processed areas of the cylinder surface, said areas at least adjacent to the edges of the wells surfaces and in particular the surfaces of narrow webs between adjacent recesses, on which there is also often a deposit of overburden. Such webs are mainly webs between adjacent wells of gravure cylinders, which serve as a support for a squeegee during printing and therefore should not have any overburden caused by overburden.

Bei dem bei der Vermessung ermittelten geometrischen Messwert handelt es sich vorteilhaft um den radialen Abstand zwischen der unbearbeiteten Zylinderoberfläche und der Oberfläche der Strukturelemente, wobei sich die Angabe radial auf den Zylinder bezieht. Auf diese Weise kann sowohl innerhalb der Vertiefungen abgelagerter Abraum erfasst werden, da dort der gemessene Abstand von der unbearbeiteten Zylinderoberfläche geringer ist als der Sollwert, als auch auf den Rändern von Vertiefungen abgelagerter Abraum, da dort der gemessene Abstand von der unbearbeiteten Zylinderoberfläche größer ist als der Sollwert, der in diesen Bereichen Null beträgt.The geometric measured value determined during the measurement is advantageously the radial distance between the unprocessed cylinder surface and the surface of the structural elements, the information relating radially to the cylinder. In this way, overburden deposited within the depressions can be detected, since there the measured distance from the unprocessed cylinder surface is lower than the nominal value, as well as overburden deposited on the edges of depressions, since there the measured distance from the unprocessed cylinder surface is greater than the setpoint, which is zero in these ranges.

Die quantitative Ermittlung des zuvor genannten radialen Abstands zwischen der unbearbeiteten Zylinderoberfläche und der Oberfläche der Strukturelemente erfolgt vorzugsweise durch ein berührungsloses Messverfahren, zum Beispiel durch Laserabtastung oder durch ein konfokales oder chromatisch-konfokales Messverfahren, mit dem sich die Strukturelemente mit einer Genauigkeit von weniger als 3 µm und vorzugsweise von weniger als 1 µm erfassen lassen. Bei der Laserabtastung wird beispielsweise der Abstand zwischen einem Sensor und der Oberfläche der Strukturelemente gemessen und nach einer Subtraktion des Abstands zwischen dem Sensor und der unbearbeiteten Zylinderoberfläche mit dem Sollwert der Strukturelemente verglichen, d.h. zum Beispiel der gewünschten Tiefe eines Bildpunkts innerhalb eines Näpfchens.The quantitative determination of the aforementioned radial distance between the unprocessed cylinder surface and the surface of the structural elements is preferably carried out by a non-contact measuring method, for example by laser scanning or by a confocal or chromatic-confocal measuring method, with which the structural elements with an accuracy of less than 3 can be detected and preferably less than 1 micron. For example, in laser scanning, the distance between a sensor and the surface of the features is measured and, after subtracting the distance between the sensor and the unprocessed cylinder surface, compared with the setpoint of the features, i. for example, the desired depth of a pixel within a well.

Durch die quantitative Vermessung der Strukturelemente und die folgende Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl lassen sich nicht nur Ablagerung von Schmelzauswurf oder anderem Abraum beseitigen, sondern auch alle anderen Abweichungen, bei denen an einzelnen oder ggf. auch an sämtlichen Strukturelementen ein Zuviel an Material vorhanden ist. Derartige Abweichungen können zum Beispiel durch eine Abnahme der Intensität des Laserstrahls bei der Bearbeitung infolge der Verdampfung von Material verursacht werden, da der Laserstrahl durch das verdampfte Material zum Teil gestreut und damit in seiner Intensität geschwächt werden kann.The quantitative measurement of the structural elements and the subsequent post-processing with the laser beam can be eliminated not only deposition of melt ejection or other overburden, but also all other deviations in which an excess of material is present on individual or possibly on all structural elements. Such deviations may be caused, for example, by a decrease in the intensity of the laser beam during processing due to the evaporation of material, as the laser beam may be partially scattered by the vaporized material and thus weakened in intensity.

Um nach einer Nachbearbeitung von Strukturelementen sicher zu stellen, dass bei den nachbearbeiteten Strukturelementen der Sollwert eingehalten wird, kann es von Vorteil sein, die nachbearbeiten Strukturelemente erneut zu vermessen, um sie ggf. noch einmal nachzubearbeiten, wenn die Abweichung des bei der erneuten Vermessung ermittelten Messwerts vom Sollwert noch immer das vorgegebene Maß übersteigt. Auch eine mehrfache Vermessung und Nachbearbeitung ist je nach Qualitätsanforderung denkbar.In order to ensure after a post-processing of structural elements to ensure that the setpoint is maintained in the post-processed structural elements, it may be advantageous to re-measure the post-processing structural elements to rework if necessary again, if the deviation of the determined during the re-measurement Measured value from the setpoint value still exceeds the specified value. Even a multiple measurement and post-processing is conceivable depending on the quality requirement.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Graviermaschine,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht der Graviermaschine;
Fig. 3 eine Oberseitenansicht einer in die Zylinderoberfläche gravierten rillenförmigen Vertiefung;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Vertiefung;
Fig. 5 eine schematische Oberseitenansicht von mehreren in die Oberfläche des Tiefdruckzylinders gravierten Näpfchen;
Fig. 6 eine vergrößerte Oberseitenansicht von einigen in die Oberfläche des Tiefdruckzylinders gravierten Näpfchen vor einer Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl;
Fig. 7 eine Oberseitenansicht der in die Oberfläche des Tiefdruckzylinders gravierten Näpfchen nach einer Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl;
Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht entlang eines Teils der Zylinderoberfläche durch zwei Näpfchen.
Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht entsprechend Fig. 8 nach einer Nachbearbeitung mit dem Laserstrahl;
Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht von Teilen einer modifizierten Graviermaschine.

