CH643477A5

CH643477A5 - DEVICE FOR GENERATING PULSED LIGHT BEAMS FROM A CONTINUOUS LIGHT BEAM.

Info

Publication number: CH643477A5
Application number: CH846579A
Authority: CH
Inventors: George W B Taylor; Richard B Barber
Original assignee: Philip Morris Inc
Priority date: 1978-09-20
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1984-06-15
Also published as: DE2937914C2; CA1145173A; DE2937914A1; AU5097679A; AU530177B2; NL183573C; JPS5726872B2; IT1164023B; GB2032323A; NL7906991A; FR2437008A1; GB2032323B; NL183573B; FR2437008B1; JPS5542200A; IT7950259A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Zum Perforieren von flächenhaftem Material wird häufig 30 eine zweidimensionale Lochmatrize mit streng eingehaltenen Grenzen der Perforationsabstandsgleichmässigkeit sowohl zwischen Reihen als auch Kolonnen der Matrize verwendet. Ein Anwendungsbeispiel, für das laufend Interesse besteht, ist für das Perforieren von Zigarettenfilter-Mundstück-35 papier, bei welchem die Lochmatrizengleichmässigkeit die Konsistenz der Zigarettenverdünnungseigenschaften ermöglicht. Bei verschiedenen bekannten mechanischen Lochungsund Lichtbogen-Perforationsverfahren wird der Reihenabstand dadurch genau gemacht, dass eine gesonderte Per-40 foriereinrichtung für jede Reihe vorgesehen wird. Die Gleichmässigkeit im Abstand der in jeder Reihe gemachten Perforationen und damit ein genauer Kolonnenabstand wird durch Synchronisieren der Arbeitsweise jeder Perforiereinrichtung erzielt. Da die Perforiereinrichtungen, z.B. Stift-45 oder Elektrodenpaare in ihrer Grösse physikalisch begrenzt sind, können diese Verfahren leicht einem sehr engen Abstand benachbarter Reihen der Matrize angepasst werden. A two-dimensional perforated matrix with strictly observed limits of the perforation spacing uniformity between both rows and columns of the matrix is often used to perforate sheet-like material. An example of use for which there is ongoing interest is for perforating cigarette filter tip paper, in which the perforated matrix uniformity enables the consistency of the cigarette thinning properties. In various known mechanical perforation and arc perforation methods, the row spacing is made precise by providing a separate perforating device for each row. The uniformity in the spacing of the perforations made in each row and thus an exact column spacing is achieved by synchronizing the operation of each perforating device. Since the perforating devices, e.g. Pin 45 or electrode pairs are physically limited in size, these methods can easily be adapted to a very close distance between adjacent rows of the die.

Zum Stand der Technik gehören ferner Perforierverfahren mit Verwendung von Lasergeräten, die gepulste oder so kontinuierliche Lichtenergie in Reihen-Kolonnen-Perfora-tion liefern. Bei diesen Verfahren wurde jedoch aus wirtschaftlichen Gründen und aus Gründen der physikalischen Grösse allgemein die Verwendung eines einzigen Lasers bevorzugt, der sowohl zur Reihen- als auch zur Kolonnenper-5s foration dient. Die bekannten mit einem einzigen Laser arbeitenden Verfahren zum Erzielen eines gleichmässigen Ab-standes haben die Aufspaltung des Laserstrahls in mehrere Strahlen, je einen für jede Reihe, erfordert sowie das Fokussieren von Licht auf ein flächenhaftes Material durch die 60 Verwendung einer gesonderten Linse für jede Reihe. Die Abstandshaltung der Perforationen durch genaue Grenzen innerhalb jeder Reihe wurde durch die Verwendung eines beweglichen Reflektorelements in jedem der Anzahl der Strahlengänge gesucht. Die Kompliziertheit beeinträchtigt die 65 Präzisionsbewegung z. B. durch Schwingungen oder Verdrehungen eines solchen Reflektorelements in seine und aus seiner Bezugsebene, um Löcher in Reihen gleichmässig anzuordnen, und der Stand der Technik ist daher beschränkt. The prior art also includes perforating processes using laser devices, which deliver pulsed or continuous light energy in row-column perforation. In these processes, however, the use of a single laser, which serves both for row and column perforation, was generally preferred for economic reasons and for reasons of physical size. The known single laser methods of achieving uniform spacing have required splitting the laser beam into multiple beams, one for each row, and focusing light onto a sheet material by using a separate lens for each row . The spacing of the perforations by precise boundaries within each row was sought by using a movable reflector element in each of the number of beam paths. The complexity affects the 65 precision movement z. B. by vibrations or rotations of such a reflector element in and out of its reference plane to evenly arrange holes in rows, and the prior art is therefore limited.

3 3rd

643 477 643,477

Hauptaufgabe der Erfindung ist, eine verbesserte Einrichtung zur Erzeugung gepulster Lichtstrahlen aus einem kontinuierlichen Lichtstrahl zum Perforieren von flächen-haftem Material zu entwickeln. The main object of the invention is to develop an improved device for generating pulsed light beams from a continuous light beam for perforating sheet-like material.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, ein schnelles Perforieren von Zigarettenfilter-Mundstückpapier durch Laser zu ermöglichen. It is also an object of the invention to enable a rapid perforation of cigarette filter tip paper by laser.

Dies wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erzielt. According to the invention, this is achieved by the characterizing features of patent claim 1.

