CN103801840B - 用于利用激光器阵列切割的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对带状的或者页张状的基材（100）进行切割、切除以及穿孔的装置和方法。所述装置（10）具有设置在所述输送平面（E）的上方或者下方的用于加工所述基材（100）的激光切割装置（1），根据本发明，所述激光切割装置（1）具有至少一个在所述基材（100）的宽度上延伸的激光器阵列（2），所述激光器阵列具有能够单独控制的激光器。所述激光器阵列（2）特别是由多个单阵列（3）组成。这些激光器特别是实施为垂直腔面发射激光器（VCSEL）。由此允许在输送速度高的情况下加工所述基材。

Description

用于利用激光器阵列切割的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于切割、切除和穿孔的装置以及用于切割、切除和穿孔的方法。
背景技术
在制造折叠盒或者标签方面已知的是，单个折叠盒或标签由带状的或者页张形式的基材模切出来。为此使用机械的模切装置、例如轮转式模切机或者平台式模切机。可替代也公开的是，利用激光实施切割。因此，WO 02/14069 Al公开了用于借助于激光进行模切不干胶标签的方法。在此，多个在基材中由激光所产生的孔相互作用成为切割线。
由WO 99/29496 Al公开了一种用于加工折叠盒的装置和方法，其中，在相应的折叠盒中借助于激光置入纹线，这些纹线之后是折叠盒的折叠棱边。同样公开了，借助于激光装置模切出折叠盒。在此，激光束通过机动化的翻镜转向系统朝带状的或者页张状的基材定向并且在那里破坏切割线或纹线。
这样的方法和装置的缺点是机械方面以及控制技术方面高度的耗费。因此产生高的成本、高的集成耗费以及大的安装空间需求。此外不可能的是，在这种系统中实现高的生产速度；公开的入射激光系统的加工速度明显低于公开的窄带-轮转式印刷机的加工速度。如果所述切割加工与带状的或者页张状的基材的印刷线内进行，则通常必须降低印刷速度。此外缺点在于，通过马达使镜转向的入射激光系统由于投影面被限制的原因而具有限制的工作面并且较难实现与基材的不同带宽度或页张规格匹配。
发明内容
按照本发明，提出了一种用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，所述用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置具有：输送装置，用于在输送平面中沿着输送方向输送所述基材；设置在所述输送平面的上方或者下方的激光切割装置，用于加工所述基材；机器控制装置，用于控制至少所述输送装置和所述激光切割装置，其中，所述激光切割装置具有至少一个在所述基材的宽度上延伸的激光器阵列，所述激光器阵列具有能够单独控制的激光器，其中，所述激光器实施为垂直腔面发射激光器，所述激光切割装置具有设置在所述激光器阵列与所述输送平面之间的光学装置，并且所述机器控制装置与设置在所述激光切割装置上游的摄像机连接，用于检测所述基材上的元素。
本发明的任务在于，提出一种用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除、刻纹、穿孔的装置，所述装置至少降低了现有技术的缺点并且可以成本低廉地制造，还提出了一种用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的方法，所述方法至少降低了现有技术的缺点并且允许高的加工速度。
所述任务通过具有上述技术方案特征的装置解决。
根据本发明的装置用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除、刻纹和/或穿孔、特别是用于制造折叠盒或者标签，并且所述装置具有：输送装置，用于在输送平面中沿着输送方向输送基材；设置在输送平面的上方或者下方的激光切割装置，用于加工所述基材；机器控制装置，用于控制至少所述输送装置和激光切割装置。根据本发明，所述激光切割装置具有至少一个在所述基材的宽度上、即横向于输送方向延伸的激光器阵列，所述激光器阵列具有能够单独控制的激光器。尤其有利的是，所述激光器实施为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。通过激光器阵列的简单结构获得优点：所述结构允许在受限的安装空间中集成并且高度地降低了机械方面和控制技术方面的耗费。使用VCSEL的优点在于其高的可靠性和耐用性。