In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 a perspective view of an engraving machine,
Fig. 2 a schematic cross-sectional view of the engraving machine;
Fig. 3 a top view of an engraved in the cylinder surface groove-shaped depression;
Fig. 4 a cross-sectional view of the recess;
Fig. 5 a schematic top view of several engraved in the surface of the gravure cylinder cups;
Fig. 6 an enlarged top view of some engraved in the surface of the gravure cylinder cups before post-processing with the laser beam;
Fig. 7 a top view of the engraved into the surface of the gravure cylinder cups after a post-processing with the laser beam;
Fig. 8 an enlarged sectional view along a portion of the cylinder surface through two wells.
Fig. 9 an enlarged sectional view corresponding Fig. 8 after a post-processing with the laser beam;
Fig. 10 a schematic cross-sectional view of parts of a modified engraving machine.

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte Graviermaschine 10 dient zum Beispiel zur Gravur von Tiefdruckzylindern 12, die einzeln in der Graviermaschine 10 eingespannt und von einem Drehantrieb (nicht dargestellt) mit hoher Drehgeschwindigkeit um ihre Längsmittelachse 14 in Drehung versetzt werden können. Die Gravur eines in die Maschine 10 eingespannten und in Drehung versetzten Tiefdruckzylinders 12 erfolgt mit Hilfe eines Laserstrahls 16, der von einem Laserbearbeitungsorgan 18 aus auf die Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12 gerichtet wird, um in der Zylinderoberfläche 20 an den gewünschten Stellen Vertiefungen in Form von Näpfchen 22 auszuheben, die später zur Aufnahme von Druckfarbe dienen.The engraving machine 10 shown schematically in the drawing is used, for example, for engraving gravure cylinders 12, which are clamped individually in the engraving machine 10 and by a rotary drive (not shown) with high rotational speed about its longitudinal central axis 14 in rotation. The engraving of a clamped in the machine 10 and rotated in rotogravure cylinder 12 is effected by means of a laser beam 16 which is directed by a laser processing member 18 on the surface 20 of the gravure cylinder 12 to excavate in the cylinder surface 20 at the desired locations depressions in the form of wells 22, which later serve to accommodate ink.

Die Graviermaschine 10 umfasst neben dem Drehantrieb zwei Halterungen 24 zum Einspannen des Tiefdruckzylinders 12, einen Gravierwagen 26, der von einem Gravierwagenantrieb (nicht dargestellt) mittels einer Spindel 28 in axialer Richtung des Druckzylinders 12 an diesem entlang bewegt werden kann und das Laserbearbeitungsorgan 18 trägt, sowie ein Steuerpult 30, das auf Führungen 32 in axialer Richtung entlang des Zylinders 12 beweglich ist.The engraving machine 10 comprises, in addition to the rotary drive, two holders 24 for clamping the gravure cylinder 12, an engraving carriage 26 which can be moved by an engraving carriage drive (not shown) by means of a spindle 28 in the axial direction of the impression cylinder 12 and carries the laser processing member 18, and a control panel 30 which is movable on guides 32 in the axial direction along the cylinder 12.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das Laserbearbeitungsorgan 18 ist durch eine optische Faser 32 mit einem Fiberlaser 34 verbunden, der sich zusammen mit seiner Pumpquelle 36 und einem Kühlkörper 38 zum Kühlen der Pumpquelle 36 in einem stationären Unterteil 40 der Graviermaschine 10 befindet, das weiter ein Kühlsystems 39 zum Kühlen des Kühlkörpers 38, eine Maschinensteuereinheit 42 zur Steuerung des Drehantriebs und des Gravierwagenantriebs sowie eine Lasersteuereinheit 44 enthält. Der von dem Fiberlaser 34 erzeugte Laserstrahl wird durch die optische Faser 32 in das gasdicht verschlossene röhrenförmige Laserbearbeitungsorgan 18 eingespeist, das im Inneren unter anderem einen von der Lasersteuereinheit 44 gesteuerten akustooptischen Modulator (nicht dargestellt) zur Ablenkung und zur Intensitätsmodulation des Laserstrahls sowie Optikelemente (nicht dargestellt) zur Fokussierung des Laserstrahls in einem Bearbeitungsfleck 46 auf der Zylinderoberfläche 20 umfasst. Eine solche Graviermaschine 10 ist ausführlich in der WO 00/13839 der Anmelderin beschrieben.As in Fig. 2 1, the laser processing device 18 is connected by an optical fiber 32 to a fiber laser 34, which together with its pumping source 36 and a heat sink 38 for cooling the pump source 36 is located in a stationary lower part 40 of the engraving machine 10, which further comprises a cooling system 39 Cooling of the heat sink 38, a machine control unit 42 for controlling the rotary drive and the engraving car drive and a laser control unit 44 includes. The laser beam generated by the fiber laser 34 is fed through the optical fiber 32 in the gas-tight closed tubular laser processing device 18, inter alia, a controlled by the laser control unit 44 acousto-optic modulator (not shown) for deflection and intensity modulation of the laser beam and optical elements (not illustrated) for focusing the laser beam in a processing spot 46 on the cylinder surface 20 comprises. Such an engraving machine 10 is described in detail in WO 00/13839 the applicant described.

Anders als die Graviermaschine 10 aus der WO 00/13839 ist bei der Graviermaschine 10 in Fig. 1 noch ein Messkopf 48 auf dem Gravierwagen 26 montiert. Im Messkopf 48 ist ein berührungslos arbeitender Laser-Weg-Sensor oder Laser-Abstandsmesser (nicht dargestellt) montiert, mit dem sich der Abstand zwischen dem Sensor und einem dem Sensor gegenüberliegenden Punkt auf der Zylinderoberfläche 20 mit einer Genauigkeit von etwa 1 µm messen lässt.Unlike the engraving machine 10 from the WO 00/13839 is in the engraving machine 10 in Fig. 1 still a measuring head 48 mounted on the engraving carriage 26. In the measuring head 48, a non-contact laser path sensor or laser distance meter (not shown) is mounted, with which the distance between the sensor and a sensor opposite point on the cylinder surface 20 can be measured with an accuracy of about 1 micron.