Bei der Einrichtung werden Lichtimpulse, die von jedem Paar teilnehmender reflektierender Vorrichtung ausgehen, durch eine gemeinsame Fokussierlinse empfangen, wobei ein Prisma oder ein ähnliches Lichtumlenkelement zwischen der einen der erwähnten Vorrichtungen und der gemeinsamen Fokussierlinse angeordnet ist, um benachbarte Reihen von in gleichen Abständen voneinander befindliche Perforationen in einer Bahn oder in einem ähnlichen perforierbaren Element zu erhalten. In the device, light pulses emanating from each pair of participating reflecting devices are received through a common focusing lens, with a prism or similar light deflecting element arranged between the one of the mentioned devices and the common focusing lens, around adjacent rows of equidistant from each other To obtain perforations in a web or in a similar perforable element.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen: An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show:

Fig. 1 ein Blockschaltschema einer bevorzugten Ausführungsform; 1 shows a block circuit diagram of a preferred embodiment;

Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht der reflektierenden Scheiben von Fig. 1, wobei die Scheiben zur Erläuterung je von der Seite gezeigt sind; FIG. 2 is a perspective view of the reflective discs of FIG. 1, the discs being shown from the side for explanation;

Fig. 3 ein optisches Diagramm, das auf die Einrichtung nach Fig. 1 anwendbar ist; Fig. 3 is an optical diagram applicable to the device of Fig. 1;

Fig. 4 ein optisches Diagramm, das auf die Einrichtung nach Fig. 1 anwendbar und in der Weise erweitert ist, dass es zusätzliche reflektierende Scheiben aufweist; Figure 4 is an optical diagram applicable to the device of Figure 1 and expanded to include additional reflective disks;

Fig. 5 eine Draufischt einer solchen erweiterten Einrichtung; 5 is a top view of such an extended device;

Fig. 6 die jeweiligen Ausbildungen der reflektierenden Scheiben der erweiterten Einrichtung; 6 shows the respective configurations of the reflective panes of the extended device;

Fig. 7 eine geometrische Darstellung zur Erläuterung der Perforationsvorgänge bei der erweiterten Einrichtung nach Fig. 5. FIG. 7 shows a geometrical illustration to explain the perforation processes in the extended device according to FIG. 5.

Bei der Einrichtung nach Fig. 1 wird eine Bahn 10 aus flächenhaftem Material durch eine Aufnahmetrommel 12 nach einer horizontalen Förderung von einer nicht gezeigten Ablauftrommel gesammelt. Die Aufnahmetrommel 12 wird durch eine Antriebseinheit 14 zur Drehung angetrieben, wobei die Trommelgeschwindikgeit durch ein Steuersignal bestimmt wird, das über eine Leitung 16 zugeführt wird und von einem Potentiometer 18 oder einem ähnlichen einstellbaren Organ abgegeben wird. Ein weiteres Steuersignal, das über eine Leitung 20 von einem Potentiometer 22 abgeleitet wird, steuert die Antriebseinheit 24 der Lichtreflektoranord-nung 26, die eine Welle 28 aufweist, welche von der Antriebseinheit 24 gedreht wird, und lichtreflektierende Scheiben 30 und 32, die auf die Welle 28 drehfest aufgekeilt sind. In the device according to FIG. 1, a web 10 of sheet-like material is collected by a take-up drum 12 after horizontal conveyance from a discharge drum, not shown. The take-up drum 12 is driven to rotate by a drive unit 14, the drum speed being determined by a control signal which is supplied via a line 16 and is emitted by a potentiometer 18 or a similar adjustable organ. Another control signal, which is derived via a line 20 from a potentiometer 22, controls the drive unit 24 of the light reflector arrangement 26, which has a shaft 28 which is rotated by the drive unit 24, and light-reflecting disks 30 and 32 which act on the Shaft 28 are non-rotatably wedged.

Ein Laser 34 erzeugt einen kontinuierlichen Ausgangsstrahl 36, der druch eine Linse 38 zu einer Stelle auf den Scheiben 30 und 32 fokussiert wird. Die durch die Scheiben reflektierten Lichtstrahlen werden durch ein gemeinsames Fokussierelement, das als Linse 40 dargestellt ist, zur Materialbahn 10 geleitet. A laser 34 produces a continuous output beam 36 which is focused by lens 38 to a location on disks 30 and 32. The light beams reflected by the disks are guided to the material web 10 by a common focusing element, which is shown as a lens 40.

Fig. 2 zeigt nebeneinander in schaubildlicherDarstellung die Scheiben 30 und 32, wenn die letztere rechts von der Scheibe in Fig. I gesehen wird. Die Scheiben sind auf die Welle 28 mit einer solchen Stellung aufgekeilt, dass die Linien 42 und 44 sich in einer gemeinsamen Ebene mit der Wellenachse 46 befinden. Bei der beispielsweisen Darstellung, bei welcher zwei Scheiben verwendet werden und zum wechselweisen Auftreffen des Strahls 36 (Fig. 1) bestimmt sind, weisen die Scheiben lichtdurchlässige, in gleichen Abständen voneinander befindliche Umfangsteile 48, 50 auf, Fig. 2 shows side by side in a diagrammatic representation the disks 30 and 32 when the latter is seen to the right of the disk in Fig. I. The disks are keyed onto the shaft 28 in such a position that the lines 42 and 44 are in a common plane with the shaft axis 46. In the exemplary illustration, in which two panes are used and are intended for the alternating impingement of the beam 36 (FIG. 1), the panes have translucent peripheral parts 48, 50 which are located at equal distances from one another,