激光器阵列可以优选由多个单阵列形成。在此有利的是，VCSEL阵列在其几何形状方面可以非常精确并且成本低廉地制造，由此允许了将单阵列相互精确地定位。因此，多个VCSEL单阵列可以共同装配成一个较大的模块式阵列。有利的是，激光器阵列可以在整个基材宽度上构成。因此，为了在高生产速度的情况下制造折叠盒或者标签可以在整个基材宽度上进行加工。
在根据本发明的装置的特别有利并且因此优选的改进方案中，激光器阵列具有多个横向于输送方向并排设置的单阵列。激光器阵列具有多个沿着输送方向前后相继设置的单阵列。在有利的改进方案中，单阵列相互错位地设置。尤其有利的是，激光阵列具有多个并排并且前后相继错位地设置的单阵列。通过这种错位的布置方式以及多个单激光源，在激光器阵列内部产生激光源的重合。因此，相邻的激光源可以在加工基材时在更换故障的单阵列之前承接故障的单阵列的任务。非错位地布置单阵列也具有优点：这些单阵列可以在故障的情况下简单并且成本低廉地更换。
在根据本发明的装置的有利的改进方案中，激光切割装置具有设置在激光阵列与输送平面之间的光学装置。所述光学装置可以例如如此实施，使得单激光束成束，以便实现局部功率增大。因此，相应的单阵列特别是可以实施为内聚耦合的二极管激光发射器阵列，所述二极管激光发射器阵列提供高的功率和高的功率密度。
在根据本发明的装置有利的实施方式中，其机器控制装置具有工作流-连接、标准接口和/或界面，用于输入切割数据。在此，切割数据是指在基材上待实施的切割、切除、刻纹或者穿孔的几何形状和位置的数据。这些切割数据可以例如已经由印刷前级提供。
在根据本发明的装置的有利的实施方式中，其机器控制装置与朝基材指向的摄像机、特别是CNN-摄像机连接。所述摄像机设置在激光切割装置的上游并且用于检测基材上的元素、例如单个印刷图像、有用部分或者标签。在此实现检测棱边，从而通过激光切割装置可以实现在正确的位置上自动地加工基材。
棱边可以通过梯度滤波器(例如Sobel-滤波器)从灰度值图像中提取并且置入梯度图像中。梯度图像包含对于每个像点关于强度(数值)的信息以及棱边在像点位置上的方向。这些信息可以用于沿着棱边方向追踪棱边(跟踪)。因此，基于像素的棱边信息转化为列表描述。于是，在接下来的分析处理中可以将轮廓列表作为对象进一步处理。
在跟踪棱边时可以加上关于待提取的棱边的几何形式的附加条件，例如被跟踪的棱边点应形成一条直线。然后在追踪时仅考虑满足所述条件的点。于是，所述追踪将棱边范围不再转化为列表描述而是转化为几何形状、例如直线段。对于几何形状的其它例子为圆形和椭圆形。
本发明还涉及一种用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除、刻纹和/或穿孔的方法，特别是用于制造折叠盒或者标签，特别是利用如上所述的装置，其中，基材在具有垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激光器阵列旁边运动并且在此被加工，即被切割、修边、切除、刻纹和/或穿孔。由此，在基材的输送速度高的情况下也能够实现加工。
所描述的本发明和所描述的本发明的有利的改进方案也相互任意组合形成本发明的有利的改进方案。
本发明的其它优点和在结构上以及功能上有利的构型方案也参阅从属权利要求以及参照所属附图的实施例说明。
附图说明
应依据优选的实施例还将进一步说明本发明。附图以示意性示图示出了：
图1：根据本发明的切割装置；
图2a-c：激光切割装置；
图3a-b：激光器阵列的两种可替代的布置方案。
相互对应的元件和构件在附图中以相同的参考标号表示。
具体实施方式
图1示出了用于切割的装置10，用于加工带状的基材100。所述用于切割的装置10具有激光切割装置1、输送装置5和机器控制装置6。由输送装置15使带状的基材100沿着输送方向T在激光切割装置1旁边运动。在此，基材100可以由激光切割装置1在输送平面E中加工，例如进行切除、切入、切轮廓或者刻纹。在此，所述加工通过激光切割装置1的激光器阵列2实现。用于控制所述激光器阵列2所必需的切割数据可以储存在机器控制装置6中、可以输入到所述机器控制装置中或者从所述机器控制装置通过相应的工作流-连接获得。
在图2a、2b和2c中进一步示出激光切割装置1的结构。激光器阵列2由多个具有VCSEL-激光器的单阵列3构成，其中，不仅沿着输送方向前后相继地而且横向于输送方向并排地设有多个单阵列3。沿着输送方向T观察，单阵列3相互错位地安置。单阵列3由壳体4接收，在所述壳体中也安装有一个阵列的相应单激光器的控制装置。在单阵列3与待加工的基材100之间设有光学装置7。