Wenn im Betrieb der Graviermaschine 10 der Laserstrahl 16 aus dem Laserbearbeitungsorgan 18 mit hoher Energie auf die Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12 auftrifft, während der Tiefdruckzylinder 12 in Bezug zu dem Laserbearbeitungsorgan 18 um seine Längsmittelachse 14 gedreht wird, wird an der Zylinderoberfläche 20 ein Teil des bei Tiefdruckzylindern 12 gewöhnlich aus Kupfer bestehenden Materials angrenzend an die Zylinderoberfläche 20 verdampft. Dabei entsteht entlang des Bewegungswegs des Bearbeitungsflecks 46 auf der Oberfläche 20 eine rillenförmige Vertiefung 50, die einen allgemein V-förmigen Querschnitt besitzt, wie am besten in Fig. 5 dargestellt.In operation of the engraving machine 10, when the laser beam 16 from the laser processing member 18 impinges on the surface 20 of the gravure cylinder 12 while the gravure cylinder 12 is rotated about its longitudinal center axis 14 relative to the laser processing member 18, a portion of the cylinder surface 20 becomes in gravure cylinders 12, usually made of copper adjacent to the cylinder surface 20 vaporized. In this case, along the path of movement of the processing spot 46 on the surface 20, a groove-shaped recess 50 is formed, which has a generally V-shaped cross-section, as best in Fig. 5 shown.

Wie man aus Fig. 5 sieht, weist die Vertiefung 50 schräge seitliche Begrenzungswände 52 auf, die jedoch keine glatte Oberfläche besitzen, sondern ebenso wie die an die oberen Ränder 54 der Begrenzungswände 52 angrenzenden Bereiche der Zylinderoberfläche 20 sehr uneben sind. Diese Unebenheiten bestehen zu einem großen Teil aus Abraum 56, der sich entlang der Ränder 54 der Vertiefung 50 auf der Zylinderoberfläche 20 und innerhalb der Vertiefung 50 auf deren Begrenzungswänden 52 abgelagert hat. Die Ablagerung des Abraums 56 wird hauptsächlich dadurch verursacht, dass das Zylindermaterial entlang des Bewegungswegs des Bearbeitungsflecks 46 nicht vollständig verdampft, sondern zu einem Teil nur geschmolzen wird. Aufgrund der Volumenausdehnung des verdampfenden Materials wird ein Teil der Schmelze in Form von kleinen Tröpfchen aus der Vertiefung 50 ausgeworfen und setzt sich entlang von deren Rändern 54 auf der Zylinderoberfläche 20 ab, wo die Tröpfchen erkalten und festbacken. Ein anderer Teil des geschmolzenen Materials wird entweder gar nicht erst aus der Vertiefung 50 ausgeworfen oder gelangt nach dem Auswurf wieder in die Vertiefung 50 zurück, wo sich der Abraum 56 vor allem auf den Begrenzungswänden 52 absetzt oder niederschlägt. Der abgelagerte Abraum 56 kann neben Schmelzauswurf noch andere Verunreinigungen enthalten, wie Verbrennungsprodukte oder dergleichen.How to get out Fig. 5 sees, the recess 50 has oblique lateral boundary walls 52, which, however, have no smooth surface, but just like the adjacent to the upper edges 54 of the boundary walls 52 areas of the cylinder surface 20 are very uneven. These bumps consist to a large extent of overburden 56, which has deposited along the edges 54 of the recess 50 on the cylinder surface 20 and within the recess 50 on the boundary walls 52. The deposition of the spoil 56 is mainly caused by the fact that the cylinder material is not completely evaporated along the path of movement of the processing spot 46, but only partially melted. Due to the volumetric expansion of the evaporating material, a portion of the melt is ejected from the well 50 in the form of small droplets and settles along their edges 54 on the cylinder surface 20 where the droplets cool and cake. Another part of the molten material is either not even ejected from the recess 50 or comes after the ejection back into the recess 50, where the overburden 56 settles or precipitates mainly on the boundary walls 52. The deposited overburden 56 may contain other contaminants, such as combustion products or the like, in addition to the melt discharge.

Zwar weist die Graviermaschine 10 eine Absaugeinrichtung (nicht dargestellt) auf, um den Schmelzauswurf abzusaugen, bevor er sich auf der Zylinderoberfläche 20 absetzen kann, jedoch gelingt dies nur unvollständig.Although the engraving machine 10 has a suction device (not shown) in order to suck off the melt ejection before it can settle on the cylinder surface 20, however, this succeeds only incompletely.