die zueinander versetzt sind und reflektierende Facetten 52 und 54 zwischen sich begrenzen. Gewöhnlich werden 45 solche Facetten verwendet, wobei sich jede Facette über vier Kreisbogengrade (Winkel 56 und 58) erstreckt und sich jeder durchlässige Teil ebenfalls über vier Bogengrade (Winkel 60 und 62) erstreckt. Wenn sich der durchlässige Teil 48a, mit seiner voreilenden Kante in Ausfluchtung mit der Linie 42 befindet und der durchlässige Teil 50a in Abstand von der Linie 44 um den Facettenwinkel 58, sind die Scheiben zur wechselweisen Reflexion des Laserstrahls richtig ausgerichtet, wobei der Strahl durch den durchlässigen Teil 48a hindurchtritt, um durch die Facette im Uhrzeigersinn des durchlässigen Teils 50a reflektiert zu werden. Die lichtdurchlässigen Teile sind gewöhnlich Öffnungen in den Scheiben von einer Grösse, die ausreicht, dass der Laserstrahl frei hindurchtreten kann. Obwohl die Scheibe 32 ohne lichtdurchlässige Teile hergestellt werden könnte, da sie die letzte Scheibe für den Laser ist, wird durch die beschriebene Ausführungsform die unerwünschte störende Reflexion des Laserausgangsstrahls durch die Scheibe 32 während des Auftreffens des Laserstrahls auf die Facetten der Scheibe 30 gemildert, d.h. der Laserausgangsstrahlübertritt über die Scheibe 30 tritt einfach durch die Öffnungen der Scheibe 32 hindurch. In dieser Beziehung kann ein solcher Strahlübertritt in Anwendungsfällen erwünscht sein, bei welchen verschiedene Abstandslängen in benachbarten Reihen erforderlich sind und die Strahlbenutzung nicht streng abwechselnd wie bei der erläuterten Einrichtung ist. which are offset from one another and delimit reflective facets 52 and 54 between them. 45 such facets are usually used, each facet extending over four degrees of arc (angles 56 and 58) and each permeable part also extending over four degrees (angles 60 and 62). When the transmissive portion 48a is in alignment with the line 42 with its leading edge and the transmissive portion 50a is spaced from the line 44 by the facet angle 58, the disks are properly aligned for alternate reflection of the laser beam, with the beam passing through the transmissive portion 48a passes to be reflected by the facet in the clockwise direction of the transmissive portion 50a. The translucent parts are usually openings in the panes of a size sufficient for the laser beam to pass freely. Although the disk 32 could be made with no translucent parts since it is the last disk for the laser, the described embodiment alleviates the undesired, disruptive reflection of the laser output beam by the disk 32 during the impingement of the laser beam on the facets of the disk 30, i.e. the laser output beam crossing over the disk 30 simply passes through the openings of the disk 32. In this regard, such beam crossing may be desirable in applications where different spacing lengths are required in adjacent rows and the beam usage is not strictly alternating as in the device explained.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, führt jedes Auftreffen des Strahles 36 auf einer Facette der Scheibe 30 zur Fortpflanzung einer modifizierten Version des Laserausgangsstrahls, welcher modifizierte Strahl bei 64 gezeigt ist und eine Mittelachse 64a hat, die auf die Linse 40 mit einem Winkel 41, der durch die gewählte Ausrichtung der Scheibe 30 bestimmt wird, einfallt. Das Strahlenbündel 64 hat äussere Strahlen 64b und 64c, welche von der Strahlmittelachse 64a entgegengesetzt divergieren. Wenn das Strahlenbündel 36 konvergiert und dann zwischen den Scheiben 30 und 32 divergiert, ist das Strahlenbündel dann zur Scheibe 30 konvergent und der modifizierte Strahl 64 ist zu Beginn konvergent und dann divergent. As can be seen in FIG. 3, each impingement of the beam 36 on a facet of the disk 30 results in the propagation of a modified version of the laser output beam, which modified beam is shown at 64 and has a central axis 64a that is directed at the lens 40 at an angle 41 , which is determined by the chosen orientation of the disk 30, occurs. The beam 64 has outer beams 64b and 64c which diverge in opposite directions from the beam center axis 64a. When the beam 36 converges and then diverges between the disks 30 and 32, the beam is then convergent to the disk 30 and the modified beam 64 is initially convergent and then divergent.

Die Linse 40 hat ferner in ihrem Sichtfeld durch das Prisma 33 die Facetten der Scheibe 32 und sammelt daher weitere modifizierte Versionen des Laserausgangsstrahls 36 bei jedem Auftreffen des Strahles 36 auf eine Facette der Scheibe 32. The lens 40 also has the facets of the disk 32 in its field of view through the prism 33 and therefore collects further modified versions of the laser output beam 36 each time the beam 36 strikes a facet of the disk 32.

Ein solcher weiterer modifizierter Strahl 66, wie er von der Scheibe 32 ausgeht, hat eine Mittelachse 66a und divergierte Aussenstrahlen 66b und 66c. Such a further modified beam 66, as it originates from the pane 32, has a central axis 66a and diverged outer beams 66b and 66c.

In der deutschen Patentanmeldung der Inhaberin mit dem Titel «Verfahren und Vorrichtung zum Perforieren von flächenhaftem Material durch Laser», P 2 932 421.8 haben alle reflektierenden Scheiben als Gegenstück zu den genannten Scheiben 30 und 32 ihre reflektierenden Facetten mit einer identischen Stellung mit bezug auf deren Drehachse angeordnet. Daher sind Strahlen als Gegenstück zu den erwähnten Strahlen 64 und 66 die von solchen Gegenstückscheiben ausgehen, je einschliesslich einer Symmetrieachse, die zur optischen Achse (Achse 40a) des gemeinsamen Fo-kussierelements parallel. Aufgrund der optischen Erwägungen, die in der erwähnten Patentanmeldung erläutert sind, werden solche Gegenstückstrahlen derselben direkt durch ein solches gemeinsames Fokussierelement ohne weitere zwischengeschaltete Optik behandelt. In the owner's German patent application entitled "Method and device for perforating sheet material by laser", P 2 932 421.8, all the reflecting panes, as counterparts to the aforementioned panes 30 and 32, have their reflecting facets with an identical position with respect to them Axis of rotation arranged. Rays are therefore the counterpart to the mentioned rays 64 and 66 which emanate from such counterpart disks, each including an axis of symmetry, which is parallel to the optical axis (axis 40a) of the common focusing element. Due to the optical considerations which are explained in the mentioned patent application, such counterpart beams of the same are treated directly by such a common focusing element without any further optics in between.