图3a和3b详细地示出了激光切割装置1的结构。激光切割装置1的激光器阵列2包括多个具有VCSEL-激光器的单阵列3。在此，给每个单阵列3不仅配置一个具有集成的激光控制装置的壳体4而且配置一个光学装置7。在此，光学装置7构造成微透镜光学装置，也就是说，给每个激光单束配置一个自身的光学装置。此外，还可以在前面连接一个可控的微镜-阵列(未示出)，以便提高激光切割装置1的分辨率或点密度。在图3a的实施变型方案中，激光切割装置1位于输送平面E的上方，基材100在所述输送平面中运动。在图3b的实施变型方案中，其布置是相反的：激光切割装置1位于输送平面E的下方，基材100在所述输送平面中运动。在未示出的第三实施变型方案中还可建议，分别在输送平面E的上方以及下方设置一个激光切割装置1，以便能够不仅从上面而且从下面加工相应的基材100。
此外，机器控制装置6可以与朝基材100指向的摄像机11、特别是CNN-摄像机连接。摄像机11设置在——沿输送方向T观察——激光切割装置1的上游并且用于检测基材10上的已印刷的元素、例如单个印刷图像、有用部分或者标签。所必须的计算操作在机器控制装置6中实现。在此实现了检测棱边，从而通过激光切割装置1可以在正确的位置上实现自动地加工所述基材100，例如可以实现切除标签。
附图标记列表
1 激光切割装置
2 激光器阵列
3 VCSEL单阵列
4 具有激光控制装置的壳体
5 输送装置
6 机器控制装置
7 光学装置(微透镜)
10 用于切割的装置
11 摄像机
100 基材
E 输送平面
T 输送方向

Claims (10)

1.一种用于对带状的或者页张状的基材(100)进行切割、切除以及穿孔的装置(10)，所述用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置具有：输送装置(5)，用于在输送平面(E)中沿着输送方向(T)输送所述基材(100)；设置在所述输送平面(E)的上方或者下方的激光切割装置(1)，用于加工所述基材(100)；机器控制装置(6)，用于控制至少所述输送装置(5)和所述激光切割装置(1)，其中，所述激光切割装置(1)具有至少一个在所述基材(100)的宽度上延伸的激光器阵列(2)，所述激光器阵列具有能够单独控制的激光器，其特征在于，所述激光器实施为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，所述激光切割装置(1)具有设置在所述激光器阵列(2)与所述输送平面(E)之间的光学装置(7)，并且所述机器控制装置(6)与设置在所述激光切割装置(1)上游的摄像机(11)连接，用于检测所述基材(100)上的元素。
2.根据权利要求1所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述激光器阵列(2)具有多个横向于所述输送方向(T)并排设置的单阵列(3)。
3.根据权利要求1或2所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述激光器阵列(2)具有多个沿着所述输送方向(T)前后相继设置的单阵列(3)。
4.根据权利要求3所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述单阵列(3)相互错位地设置。
5.根据权利要求2所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述单阵列(3)实施为内聚耦合的二极管激光发射器阵列。
6.根据权利要求3所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述单阵列(3)实施为内聚耦合的二极管激光发射器阵列。
7.根据权利要求1或2所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述机器控制装置(6)具有工作流-连接、接口和/或界面，用于输入切割数据。
8.根据权利要求1所述的用于对带状的或者页张状的基材进行切割、切除以及穿孔的装置，其特征在于，所述用于对带状的或者页张状的基材(100)进行切割、切除以及穿孔的装置(10)用于制造折叠盒或者标签。
9.一种用于对带状的或者页张状的基材(100)进行切割、切除以及穿孔的方法，利用根据上述权利要求中任一项所述的装置(10)，其中，所述基材(100)在激光器阵列(2)旁边运动并且在此被加工，所述激光器阵列具有能够单独控制的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
10.根据权利要求9所述的用于对带状的或者页张状的基材(100)进行切割、切除以及穿孔的方法，其特征在于，所述方法用于制造折叠盒或者标签。
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