Wie am besten in Fig. 5 dargestellt, weisen in die Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12 gravierten Näpfchen 22 einen allgemein rautenförmigen Umriss auf, wobei sie je nach Druckdichte einer Druckvorlage seitliche Abmessungen zwischen 20 und 100 µm besitzen, während ihre Tiefe bis etwa 35 µm beträgt. Bei Graviermaschinen 10 mit einem Fiberlaser 34 weist der aus dem Laserbearbeitungsorgan 18 austretende, auf die Zylinderoberfläche 20 fokussierte Laserstrahl 16 einen Strahldurchmesser von etwa 10 µm auf. Der Laserstrahl 16 hat eine Intensität von etwa 600 MW/cm², was bei einer Einwirkzeit von etwa 1 µs ausreicht, um innerhalb des Bearbeitungsflecks 46 von etwa 20 µm Durchmesser so viel Kupfer zu verdampfen, dass in der Zylinderoberfläche 20 eine kraterförmige Vertiefung mit einer Tiefe von bis zu 35 µm ausgehoben werden kann. Da der Durchmesser des Laserstrahls 16 bzw. der Fleckdurchmesser des Bearbeitungsflecks 46 erheblich kleiner sind als die Abmessungen der Näpfchen 22, können diese letzteren jeweils aus einer Mehrzahl von einzeln gravierten Bildpunkten mit variabler Tiefe gebildet oder zusammengesetzt werden, wie es in der EP 1 568 490 A1 der Anmelderin beschrieben ist.How best in Fig. 5 shown, in the surface 20 of the gravure cylinder 12 engraved wells 22 a generally diamond-shaped outline, and depending on the print density of a master copy lateral dimensions between 20 and 100 microns, while their depth is up to about 35 microns. In engraving machines 10 with a fiber laser 34, the laser beam 16 emerging from the laser processing element 18 and focused on the cylinder surface 20 has a beam diameter of approximately 10 μm. The laser beam 16 has an intensity of about 600 MW / cm ² , which is sufficient for an exposure time of about 1 microseconds to evaporate within the processing spot 46 of about 20 microns diameter so much copper that in the cylinder surface 20 a crater-shaped depression with a Depth of up to 35 microns can be excavated. Since the diameter of the laser beam 16 and the spot diameter of the processing spot 46 are significantly smaller than the dimensions of the wells 22, the latter can each be formed or assembled from a plurality of individually engraved pixels with variable depth, as shown in the EP 1 568 490 A1 the applicant is described.

Wie am besten in Fig. 5 dargestellt, werden die aus einer Mehrzahl von Bildpunkten gebildeten Näpfchen 22 jeweils spurweise graviert, indem entlang von unmittelbar nebeneinander liegenden Spuren 60 mehrere parallele rillenförmige Vertiefungen 50 ausgehoben werden, die sich mit benachbarten Vertiefungen 50 etwas überlappen, so dass zwischen diesen nur niedrige Grate am Boden der Näpfchen 22 stehen bleiben. Jede der rillenförmigen Vertiefungen 55 wird von einer Mehrzahl von kraterförmigen Vertiefungen gebildet, die jeweils einem Bildpunkt entsprechen. Die entlang jeder Spur 60 angeordneten kraterförmigen Vertiefungen überlappen sich in Längsrichtung der Spur 60, so dass sie gemeinsam eine durchgehende Vertiefung 60 bilden, in der zwischen benachbarten Bildpunkten nur niedrige Grate am Boden der Näpfchen 22 stehen bleiben. Die einzelnen Bildpunkte können mit unterschiedlichen Tiefen graviert werden, indem die Intensität des Laserstrahls durch eine Intensitätsmodulation mittels des akustooptischen Modulators des Laserbearbeitungsorgans 18 von Bildpunkt zu Bildpunkt verändert wird, so dass man jedem Bildpunkt unabhängig von der Tiefe benachbarter Bildpunkte eine gewünschte Tiefe verleihen kann. Die Länge der Vertiefungen 50 kann gesteuert werden, indem der Laserstrahl mittels des als Ablenker dienenden akustooptischen Modulators auf die Zylinderoberfläche 20 gelenkt oder von dieser weg abgelenkt wird, je nachdem ob dort eine Vertiefung graviert werden soll, oder nicht. Durch eine abgestufte Länge der nebeneinander liegenden Vertiefungen 50 erhalten die Näpfchen 22 den gewünschten allgemein rautenförmigen Umriss.How best in Fig. 5 shown, the wells 22 formed from a plurality of pixels are engraved in each case by 16 several parallel groove-shaped depressions 50 are excavated along immediately adjacent tracks, which overlap slightly with adjacent wells 50, so that only low ridges on the ground between them the wells 22 stop. Each of the groove-shaped depressions 55 is formed by a plurality of crater-shaped depressions, each corresponding to a pixel. The crater-shaped depressions arranged along each track 60 overlap in the longitudinal direction of the track 60, so that together they form a continuous recess 60 in which only small burrs remain at the bottom of the cells 22 between adjacent pixels. The individual pixels can be engraved with different depths by the intensity of the laser beam by an intensity modulation by means of the acousto-optic modulator of the laser processing member 18 is changed from pixel to pixel, so that each pixel can impart a desired depth regardless of the depth of adjacent pixels. The length of the recesses 50 can be controlled by the Laser beam is directed by the serving as a deflector acousto-optic modulator on the cylinder surface 20 or deflected away from this, depending on whether there is a well to be engraved or not. By a graduated length of the adjacent recesses 50, the wells 22 get the desired generally diamond-shaped outline.

Zur Gravur des Tiefdruckzylinders 12 wird eine Druckvorlage durch Rastern in einzelne Rastermaschen unterteilt, in denen jeweils eines der Näpfchen 22 angeordnet ist. In einem Rechner werden jedem Näpfchen 22 vorbestimmte Abmessungen zugeordnet, die dem Tonwert der Druckvorlage an der Stelle der Rastermasche mit dem Näpfchen 22 entsprechen. Weiter wird je nach Größe des Näpfchens 22 die Tiefe der einzelnen Bildpunkte festgelegt, aus denen das Näpfchen 22 gebildet wird. Um jeden der Bildpunkte innerhalb des Näpfchens 22 mit der gewünschten Tiefe zu gravieren, wird der im Laserbearbeitungsorgan 16 enthaltene akustooptische Modulator von der Lasersteuerung 44 auf der Grundlage der aus der Druckvorlage abgeleiteten Gravurdaten so gesteuert, dass die Intensität des Laserstrahls 16 entsprechend der gewünschten Graviertiefe verändert wird.For engraving the gravure cylinder 12, a master copy is divided by screens into individual grid, in each of which one of the wells 22 is arranged. In a computer 22 each predetermined dimensions are assigned to each cup, which correspond to the tonal value of the artwork at the location of the grid with the well 22. Furthermore, depending on the size of the cup 22, the depth of the individual pixels is determined, from which the cup 22 is formed. To engrave each of the pixels within the well 22 with the desired depth, the acousto-optic modulator included in the laser processing member 16 is controlled by the laser controller 44 based on the engraving data derived from the master so that the intensity of the laser beam 16 varies according to the desired engraving depth becomes.