Im Gegensatz zu der Scheibenanordnung und der Praxis nach der erwähnten Patentanmeldung erfordert die hier verwendete Einrichtung zur Erzeugung von gepulsten Lichtstrahlen verschiedene Stellungen für die Facetten der ver- In contrast to the pane arrangement and the practice according to the mentioned patent application, the device used here for generating pulsed light beams requires different positions for the facets of the different

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

643477 643477

schiedenen Scheiben und die Verwendung einer zwischengeschalteten Optik. In Fig. 3 ist die Fläche 30a der Scheibe 30 voll eben über den Durchmesser der Scheibe. Die Fläche 32a der Scheibe 32 ist am Scheibenumfang abgeschrägt. Daher sind die Facetten der Scheibe 30 je zuerst von identischer Haltung mit bezug auf die Scheibendrehachse und die Facetten der Scheibe 32 sind je von einer zweiten identischen Haltung, die von der ersten Haltung mit bezug auf die erwähnte Drehachse verschieden ist. different panes and the use of an intermediate optic. 3, the surface 30a of the disk 30 is completely flat over the diameter of the disk. The surface 32a of the disk 32 is chamfered on the disk periphery. Therefore, the facets of the disk 30 are each of an identical posture with respect to the axis of rotation of the disk and the facets of the disk 32 are each of a second identical posture, which is different from the first posture with respect to the mentioned axis of rotation.

Der Strahl 64 wird durch die Linse 40 direkt gesammelt und zur Stelle 68 fokussiert. Der Strahl 66 fällt auf das Prisma 33 ein und wird nach der Umlenkung durch dieses zur Stelle 70 fokussiert, welche beiden Stellen ausserhalb der Brennebene FP40 der Linse 40 liegen. Bei seiner Funktion trifft der Strahl 66 auf das Prisma 33 auf und modifiziert die Einfallstelle und den Einfallwinkel des Strahls auf die Linse 40, wodurch die Strahleinfallstelle gegenüber derjenigen wirksam nach rechts (gesehen in Fig. 3) verlagert wird, die erhalten wird, wenn der Strahl 66 direkt der Linse zugeführt wird, so dass die Lage der Stelle 70 gesteuert wird. Zur veränderlichen Steuerung der Lage der Stelle 70 wird das Prisma bei 33a gegen einen Ring 35 geklebt, der zur Drehung um die Ringachse gelagert ist. Die Stellen 68 und 70 können daher so angeordnet werden, dass sie sich in Aneinanderlage-rung mit einer Ebene befinden, durch welche die Bahn 10 gefördert wird, um hierdurch Perforationen in dieser herbeizuführen. Beam 64 is directly collected by lens 40 and focused to location 68. The beam 66 is incident on the prism 33 and, after being deflected by it, is focused to the point 70, which two points lie outside the focal plane FP40 of the lens 40. In operation, the beam 66 impinges on the prism 33 and modifies the incidence and angle of incidence of the beam on the lens 40, thereby effectively displacing the beam incidence to the right (as seen in Figure 3) that is obtained when the Beam 66 is fed directly to the lens so that the location of location 70 is controlled. To variably control the position of the point 70, the prism is glued at 33a against a ring 35 which is mounted for rotation about the ring axis. The positions 68 and 70 can therefore be arranged such that they are in a juxtaposition with a plane through which the web 10 is conveyed in order to thereby perforate it.

Die Strahlachse 36a und die Welle 28 sind mit einem gemeinsamen spitzen Winkel zur Ebene der Fig. 3 angeordnet und die Linse 40 sowie das Prisma 33 werden um einen solchen Winkel von der Ebene der Fig. 3 in Überdeckung mit den Scheiben 30 und 32 bewegt. Die Arbeitsweise der Einrichtung führt dann zu einer ersten Reihe von Perforationen, die durch den modifizierten Strahl 64 an den Stellen 68 erzeugt werden, und zu einer zweiten Perforationsreihe in Abstand von dieser und erzeugt durch den modifizierten Strahl 66 an den Stellen 70. Diese Arbeitsweise wird besser verständlich durch eine nähere Erläuterung einer Ausführungsform mit einer erweiterten Einrichtung, die in Verbindung mit Fig. 4-7 beschrieben wird. The beam axis 36a and the shaft 28 are arranged at a common acute angle to the plane of FIG. 3, and the lens 40 and the prism 33 are moved by such an angle from the plane of FIG. 3 in registration with the disks 30 and 32. Operation of the device then results in a first series of perforations created by modified beam 64 at locations 68 and a second series of perforations spaced therefrom and created by modified beam 66 at locations 70. This operation becomes can be better understood by a more detailed explanation of an embodiment with an extended device, which is described in connection with FIGS. 4-7.