Bei der Gravur der Näpfchen 22 mit dem Laserstrahl 16 kommt es ebenfalls zu einer Ablagerung von Abraum 56, wie zuvor mit Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben. Der Abraum 56 der sich zum Teil innerhalb der Näpfchen 22 und zum Teil auf den Stegen 62 zwischen benachbarten Näpfchen 22 findet, wie am besten in Fig. 6 und 8 dargestellt. Ein Teil des Abraums 56 innerhalb der Näpfchen 22 wird hier von Schmelzauswurf gebildet, der beim Ausheben benachbarter Näpfchen 22 bzw. beim Ausheben einer benachbarten rillenförmigen Vertiefung 50 innerhalb desselben Näpfchens 22 erzeugt wird. Je nach Größe und Abstand der benachbarten Näpfchen 22 kann sich daher nicht nur die Menge des abgelagerten Abraums 56 von Näpfchen 22 zu Näpfchen 22 stark verändern, sondern auch die Verteilung des Abraums 56 innerhalb des Näpfchens 22 oder auf den Stegen 62.When engraving the cups 22 with the laser beam 16, there is also a deposit of overburden 56, as previously with reference to 3 and 4 described. The overburden 56 found in part within the wells 22 and partly on the webs 62 between adjacent wells 22, as best shown in FIG Fig. 6 and 8th shown. A part of the overburden 56 within the wells 22 is here formed by melt ejection, which is generated during excavation of adjacent wells 22 or when digging an adjacent groove-shaped depression 50 within the same well 22. Depending on the size and spacing of the adjacent wells 22, therefore, not only the amount of deposited overburden 56 from wells 22 to well 22 can change greatly, but also the distribution of the overburden 56 within the well 22 or on the webs 62nd

Während größere Mengen Abraum 56 im Inneren von Näpfchen 22 dazu führen, dass geometrische Näpfchenparameter, vor allem die Tiefe aber auch die Querschnittsabmessungen der Näpfchen 22 nicht dem gewünschten Sollwert entsprechen, habe größere Mengen Abraum 56 auf den Stegen 62 zwischen den Näpfchen 22 zur Folge, dass dort beim Drucken die Rakel auf einer unebenen Oberfläche aufliegt und daher überschüssige Druckfarbe nicht sauber abgestreift werden kann. Daher sind größere Ablagerungen von Abraum 56 sowohl innerhalb und außerhalb der Näpfchen 22 unerwünscht. Im Falle eines mit einem Laserstrahl 16 bearbeiteten Tiefdruckzylinders 12 mit einer Oberfläche 20 aus Kupfer haben Messungen ergeben, dass besonders der Abraum 56 störend wirkt, dessen größte Abmessungen mehr als etwa 8 bis 10 µm betragen. Jedoch können unter ungünstigen Umständen auch bereits Abraumablagerungen mit einer Größe von etwa 5 µm Störungen verursachen.While larger amounts of overburden 56 in the interior of wells 22 lead to geometric cell parameters, in particular the depth but also the cross-sectional dimensions of the wells 22 do not correspond to the desired target value, have larger amounts of overburden 56 on the webs 62 between the wells 22 result that there during printing, the doctor rests on an uneven surface and therefore excess ink can not be stripped clean. Therefore, larger deposits of overburden 56 both inside and outside the wells 22 are undesirable. In the case of a processed with a laser beam 16 gravure cylinder 12 with a surface 20 made of copper measurements have shown that especially the spoil 56 has a disturbing effect, the largest dimensions are more than about 8 to 10 microns. However, under unfavorable circumstances, even overburden deposits with a size of about 5 μm may cause disturbances.

Um derartige größere Ablagerungen von Abraum 56 aufzufinden und dann zu beseitigen, wird zuerst die bei der Lasergravur vom Laserstrahl 16 erzeugte dreidimensionale geometrische Struktur der Zylinderoberfläche 20 quantitativ vermessen, die aus Näpfchen 20 und unbearbeiteten Oberflächenbereichen, wie Stegen 62, zwischen den Näpfchen 20 besteht. Zur Vermessung wird die Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12 von dem Laser-Weg-Sensor im Messkopf 48 in Bewegungsrichtung hinter dem Laserbearbeitungsorgan 18 mit einem Laserstrahl abgetastet, der in radialer Richtung auf die Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12 gelenkt und von der bearbeiteten oder unbearbeiteten Oberfläche 20 teilweise in Richtung des Sensors zurück reflektiert wird. Der Abstand zwischen der Oberfläche 20 und dem Laser-Weg-Sensor kann dann zum Beispiel durch Auswertung der Phasenverschiebung zwischen dem Abtaststrahl und dem zurück reflektierten Strahl mit einer Genauigkeit von etwa 1 µm gemessen werden. Die Messung des Abstands erfolgt entlang der zuvor gravierten Spuren 60, wobei Oberflächenprofile aufgenommen werden, wie in Fig. 8 und 9 dargestellt.In order to find and then eliminate such larger deposits of overburden 56, the three-dimensional geometric structure of the cylindrical surface 20 produced by the laser beam 16 during laser engraving is first quantitatively measured, which consists of wells 20 and unprocessed surface areas, such as webs 62, between the wells 20. To measure the surface 20 of the gravure cylinder 12 is scanned by the laser path sensor in the measuring head 48 in the direction of movement behind the laser processing member 18 with a laser beam which is directed in the radial direction on the surface 20 of the gravure cylinder 12 and the machined or unprocessed surface 20th partially reflected back towards the sensor. The distance between the surface 20 and the laser path sensor can then be measured, for example, by evaluating the phase shift between the scanning beam and the reflected beam with an accuracy of about 1 μm. The measurement of the distance is made along the previously engraved tracks 60, taking surface profiles as in 8 and 9 shown.

Bei der Graviermaschine 10 in Fig. 1, bei welcher der Messkopf 48 zusammen mit dem Laserbearbeitungsorgan 18 auf dem Gravierwagen 26 montiert ist, erfolgt die Bearbeitung der Zylinderoberfläche 20 mit dem Laserstrahl 16 und deren Vermessung gleichzeitig, wobei der Messkopf 48 mit derselben Vorschubgeschwindigkeit wie das Laserbearbeitungsorgan 18 am Zylinder 12 entlang bewegt wird. Die Nachbearbeitung, soweit erforderlich, erfolgt dort im Anschluss an die Auswertung der Messwerte durch das Laserbearbeitungsorgan 18 auf dem Gravierwagen 26.In the engraving machine 10 in Fig. 1 in which the measuring head 48 is mounted together with the laser processing member 18 on the engraving carriage 26, the processing of the cylinder surface 20 with the laser beam 16 and their measurement takes place simultaneously, wherein the measuring head 48 is moved along the cylinder 12 at the same feed rate as the laser processing member 18 , The Post-processing, if necessary, takes place there after the evaluation of the measured values by the laser processing device 18 on the engraving carriage 26.

Jedoch ist es auch möglich, neben dem Messkopf 48 und dem Laserbearbeitungsorgan 18 ein weiteres Laserbearbeitungsorgan (nicht dargestellt) auf dem Gravierwagen 26 zu montieren, so dass die Bearbeitung, die Vermessung und die Nachbearbeitung gleichzeitig vorgenommen werden können, allerdings auf verschiedenen Bereichen der Zylinderoberfläche 20.However, it is also possible to mount a further laser processing member (not shown) on the engraving carriage 26 in addition to the measuring head 48 and the laser processing member 18, so that the processing, the measurement and the post-processing can be carried out simultaneously, but on different areas of the cylinder surface 20 ,

Wenn die Vermessung mit derselben Geschwindigkeit wie die Bearbeitung des Tiefdruckzylinders 12 mit dem Laserstrahl 16 durchgeführt wird, kann wie in Fig. 1 dargestellt. Wenn die Vermessung und die Bearbeitung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgen, wird der Messkopf auf einem separaten Messwagen montiertWhen the measurement is performed at the same speed as the processing of the gravure cylinder 12 with the laser beam 16, as in FIG Fig. 1 shown. If the measurement and the processing are carried out at different speeds, the measuring head is mounted on a separate measuring carriage

Die Vermessung erfolgt mit einer Geschwindigkeit oder Sampler-Rate, die auf die Drehgeschwindigkeit des Tiefdruckzylinders 12 und auf die Größe der störenden Abraumablagerungen abgestimmt ist. Wenn die Abmessungen der störenden Abraumablagerungen etwa 10 µm betragen, wie oben angegeben, werden bei der Abtastung der Zylinderoberfläche 20 mit dem Laserstrahl des Laser-Weg-Sensors im Bereich jedes Bildpunkts mindestens vier bis fünf Messwerte erzeugt, um sämtliche derartigen Abraumablagerungen zu erfassen. Um ein genaueres Oberflächenprofil aufzunehmen, können jedoch pro Bildpunkt vorzugsweise mehr als zehn und am besten etwa 20 Messwerte aufgenommen werden, aus denen dann ein Mittelwert gebildet wird. Bei einer Umfangsgeschwindigkeit des Tiefdruckzylinders von etwa 10 m/s und fünf bis zwanzig Messwerten pro Bildpunkt ergibt sich eine Sampler-Rate von etwa 250 kHz bis 1 MHz.The measurement is carried out at a speed or sampler rate that is matched to the rotational speed of the gravure cylinder 12 and the size of the disturbing Abraumablagerungen. As noted above, when the dimensions of the spurious overburden deposits are about 10 μm, as the cylinder surface 20 is scanned with the laser beam of the laser path sensor, at least four to five readings are taken at each pixel to detect all such overburden deposits. In order to record a more accurate surface profile, however, preferably more than ten and, preferably, approximately 20 measured values per pixel can be recorded, from which an average value is then formed. At a peripheral speed of the gravure cylinder of about 10 m / s and five to twenty measurements per pixel results in a sampler rate of about 250 kHz to 1 MHz.

Aus den für jeden Bildpunkt aufgenommenen Messwerten, d.h. den entsprechenden Abständen zwischen dem Sensor und der unbearbeiteten Zylinderoberfläche 20, kann eine mittlere Ist-Tiefe jedes Bildpunkts quantitativ berechnet werden, indem von dem Mittelwert der gemessenen Abstände der Abstand zwischen dem Laser-Weg-Sensor und der unbearbeiteten Zylinderoberfläche 20 subtrahiert wird.From the measured values recorded for each pixel, ie the corresponding distances between the sensor and the unprocessed cylinder surface 20, an average actual depth of each pixel can be calculated quantitatively by determining the distance between the laser displacement sensor and the average of the measured distances the unprocessed cylinder surface 20 is subtracted.