In Fig. 4 sind vier reflektierende Scheiben 30', 32', 72 und 74 auf der Welle 28 durch ein Abstandsstück 76 in Abstand gehalten angeordnet. Ein zusätzliches Prisma ist bei 78 gezeigt und ein weiteres Fokussierelement für modifizierte Strahlen ist als Linse 80 dargestellt. Modifizierte Strahlen 82 und 84 werden durch die Facetten der Scheiben 72 und 74 fortgepflanzt. Der modifizierte Strahl 82 hat eine Mittelachse 82a und äussere divergierende Strahlen 82b und 82c. Der modifizierte Strahl 84 hat eine Mittelachse 84a und äussere divergierende Strahlen 84b und 84c. 4, four reflective disks 30 ', 32', 72 and 74 are arranged on the shaft 28 by a spacer 76 spaced apart. An additional prism is shown at 78 and another focusing element for modified rays is shown as lens 80. Modified rays 82 and 84 are propagated through the facets of discs 72 and 74. The modified beam 82 has a central axis 82a and outer diverging beams 82b and 82c. The modified beam 84 has a central axis 84a and outer diverging beams 84b and 84c.

Die Scheiben 72 und 74 sind mit ihren reflektierenden Facetten in Haltungen zur Drehachse entsprechend dem Fall der vorerwähnten Scheiben 30 und 32 angeordnet. Die Linse 80 ist näher der Bahn 10 als die Linse 40 angeordnet, was durch den erhöhten Grad der Divergenz des Strahls 36 bei der Konfrontation mit den Scheiben 72 und 74 bedingt ist. Die Stellung der Linse 80 und des Prismas 78 sind so eingestellt, dass die Anordnung der Brennpunktstellen 86 und 88 der Strahlen 82 und 84 eng benachbart der Bahn 10 und im wesentlichen in Nebeneinanderanordnung mit den Stellen 68 und 70 erhalten wird, wie angegeben. Der Abstand Dt besteht zwischen den Stellen 68 und 70 und beruht auf der Wahl der Facettenhaltungen der Scheiben 30 und 32 und der Optik (Linse 40 und Prisma 33) hierfür. Der Abstand D2 zwischen den Stellen 70 und 86 wird durch die Länge des Abstandsstückes 76 bestimmt. Der Abstand D3 besteht zwischen den Stellen 86 und 88 und beruht auf der Wahl der Facettenhaltungen der Scheiben 72 und 74 und der Optik (Linse 80 und Prisma 78) hierfür. The discs 72 and 74 are arranged with their reflective facets in positions relative to the axis of rotation corresponding to the case of the aforementioned discs 30 and 32. The lens 80 is located closer to the path 10 than the lens 40, which is due to the increased degree of divergence of the beam 36 when confronted with the discs 72 and 74. The position of the lens 80 and prism 78 are adjusted so that the focal locations 86 and 88 of the rays 82 and 84 are arranged closely adjacent the path 10 and substantially juxtaposed with the locations 68 and 70, as indicated. The distance Dt exists between the positions 68 and 70 and is based on the choice of the facet positions of the disks 30 and 32 and the optics (lens 40 and prism 33) for this. The distance D2 between the points 70 and 86 is determined by the length of the spacer 76. The distance D3 exists between the positions 86 and 88 and is based on the choice of the facet positions of the disks 72 and 74 and the optics (lens 80 and prism 78) for this.

In Fig. 5 ist die Ebene der Fig. 4 senkrecht zur Bahn 10 und fällt mit dem Bahnrand 10a zusammen, während die Laserausgangsstrahlachse 36a einen spitzen Winkel Z mit diesem einschliesst. Die Achse der Welle 28 befindet sich in einer gemeinsamen Ebene mit der Strahlachse 36a senkrecht zur Bahn 10. Durch die Einstellung der Systemparameter, wie nachfolgend beschrieben, kann die dargestellte Vier-Reihen-Kolonnen-Matrize erhalten werden und zwar mit Kolonnenabständen D4 und D5 bestehend zwischen den oberen und unteren benachbarten Reihenpaaren und Abständen Si-Sa zwischen den Reihen. 5, the plane of FIG. 4 is perpendicular to the web 10 and coincides with the web edge 10a, while the laser output beam axis 36a forms an acute angle Z with it. The axis of the shaft 28 is in a common plane with the beam axis 36a perpendicular to the path 10. By setting the system parameters as described below, the four-row column matrix shown can be obtained, namely with column distances D4 and D5 between the upper and lower adjacent pairs of rows and distances Si-Sa between the rows.