Wenn das Ergebnis der Subtraktion positiv ist, liegt der vermessene Bildpunkt innerhalb eines Näpfchens 22. In diesem Fall wird der Messwert, d.h. die aus der Abstandsmessung ermittelte Graviertiefe des Bildpunkts, mit dem Sollwert der Graviertiefe desselben Bildpunkts verglichen, der zuvor der Gravur mit dem Laserstrahl 16 zugrunde gelegt worden ist. Wenn bei dem Vergleich eine Abweichung festgestellt wird und diese Abweichung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, der zum Beispiel mit 5 bis 10 µm den Abmessungen von störendem Abraum 56 entspricht, wird der Bildpunkt später mit dem Laserstrahl 16 nachbearbeitet. Bei der Nachbearbeitung wird die Intensität des Laserstrahls 16 mittels des akustooptischen Modulators im Laserbearbeitungsorgan 18 so gesteuert, dass die bei der Nachbearbeitung entfernte Materialmenge etwa der gemessenen Abweichung vom Sollwert entspricht. Wenn bei dem Vergleich keine Abweichung festgestellt wird, oder wenn eine festgestellte Abweichung den vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt, wird der Bildpunkt nicht nachbearbeitet.If the result of the subtraction is positive, the measured pixel lies within a well 22. In this case, the measured value, i. the determined from the distance measurement engraving depth of the pixel, compared with the target value of the engraving depth of the same pixel, which was previously based on the engraving with the laser beam 16. If a deviation is detected in the comparison and this deviation exceeds a predetermined threshold, which corresponds for example to 5 to 10 μm to the dimensions of interfering overburden 56, the pixel is subsequently reworked with the laser beam 16. In the post-processing, the intensity of the laser beam 16 is controlled by means of the acousto-optic modulator in the laser processing member 18 so that the removed in the post-processing amount of material corresponds approximately to the measured deviation from the target value. If no deviation is detected in the comparison, or if a detected deviation does not exceed the predetermined threshold, the pixel is not post-processed.

Wenn das Ergebnis der Subtraktion Null beträgt oder negativ ist, liegt der vermessene Bildpunkt auf der unbearbeiteten Oberfläche 20 des Tiefdruckzylinders 12. In diesem Fall kann der Messwert, d.h. der aus der Abstandsmessung ermittelte mittlere Überstand des Bildpunktes über die unbearbeitete glatte Zylinderoberfläche 20, direkt mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden, der dem maximal zulässigen Überstand entspricht. Wenn der Messwert größer ist als der Schwellenwert und zum Beispiel mehr als 5 bis 10 µm beträgt, wird der Bildpunkt anschließend mit dem Laserstrahl 18 nachbearbeitet. Auch in diesem Fall wird die Intensität des Laserstrahls 16 bei der Nachbearbeitung entsprechend der gemessenen Abweichung des Messwerts vom Schwellenwert gesteuert, um den Abraum 56 im Wesentlichen vollständig von der Oberfläche 20 zu entfernen. Wenn der Messwert kleiner als der Schwellenwert ist, wird der Bildpunkt nicht nachbearbeitet.If the result of the subtraction is zero or negative, the measured pixel lies on the unprocessed surface 20 of the gravure cylinder 12. In this case, the measured value, i. the average projection of the pixel determined from the distance measurement over the unprocessed smooth cylinder surface 20 is compared directly with a predetermined threshold value which corresponds to the maximum permissible projection. If the measured value is greater than the threshold value and, for example, more than 5 to 10 μm, the pixel is subsequently finished with the laser beam 18. In this case as well, the intensity of the laser beam 16 during the post-processing is controlled in accordance with the measured deviation of the measured value from the threshold value in order to substantially completely remove the overburden 56 from the surface 20. If the reading is less than the threshold, the pixel is not post-processed.

Im Ergebnis werden bei der Nachbearbeitung somit nur diejenigen Abraumablagerungen entfernt, die störende Abmessungen aufweisen, d.h. die größeren Abraumablagerungen, wie bei einem Vergleich der Figuren 6 und 7 bzw. 8 und 9 sichtbar ist.As a result, only the overburden deposits which have disturbing dimensions, ie the larger overburden deposits, are thus removed during the post-processing, as in a comparison of FIG FIGS. 6 and 7 or 8 and 9 is visible.

Die Vermessung der dreidimensionalen Struktur der bearbeiteten Zylinderoberfläche 20 kann während der Gravur vorgenommen werden, indem ein bereits fertig gravierter Teil der Oberfläche 20 vermessen wird. Dabei muss jedoch Abstand zwischen dem bereits fertig gravierten Teil, der vermessen werden soll, von dem noch in Bearbeitung befindlichen Teil, in dem gerade mit dem Laserstrahl 16 graviert wird, ausreichend groß sein, um auszuschließen, dass sich Schmelzauswurf aus dem in Bearbeitung befindlichen Teil noch nach der Vermessung auf dem vermessenen Teil ablagert. Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass eine solche nachträgliche Ablagerung von Schmelzauswurf nach der Vermessung bereits dann ausgeschlossen werden kann, wenn die Vermessung in Umfangsrichtung in einem Winkelabstand von wenigen Grad bzw. in axialer Richtung in einem Abstand von mehr als 5 bis 6 Spuren 60 erfolgt. Um jedoch sicherzustellen, dass das bei der Gravur ausgeworfene Material die Messung des Sensors nicht verfälscht, erfolgt diese zweckmäßig in einem größeren Abstand von dem zur Bearbeitung dienenden Laserstrahl 16.The measurement of the three-dimensional structure of the machined cylinder surface 20 can be made during the engraving by measuring an already finished engraved part of the surface 20. However, the distance between the already finished engraved part, which is to be measured, of the part still being processed, in which is being engraved with the laser beam 16, must be sufficiently large to rule out that melt ejection from the part being processed deposited after the measurement on the measured part. Experiments have shown that such a subsequent deposition of melt ejection after the measurement can already be ruled out if the measurement takes place in the circumferential direction at an angular distance of a few degrees or in the axial direction at a distance of more than 5 to 6 tracks 60 , However, in order to ensure that the material ejected during the engraving does not falsify the measurement of the sensor, this is expediently carried out at a greater distance from the laser beam 16 serving for processing.