Fig. 6 zeigt die Gestaltungen der Scheiben 30', 32', 72 und 74. Wenn alle Scheiben nach Verkeilungslinien 90,92, 94 und 96 in einer gemeinsamen Ebene verkeilt sind und 45 Facetten je Scheibe wie bei dem System nach Fig. 1-3 angenommen werden, erstrecken sich die Facetten aller Scheiben je über zwei Bogengrade und die Öffnungen derselben erstrecken sich je über sechs Bogengrade. Die Facette 98 der Scheibe 32' fällt mit ihrer Uhrzeigersinn-Voreilkante mit der Verkeilungslinie 92 zusammen. Die Facetten 100,102 und 104 der Scheiben 30', 72 und 74 befinden sich mit ihren Uhr-zeigersinn-Voreilkanten in Abstand von den Verkeilungslinien 90,94 und 96 um zwei, sechs und vier Winkelgrade 106,108 und 110; bei dieser Gestaltung ergibt sich bei einer Uhrzeigersinndrehung der Welle 28 eine aufeinanderfolgende Fortpflanzung modifizierter Strahlen 66, 64, 84 und 82 (Fig. 4). Eine solche Auslösefolge wurde zur leichteren Erläuterung gewählt, da sie zeitlich aufeinanderfolgende Perforationen in Reihen 112,114,116 und 118 in Fig. 5 verursacht. Die Auslösefolge kann, wenn gewünscht, gegenüber der zweckmässigen Folge abgeändert werden. Wie für die vorangehend beschriebene Zweischeiben-Ausführungsform erwähnt, kann die letztfolgende Scheibe ohne lichtdurchlässige Teile angeordnet werden, jedoch sind solche bevorzugt, um störende Lichtenergiereflexionen von dieser letzten Scheibe zu mildern. Der Laserstrahl wird auf seinen Divergenzursprung 360 (Fig. 4) fokussiert derart, dass der Strahlquerschnitt die Öffnungen der vorletzten Scheibe (Scheibe 72) frei lässt, wodurch sichergestellt wird, dass der volle Strahl auf jede Scheibe einfallen kann. 6 shows the designs of the disks 30 ', 32', 72 and 74. If all disks are wedged according to wedge lines 90, 92, 94 and 96 in a common plane and 45 facets per disk as in the system according to FIG. 1- 3 are assumed, the facets of all disks each extend over two degrees of arc and the openings thereof each extend over six degrees of arc. The facet 98 of the disk 32 'coincides with the wedge line 92 with its clockwise leading edge. The facets 100, 102 and 104 of the disks 30 ', 72 and 74 are located with their clockwise leading edges at a distance from the wedge lines 90, 94 and 96 by two, six and four angular degrees 106, 108 and 110; in this configuration, with a clockwise rotation of the shaft 28, there is a successive propagation of modified rays 66, 64, 84 and 82 (FIG. 4). Such a trigger sequence was chosen for ease of explanation because it causes successive perforations in rows 112, 114, 116 and 118 in FIG. 5. If required, the trigger sequence can be changed compared to the appropriate sequence. As mentioned for the two-pane embodiment described above, the last pane can be arranged without translucent parts, but those are preferred in order to alleviate disturbing light energy reflections from this last pane. The laser beam is focused on its divergence origin 360 (FIG. 4) in such a way that the beam cross section leaves the openings of the penultimate pane (pane 72) free, thereby ensuring that the full beam can strike each pane.

Fig. 7 zeigt vier mit voll ausgezogenen Linien gezeichnete Perforationen 120,122,124 und 126, die in zeitlicher Folge hergestellt wurden. Der zeitliche Abstand zwischen jeder aufeinanderfolgend hergestellten Perforationen lässt sich leicht berechnen, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit modifizierter Strahlen allein durch die Reflektoranordnungparameter bestimmt wird, d.h. es werden bei einer Umdrehung der Welle 28 bei der gegebenen Ausführungsform vier mal 45 oder 180 modifizierte Strahlen fortgepflanzt. Dieser zeitliche Abstand (t) zwischen aufeinanderfolgend hergestellten Perforationen, d.h. zwischen den Perforationen 120 und 122, beträgt daher 1/180 R, wobei R die Zahl der Umdrehungen der Welle 26 je Zeiteinheit ist. 7 shows four perforations 120, 122, 124 and 126 drawn with solid lines, which were produced in chronological order. The time interval between each successive perforation can be easily calculated since the propagation speed of modified rays is determined solely by the reflector arrangement parameters, i.e. four turns 45 or 180 modified rays are propagated with one revolution of the shaft 28 in the given embodiment. This time interval (t) between successively made perforations, i.e. between perforations 120 and 122 is therefore 1/180 R, where R is the number of revolutions of shaft 26 per unit of time.

Die Perforationen 120 und 122 werden in ihrem Abstand durch das Mass (Fig. 7) Dx cos Z plus D6 bestimmt. Dt ist der Abstand in der Ebene der Fig. 4 zwischen den Perforationen 120 und 122 bei stationärer Bahn 10. Die Übertragungsbildtrennung (cast image séparation) von Dt ist grösser in Fig. 7 bezogen auf den Winkel Z und ist das Mass Dj cos Z. D6 stellt die Entfernung dar, welche durch die Bahn 10 während der Interperforationszeitperiode (t) zurückgelegt hat und ist einfach die Bahngeschwindigkeit (die je Zeiteinheit zurückgelegte Entfernung) multipliziert mit t, abgeleitet wie oben. Da die Perforationen in der Reihe 112 alle an der gleichen Stelle {68 - Fig. 4) mit bezug auf die Linse 40 gemacht werden und keinen Übertragungsbildabstand The distance between the perforations 120 and 122 is determined by the dimension (FIG. 7) Dx cos Z plus D6. Dt is the distance in the plane of FIG. 4 between the perforations 120 and 122 in the case of a stationary web 10. The transmission image separation (cast image separation) of Dt is larger in FIG. 7 in relation to the angle Z and is the dimension Dj cos Z. D6 represents the distance traveled by web 10 during the inter-perforation time period (t) and is simply the web speed (the distance traveled per unit time) multiplied by t, derived as above. Since the perforations in row 112 are all made in the same location {68-4) with respect to lens 40 and no transfer image spacing

4 4th

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

«0 «0

65 65

643 477 643,477

(cast image spacing) haben, können sie alle um einen Abstand (D4) in Abstand gemacht werden, der gezeigt ist als Bruchteil zu dem räumlichen Mass Di cos Z + D6 und ein Vielfaches von D6 x der Zahl der Scheiben. (cast image spacing), they can all be spaced apart by a distance (D4), which is shown as a fraction of the spatial dimension Di cos Z + D6 and a multiple of D6 x the number of disks.