Dies ist bei der Graviermaschine 10 in Fig. 10 schematisch dargestellt, wo der Messkopf 48 auf einem separaten Messwagen 64 montiert ist, der sich zur Vermessung der Zylinderoberfläche 20 mittels eines eigenen Vorschub- oder Spindelantriebs 66 an der vom Gravierwagen 26 abgewandten Seite des Zylinders 12 entlang bewegen lässt. Statt mit einem Laser-Weg-Sensor ist der Messkopf 48 dort mit einem berührungslos arbeitenden konfokalen oder chromatisch-konfokalen Sensor 70 ausgestattet, der ebenfalls den radialen Abstand zwischen dem Sensor 70 und der gegenüberliegenden Zylinderoberfläche 20 misst.This is in the engraving machine 10 in Fig. 10 shown schematically, where the measuring head 48 is mounted on a separate measuring carriage 64 which can be moved to measure the cylinder surface 20 by means of its own feed or spindle drive 66 on the side facing away from the engraving 26 side of the cylinder 12 along. Instead of using a laser path sensor, the measuring head 48 is equipped there with a non-contact confocal or chromatic-confocal sensor 70, which also measures the radial distance between the sensor 70 and the opposite cylindrical surface 20.

Claims

Process for machining a cylinder with at least one laser beam, wherein the laser beam is used to make recesses in a surface of the cylinder in order to produce a structure on the cylinder surface, wherein individual structure elements of the structure produced are measured on at least part of the cylinder surface, wherein at least one geometrical measured value for each measured structure element is compared with a corresponding geometrical desired value for the same structure element in order to determine a deviation of the measured value from the desired value, wherein a correction is performed on the basis of the deviations determined, and wherein, in the correction, the laser beam (16) is used to rework those structure elements (50, 56, 62) in the case of which the deviation of the measured value from the desired value exceeds a predetermined extent in one direction.
Process according to Claim 1, characterized in that all of the structure elements (50, 56, 62) of the structure produced are measured, and in that a quantitative comparison of the measured value with the desired value is performed for all of the measured structure elements (50, 56, 62), and in that all of the structure elements (50, 56, 62) in the case of which the deviation of the measured value from the desired value exceeds the predetermined extent are reworked.
Process according to Claim 1 or 2, characterized in that, in the reworking of a structure element (50, 56, 62), the laser beam (16) is used to remove material, wherein the extent of the removal of material corresponds approximately to the extent of the deviation of the measured value from the desired value.
Process according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the structures is performed during the machining of the cylinder (12) with the laser beam (16).
Process according to one of the preceding claims, characterized in that the geometrical measured value determined in the measurement is the radial distance between the unmachined cylinder surface (20) and the surface of the structure element (50, 56, 62).
Process according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the structure elements (50, 56, 62) is performed by a distance measurement, wherein the distance between a sensor (70) and the surface of the structure element (50, 56, 62) is measured.
Process according to one of the preceding claims, characterized in that the reworked structure elements (50, 56, 62) are measured at least one further time and reworked once again if the deviation of the measured value determined in the further measurement from the desired value exceeds the predetermined extent.
Process according to one of the preceding claims, characterized in that the machining of the cylinder surface (20) and the measurement of the structure elements (50, 56, 62) as well as the reworking of the structure elements (50, 56, 62) are performed trackwise.
Device for making recesses (22, 50) on the surface (20) of a cylinder (12), with a drive for rotating the cylinder (12), at least one laser (34), a laser machining element (18), which is movable with respect to the cylinder (12) and is intended for irradiating the cylinder surface (20) with a laser beam (16) produced by the laser (34), control devices (42, 44) for controlling the movement of the laser machining element (18) and/or the laser beam (16) with respect to the cylinder (12) as well as for controlling modulation devices for modulating the laser (34) or laser beam (16), at least one sensor (70), which is movable with respect to the cylinder (12) and is intended for measuring a structure produced by the laser beam (16) on the cylinder surface (20), and devices connected to the sensor (70) for determining at least one geometrical measured value of individual structure elements (50, 56, 62) of the structure and for comparing the measured values with corresponding geometrical desired values of the structure elements, wherein the control devices (42, 44) control the movement of the laser machining element (18) and/or of the laser beam (16) and the modulation devices in dependence on the geometrical measured values, in order to use the laser beam (16) to rework structure elements (50, 56, 62) in the case of which the measured value deviates from the desired value if the deviation exceeds a predetermined extent.
Device according to Claim 9, characterized in that the sensor (70) is a contactlessly operating sensor.
Device according to Claim 9 or 10, characterized in that the sensor is a laser displacement sensor.
Device according to Claim 9 or 10, characterized in that the sensor (70) is a confocal sensor or a chromatic-confocal sensor.
Device according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the sensor (70) is arranged at a distance downstream of the laser machining element (18) in a direction of advancement of the laser machining element (18) and/or in the direction of rotation of the cylinder (12).
Device according to one of Claims 8 to 12, characterized in that the laser machining element (18) and the sensor are movable together in the axial direction of the cylinder (12).
Device according to one of Claims 8 to 12, characterized in that, in the reworking, the control devices (42, 44) control the removal of material by the laser beam (16) in such a way that the extent of the removal of material corresponds approximately to the extent of the deviation of the measured value from the desired value.