Bei dem Beispiel in Fig. 7 würden bei der Rechtsbewegung der Bahn 10 die Perforationen 128 und 130 in der Reihe 112 räumlich zuvor gemacht und die Perforation 132 in der Reihe 112 wird räumlich zusammenfallend mit der Perforation 122 in der Reihe 114 gemacht, jedoch zeitlich -später als die Perforation 122 in der Reihe 114. Solche Phänomene sind in kombinierten Wirkungen der Übertragungsbildtrennung wie zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Perforationen und dem Winkel Z. In the example in FIG. 7, with the rightward movement of the web 10, the perforations 128 and 130 in the row 112 would be made spatially beforehand and the perforation 132 in the row 112 would be spatially coincident with the perforation 122 in the row 114, but temporally - later than the perforation 122 in the row 114. Such phenomena are in combined effects of the transmission image separation as between successive perforations and the angle Z.

Es kann eine Zahl N benannt werden, welche die Zahl der Perforationen in der Reihe 112 anzeigt, die räumlich vor (oder zusammenfallend mit) hergestellt wurden und zeitlich später als die Perforation der Reihe 114, die zeitlich nachfolgend einer anfänglichen Reihe 112-Perforation gemacht wurde, und die folgende Beziehung für eine Vierscheibenanordnung aufgestellt werden: A number N can be named that indicates the number of perforations in row 112 that were made spatially before (or coincident with) and later than the perforation of row 114 that was made after an initial row 112 perforation , and the following relationship can be established for a four-wheel arrangement:

ND4 = Dj cos Z+D6 (1) ND4 = Dj cos Z + D6 (1)

D„cosZ+D6 N = (2) D "cosZ + D6 N = (2)

D4 D4

oder d j cos Z = d4n-d6 (3) or d j cos Z = d4n-d6 (3)

oder d4 n-d6 Di = ~~ (4) or d4 n-d6 Di = ~~ (4)

cosZ cosZ

Bei dem gegebenen Beispiel ist n drei und d4 ist vier mal d6. In einem solchen Fall: In the given example, n is three and d4 is four times d6. In such a case:

U d6 U d6

D, = ^ (5) D, = ^ (5)

cosZ cosZ

Im Ausdruck (4) mit vorgewählten Konstanten D1; Z und N können D4 und D6 als gegenseitig veränderlich zur Beeinflussung des gleichen Musters bewertet werden. Da D4 proportional zu t ist und da Dä durch die Bahngeschwindigkeit bestimmt wird, lässt sich eine Reihe von jeweiligen Werten für die Antriebseinheit 24 festlegen (Geschwindigkeit der Reflektoranordnung, Signal auf der Leitung 20 in Fig. 1) und die Antriebseinheit 14 (Bahnfördergeschwindigkeit, Leitung 16 in Fig. 1), was die Gestaltung nach Fig. 7 für die Reihen 112 und 114 ergibt. Ein gemeinsamer Steuereingang kann die Kontaktarmstellungen der Potentiometer 18 und 22 einstellen. In expression (4) with preselected constants D1; Z and N can be rated D4 and D6 as mutually variable to influence the same pattern. Since D4 is proportional to t and since Da is determined by the web speed, a number of respective values can be set for the drive unit 24 (speed of the reflector arrangement, signal on line 20 in FIG. 1) and the drive unit 14 (web feed speed, line) 16 in FIG. 1), which results in the design according to FIG. 7 for the rows 112 and 114. A common control input can set the contact arm positions of the potentiometers 18 and 22.

Die Zahl N ist bei dem vorangehend beschriebenen Beispiel eine ganze Zahl und mit drei gewählt. Jede ganze Zahl kann so gewählt werden, dass eine Kolonnenperforations-überdeckung erhalten wird. Niedrigere Werte von N, d.h. 5 weniger Perforationen in der Reihe 112 zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden (Reihe 112- Reihe 114) Perforationen ergeben eine geringere Anzahl von Perforationen je Abstandseinheit in der Bahn 10. Umgekehrt wird durch höhere Werte von N eine erhöhte Perforationsdichte in der Bahn er-lo halten. In the example described above, the number N is an integer and is chosen with three. Each integer can be chosen so that a column perforation cover is obtained. Lower values of N, i.e. 5 fewer perforations in row 112 between successive (row 112-row 114) perforations result in fewer perforations per spacing unit in web 10. Conversely, higher values of N result in an increased perforation density in web.

Wenn für N nicht eine ganze Zahl gewählt wird, wird die vorerwähnte Kolonnenüberdeckung nicht erhalten. Wenn beispielsweise N mit dreieinhalb gewählt wird, nimmt die Perforationsdichte beispielsweise zwischen den Reihen 112 i5 und 114 von der N gleich drei Situation ab und die Perforationen in den Reihen 112 und 114 werden gegenseitig gleich-mässig versetzt, beispielsweise um 180° phasenverschoben, wie dies der Fall bei allen N-Werten mit einem Bruchteil von Vi ist. If an integer is not chosen for N, the above column coverage will not be obtained. For example, if N is chosen with three and a half, the perforation density between rows 112 i5 and 114 decreases from the N for three situations and the perforations in rows 112 and 114 are mutually evenly offset, for example 180 ° out of phase, as is the case with this the case with all N values with a fraction of Vi.

20 Bei der vorgenannten Situation mit N gleich drei findet die Kolonnenausrichtung in den Reihen 116 und 118 ebenfalls statt und die Kolonnenausrichtung, beispielsweise aller Reihen 112 bis 118, kann dadurch erzielt werden, dass D2 cos Z + D6 ein ganzzahliges Vielfaches von D6 x der Zahl 25 der Scheiben gemacht wird und D3 gleich Dj. Anderseits werden nicht gleichmässige Matrizen durch eine andere Parameterwahl erhalten, jedoch bei Übereinstimmung sowohl der Reihenabstandsgleichmässigkeit als auch der Gleichmäs-sigkeit des Perforationsabstandes zwischen den Reihen. 30 Die Abstandsparameter können ebenfalls modifiziert werden, um optische Aberrationen zu kompensieren, und somit die gewünschten Perforationsmatrizen erhalten werden. 20 In the aforementioned situation with N equal to three, the column alignment also takes place in rows 116 and 118 and the column alignment, for example all rows 112 to 118, can be achieved by D2 cos Z + D6 being an integer multiple of D6 x the number 25 of the disks are made and D3 is equal to Dj. On the other hand, matrices that are not uniform are obtained by a different choice of parameters, but if both the row spacing uniformity and the uniformity of the perforation spacing between the rows match. 30 The distance parameters can also be modified to compensate for optical aberrations, and thus the desired perforation matrices can be obtained.

Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungs-35 formen erfordert die Einrichtung zur Erzeugung eines gepulsten Strahls mehrere Scheiben od.dgl., die aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei die unterschiedliche Facettenhaltung die Erzeugung nicht störender gepulster Strahlen ermöglicht. Bei der eingangs erwähnten Patentanmeldung 40 befinden sich solche Scheiben voneinander längs der gemeinsamen Drehachse in Abstand. Die Einrichtung hiervon ist daher wie ersichtlich in verschiedener Weise zur Erzeugung gepulster Strahlen veränderlich. Während bei der vorangehend beschriebenen Einrichtung und der Einrichtung nach 45 der vorgenannten Patentanmeldung das gemeinsame Fokussieren der Strahlen, die von den mehreren Scheiben ausgehen, Verwendung findet, kann die gesonderte Behandlung solcher Strahlen vorgenommen werden. Natürlich können Strahlen in einer grösseren Anzahl als zwei durch ein ge-50 meinsames Fokussierelement gesammelt werden, was zu einer entsprechenden Anzahl von Perforationsreihen führt, die grösser als die beiden Reihen sind, die bei der dargestellten Praxis für jede Linse erhalten wird. Die Erfindung ist natürlich nicht auf die besonderen dargestellten Einrichtungen be-55 schränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren. In the embodiment shown in the drawings, the device for generating a pulsed beam requires a plurality of disks or the like, which are arranged adjacent to one another, the different facets allowing the generation of non-interfering pulsed beams. In the aforementioned patent application 40, such disks are spaced apart from one another along the common axis of rotation. As can be seen, the device hereof can therefore be varied in various ways for generating pulsed beams. While the above-described device and the device according to 45 of the aforementioned patent application use the collective focusing of the rays emanating from the multiple disks, the separate treatment of such rays can be carried out. Of course, beams greater than two can be collected by a common focusing element, resulting in a corresponding number of rows of perforations greater than the two rows that are obtained for each lens in the practice shown. The invention is of course not limited to the particular devices shown, but may experience various modifications within its scope.

s s

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims

643,477

2nd

PATENT CLAIMS

1. Device for generating pulsed light beams from a continuous light beam for perforating sheet-like material on a moving web at certain predetermined, spaced locations, characterized by a) a lens (38) for receiving the continuous light beam and emerging a focused continuous Beam;

b) a first reflecting element (30; 30 '; 72) which is arranged to receive the focused continuous beam and is mounted for rotation about an axis of rotation (46), the first reflecting element comprising a first disk and having light-reflecting elements (52,100), which are spaced from each other in a circular area on the disk so that the focused continuous beam hits the light reflecting elements separately during the rotation of the first disk, each of the light reflecting elements in a mutually identical first position is arranged with respect to the axis of rotation, and translucent parts (48) are provided between adjacent such light reflecting elements;

c) a second reflecting element (32; 32 '; 72; 74) which is arranged along the axis of rotation (46) mutually adjacent to the first reflecting element, the second reflecting element comprising a second reflecting disc which comprises a light-reflecting part which represents a circular region on the second disk, on which the focused continuous beam strikes in the course of the rotation of the second disk, and the light-reflecting part of the second disk is arranged with a second position different from the first position with respect to the axis of rotation, wherein the light reflecting part of the second disc is aligned with the translucent parts of the first disc, the first and second pulsed light beams alternately emanating from the first and second discs, and the different positions of the light reflecting parts on the second disc cooperate to diverge the W to cause the first and second pulsed beams;

d) common focusing elements (40) for receiving the first and second pulsed light beams, which emanate from the first and second disks and focus the pulsed beams at first and second, predetermined, spaced locations on the moving path (10) and e) a light deflecting element (33) which is arranged between the second disk and the common focusing elements for controlling the path of the second beam to the common focusing elements, the distance between the second point and the first point on the moving path (10) being controlled .

2. Device according to claim 1, characterized in that all light-reflecting elements are flat elements which are arranged in the same plane with the disc.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the discs are mounted for rotation about an axis of rotation (46) which intersects the axis of the continuous beam.

4. Device according to claim 3, characterized in that the second reflecting member (32) for common rotation with the first reflecting member about the axis of rotation (46) is mounted.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the light deflecting member (33) is movable with respect to the second disc for the selective deflection of the second light beam, the distance of the second position with respect to the first position on the moved Path is adjusted.

6. Device according to one of the preceding claims

s che, characterized in that the light deflecting member comprises a prism.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light-reflecting part of the second disc is arranged at a mutual distance.

lone light reflecting elements, and the second pane further comprises translucent parts between adjacent such light reflecting elements, and wherein the light reflecting elements and the translucent parts of the second pane correspond with the light-

15 transparent parts of the light-reflecting elements of the first pane are aligned.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the continuous light beam is a laser beam.

20th

25th